3. Влияние легирующих элементов на критические точки стали

Легирующие элементы значительно влияют на критические точки в сталях. В частности, они могут интенсивно смещать точку Aci в стали. Подобное влияние легирующих элементов связано с двумя факторами.

Как известно, критическая температура Aci в углеродистой стали отвечает превращению эвтектоидной смеси перлита a-f-FesC в аустенит путем фазового перехода a-vy, диссоциации карбида и растворения углерода в Y-же-лезе. С одной стороны, легирующие элементы изменяют

0 2 f 6 8 10 Легирующий элемент, %

Рис. 4. Влияние легирования иа положение точки Ас\ в стали

О г ч 6 8 Легирующий элемент, %

Рис. S. Влияние легирования иа содержание углерода в эвтектоиде (С-)

температуру a-vy-превращения для феррита, входящего в состав эвтектоида (перлита), и, с другой стороны, влияют на температуру диссоциации эвтектоидных карбидов и последующего растворения углерода и легирующих элементов в у-железе.

Как правило, карбидообразующие элементы повышают температуру диссоциации карбидов, и если при этом они также повышают температуру a-vy-превращения, то влияние их на точку Ас\ особенно сильно (рис. 4).

Некарбидообразующие элементы, растворяясь в цементите, несколько понижают температуру диссоциации карбида. При этом никель и марганец понижают температуру

-перехода и, следовательно, снижают точку Ас\. Своеобразно влияние хрома на точку Асх. Хром до 12-13i% сравнительно слабо повышает точку Ас\, а при содержании его более 14% наблюдается резкое повышение температуры Ас\. Подобное влияние объясняется тем, что при содержании до 12-13 % хром понижает температуру a-vy-перехода, и наблюдаемое при этих содержаниях хрома повышение точки Лс обусловлено более сильцым влиянием повышенных температур диссоциации эвтектоидных карбидов.

Закономерности влияния элементов на критические точки в основном сохраняются и в сталях, содержащих одновременно несколько легирующих элементов.

Легирующие элементы значительно влияют и на положение эвтектоидной точки 5 и предельную концентрацию углерода в аустените (точку £). Некарбидообразующие элементы (никель, кобальт, кремний), растворяясь в феррите и замещая часть атомов железа в его решетке, тем самым уменьшают содержание железа в эвтектоиде и смещают точку 5 в сторону меньших содержаний углерода (рис. 5). Аналогично влияют и карбидообразующие элементы, которые в большом количестве растворяются в феррите, карбиды которых участвуют в образовании эвтектоида (например, Мп и Сг). Такие элементы, как Мо и W, сначала уменьшают, а затем увеличивают содержание углерода в эвтектоиде. Имеются сведения, что сильные карбидообразующие элементы Ti, Nb и V, незначительно растворяющиеся в феррите и образующие стойкие карбиды, которые не участвуют в образовании эвтектоида, уменьшают количество эвтектоида в стали и увеличивают содержание углерода в эвтектоиде, т. е. смещают точку 5 в сторону больших концентраций углерода. В то же время, если Ti, Nb и V растворены в аустените, то они снижают содержание углерода в эвтектоиде (рис. 5).

Большинство легирующих элементов понижает предел растворимости углерода в у-железе и, следовательно, смещает точку Е на диаграмме Fe-РезС в сторону меньших концентраций углерода.

4. Классификация сталей

В настоящее время нет единой классификации специальных сталей. Существует много признаков, по которым классифицируют стали, но зачастую и они не могут быть однозначными для большого числа марок сталей.

Рассмотрим классификацию сталей по наиболее общим признакам.

По химическому составу стали и сплавы черных металлов условно подразделяют на углеродистые (нелегированные) стали, низколегированные стали, легированные стали, высоколегированные стали, сплавы на основе железа.

Углеродистые стали не содержат специально введенных легирующих элементов. Их количество в этих сталях должно быть в пределах, регламентированных для примесей соответствующими ГОСТами.

