Легированные стали. 
Материаловедение

Легированные стали, кроме обычных примесей содержат элементы, специально вводимые в определенных количествах для обеспечения требуемых свойств. Эти элементы называются легирующими.

Механические свойства качественных углеродистых сталей после улучшения.

Известно (см. параграф 7.3), что все легирующие элементы можно подразделить на ферритообразующие (стабилизирующие феррит) и аустенитообразующие (стабилизирующие аустенит). Для определения класса стали по структуре пользуются структурными диаграммами, показывающими изменение структуры стали с изменением ее химического состава для разных легирующих элементов (рис. 9.3). При низком содержании углерода и большом количестве легирующего элемента, стабилизирующего феррит (Cr, Si, Мо, W, V и др.), образуется сталь, относящаяся к ферритному классу (рис. 9.3, а). Структура такой стали — феррит с некоторым количеством карбида. Увеличивая количество углерода или снижая процент легирующего элемента, можно получить стали разных классов, имеющих разную структуру, а следовательно, и свойства.

То же самое можно сказать и об элементах, стабилизирующих у-фазу (рис. 9.3, б). Большое количество аустенитообразующих элементов при небольшом содержании углерода приводит к образованию при любой температуре аустенита, возможно, с некоторым количеством карбида (при увеличении содержания углерода в стали).

По отношению к углероду легирующие элементы подразделяются на две группы.

1) Графитизирующие элементы (Si, Ni, Си, А1), которые находятся в твердом растворе и образуют легированный феррит (a-твердый раствор углерода и легирующих элементов в a-железе) и легированный аустенит (у-твердый раствор углерода и легирующих элементов в у-железе).

Рис. 93. Структурные диаграммы легированных сталей:

а — ферритообразующие; 6 — аустенитообразующие В феррите и аустените могут одновременно растворяться несколько элементов. Легирование любыми элементами, кроме Со, увеличивает устойчивость переохлажденного аустенита, снижает критическую скорость охлаждения, увеличивает прокаливаемость. Легирование твердых растворов приводит к их упрочнению.

2) Карбидообразующие элементы (Fe, Mn, Cr, Mo, W, Nb, V, Zr, Ti, Та). При малом содержании в стали они могут растворяться в цементите, образуя легированный карбид (Fe, Ме)₃С, например, (Fe, Mn)₃C, (Fe, Сг)₃С.

Карбиды, образующиеся в легированных сталях разделяются на две группы. Первая группа — карбиды со сложной кристаллической решеткой типа Ме₂₃С₆, Ме₇С₃, Me_sC, Ме₄С (Me — металл, С — углерод), растворяющиеся в аустените при нагреве. Ко второй группе относятся карбиды, имеющие простую решетку МеС, Ме₂С (VC, NiC, W₂C, Мо₂С), которые в реальных условиях нагрева стали практически не растворяются в аустените.

При высоком содержании легирующие элементы образуют с железом или друг с другом интерметаллические соединения, например: FeMo₆; FeGr (a-фаза); Fe₇Mo₆; Fe₂W; Fe₇W₆; Ni₃Ti; Ni₃TiAl; Fe₃Nb₆ и др.

Легированные стали классифицируют:

• — по химическому составу:
  • • низколегированные стачи — общее количество л.э. < 2,5%;
  • • среднелегированные стали — 2,5—10% л.э.;
  • • высоколегированные стали — более 10% общего количества л.э.;
• — по качеству (содержанию вредных примесей):
• • сталь обыкновенного качества — 0,04% Р, 0,05% S;
• • качественная сталь — менее 0,035% Р и S;
• • высококачественная сталь — менее 0,025% Р и S;
• • особо высококачественная сталь — менее 0,025% Р, менее 0,015% S;
• — по назначению:
  • • конструкционные стали;
  • • инструментальные стали;
  • • стали с особыми свойствами;
• — по структуре в равновесном (отожженном) состоянии и в нормализованном состоянии (после нагрева до 900 °C и охлаждении на воздухе).