В низколегированных сталях суммарное содержание легирующих элементов должно быть не более 2,5 % (кроме углерода), в легированных - от 2,5 до 10 %, в высоколегированных - более 10 % при содержании в них железа не менее 45 %.

Сплавы на основе железа содержат железа менее 45 но его количество больше, чем любого другого легирующего элемента.

В зависимости от наличия тех или иных легирующих элементов стали называют марганцовистыми, кремнистыми, хромистыми, никелевыми, а также хромоникелевыми, хромомарганцовистыми, хромокремнистыми, хромована-диевыми, никельмолибденовыми, хромоникельмолибдено-выми, хромомолибденованадиевыми, хромокремнемарган-цовоникелевыми и т. п.

По назначению специальные стали подразделяют на конструкционные, инструментальные, стали с особыми физическими свойствами.

Конструкционной сталью называется сталь, применяемая для изготовления различных деталей машин, механизмов и конструкций в машиностроении и строительстве и обладающая определенными механическими, физическими и химическими свойствами.

Конструкционные стали подразделяют на строительные, машиностроительные и стали и сплавы с особыми свойствами - теплоустойчивые, жаропрочные, жаростойкие, коррозионностойкие.

Инструментальной сталью называется сталь, применяемая для обработки материалов резанием или давлением и обладающая высокой твердостью, прочностью, износостой- костью и рядом других свойств.

Инструментальные стали подразделяют на стали для режущего инструмента, штамповые стали и стали для измерительного инструмент а.

Внутри указанной классификации существуют более уз-

кие подразделения сталей как по назначению, так и по свойствам.

Классификация сталей по структуре в значительной степени условна.

По структуре сталей в равновесном состоянии их делят на доэвтектоидные, эвтектоидные, заэвтек-т о и д н ы е.

Легирующие элементы изменяют содержание углерода в эвтектоиде по отношению к его положению в углеродистой стали (см. гл. I, п. 2). Поэтому в зависимости от сочетания легирующих элементов положение эвтектоидной точки может быть при разном содержании углерода.

Другим условным структурным признаком, по которому классифицируют стали, является основная структура, полученная при охлаждении на воздухе образцов небольших сечений после высокотемпературного нагрева (ЭСОС). При этом в зависимости от структуры стали подразделяют, на перлитные, бейнитные, мартенситные, ледебуритные, ферритные и аустенитные.

Перлитные и бейнитные стали чаще всего бывают углеродистыми и низколегированными, мартенситные - легированными и высоколегированными, а ферритные и аустенитные, как правило, высоколегированные. Однако такая связь между структурой и легированностью стали далеко неоднозначна. Наряду с перечисленными могут быть смешанные структурные классы: феррито-перлитный,.фер-рито-мартенситный, аустенито-ферритный, аустенито-мартенситный. Такая классификация применяется при наличии не менее 10 % феррита (как второй структуры).

По качеству стали подразделяют на стали обыкновенного качества, качественные, высококачественные, особовысококачественные.

Главными качественными признаками стали являются более жесткие требования по химическому составу и прежде всего по содержанию вредных примесей, таких как фосфора и серы. Ниже приведено предельное содержание фосфора и серы, % (не более), в сталях разной категории качества:

Обыкновенного качества . . . 0,040 0,050

Качественная...... . 0,035 0,035

Выуококачественная .... 0,025 0,025 .

Особовысококачественная . , 0,025 0,015

Категория обыкновенного качества может относиться только к углеродистым сталям. Все остальные категории качества могут относиться к любым по степени легирования сталям.

Наряду с приведенными классификациями по общим признакам, относящимся к разным сталям, существуют более частные классификации определенных групп сталей, которые будут рассмотрены в соответствующих частях.

5, Маркировка сталей

В СССР принята буквенно-цифровая система обозначения марок сталей и сплавов.

Углеродистые конструкционные качественные стали обозначают двухзначным числом, указывающим среднее содержание углерода в сотых долях процента (например, 05; 08; 10; 15; 20; 25...80; 85).

Для сталей, полностью не раскисленных (при С< <0,20 %), в обозначение добавляются индексы: кп -кипящая сталь, ПС - полуспокойная сталь (например, 15кп, 20пс). Для спокойных сталей индекс не указывается. Углеродистые инструментальные стали обозначают буквой У и следующей за ней цифрой, указывающей среднее содержание углерода в десятых долях процента (например, У7; У8; У9; У10; У11; У12; У13).

В легированных сталях основные легирующие элементы обозначают буквами: А - азот, К -кобальт, Т -титан, Б -ниобий. В -вольфрам. Г -марганец, Д - медь, Е - селен, М - молибден, Н - никель, П - фосфор, Р -бор, С - кремний,Ф -ванадий, X - хром, Ц - цирконий, Ю - алюминий.

Цифры после буквы в обозначении марки стали показывают примерное количество того или иного элемента, округленное до целого числа. При среднем содержании легирующего элемента до 1,5 % цифру за буквенным индексом не приводят. Содержание углерода указывается в начале марки в сотых (конструкционные стали) или десятых (инструментальные стали) долях процента.

Так, конструкционная сталь, содержащая 0,42 0,50 о/о С; 0,5-0,8 % Мп; 0,8-1,0 7о Сг; 1,3-1,8 % Ni; 0,2-0,3i7o Мо и 0,10-0,18 7о V, обозначается маркой 45ХН2МФ. Инструментальная сталь (штамповая) состава: 0,32-0,40 % С; 0,80-1,20 % Si; 0,15-0,40 % Мп; 4,5- 5,5 % Сг; 1,20-1,50 % Мо и 0,3-0,5 % V обозначается 4Х5МФС.

Если содержание углерода в инструментальных легированных сталях 1 % и более, то цифру в начале марки иногда вообще не ставят (например, X, ХВГ).

Буква А в конце марки указывает, что сталь относится к категории высококачественной (ЗОХГСА), если та же буква в середине марки - то сталь легированна азотом (16Г2АФ), а в начале марки буква А указывает на то, что сталь автоматная повышенной обрабатываемости (А35Г2). Индекс АС в начале марки указывает, что сталь автоматная со свинцом (АС35Г2).

Особовысококачественная сталь обозначается, добавлением через дефис в конце марки буквы Ш (ЗОХГС-Ш илиЗОХГСА-Ш).

Сталь, не содержащая в конце марки букв А или Ш , относится к категории качественных (ЗОХГС).

В марках быстрорежущих сталей вначале приводят букву Р , за ней следует цифра, указывающая содержание вольфрама. Во всех быстрорежущих сталях содержится около 4 % Сг, поэтому в обозначении марки буквы X нет. Ванадий, содержание которого в различных марках колеблется в пределах от 1 до 5 %, обозначается в марке, если его среднее содержание 2,0 % и более. Так как содержание углерода в быстрорежущих сталях пропорционально количеству ванадия, то содержание углерода в маркировке стали не указывается. Если в быстрорежущих сталях содержится молибден или кобальт, количество указывается в марке.

Например, сталь состава: 0,7-0,8 % С; 3,8-4,4 % Сг; 17,0-18,5% W; 1,0-1,4% V обозначается маркой Р18, а сталь: 0,95-1,05% С; 3,8-4,4% Сг; 5,5-6% W; 4,6- 5,2 % Мо; 1,8-2,4 % V и 7,5-8,5 % Со обозначается Р6М5Ф2К8.

Высоколегированные стали сложного состава иногда обозначают упрощенно по порядковому номеру разработки и освоения стали на металлургическом заводе. Перед номером стали ставят индексы ЭИ , ЭП (завод Электросталь ),

Например, упомянутая быстрорежущая сталь Р6М5Ф2К8 упрощенно обозначается ЭП658, а жаропрочная 37Х12Н8Г8МФБ - ЭИ481.

Маркировка марок жаропрочных и жаростойких сплавов На железоникелевой и никелевой основах состоит только из буквенных обозначений элементов, за исключением никеля, после которого указывается цифра, обозначающая его среднее содержание в процентах.

2-970

госуда:- оги-

ИНАЯ

СЧАЯ