8, 24. .Леговані сталі. Класифікація та маркування легованих сталей

Легованою називається сталь, в якій, крім заліза і нормальної для вугле­цевих сталей кількості постійних домішок, містяться елементи, які спеціаль­но вводяться для отримання певної структури та властивостей. Хімічні еле­менти, що спеціально додаються в сталь, називаються легуючими. В якості легуючих елементів використовуються Сг, N4, Мп, 8і, \¥, Мо, V, Ті, Со, А1, а також Мп та 8 і — при вмісті кожного більше 0,8-1%.

Основною метою легування є зміна будови та фізико-механічних влас­тивостей сталі, головним чином підвищення міцності при специфічних умо­вах роботи деталі. Легуванням можна підвищити твердість сталі, опір зносу та корозії, а також надати ряд інших фізичних та хімічних властивостей, наприклад, властивість працювати в умовах високих та низьких температур, високого та низького тиску, різноманітних агресивних середовищ. В більшій мірі переваги легованої сталі проявляються після її термічної обробки.

Властивості сталі, отримані в результаті її легування, залежать від кіль­кості введених елементів та від характеру взаємодії цих елементів з залізом та вуглецем.

Легуючі елементи в сталі Взаємодія легуючих елементів з залізом і вуглецем сталі залежить від положення їх в періодичній системі Д.І Менделєєва. Майже всі елементи розчиняються в залізі, частина з них. реагують з вуглецем сталі і утворюють карбіди.

Елементи, розташовані в періодичній системі елементів лівіше заліза (Сг, Мп, Мо, V, Ті), розчиняються в залізі та цементиті, а також утворюють самостійні карбіди. Елементи, розташовані правіше заліза (№, Со) карбідів в сталі не утворюють. Елементи, віддалені в періодичній таблиці від заліза не розчиняються в ньому.

Більшість легуючих елементів можуть утворювати з залізом хімічні спо­луки. Але для утворення хімічної сполуки в сталі повинна міститись значна кількість легуючого елемента. Тому в багатьох сталях легуючі елементи не утворюють з залізом хімічних сполук.

Легуючі елементи Мп, 8і, А1, Ті, V, які мають більшу схожість з киснем, ніж з залізом, в результаті реакції окислення заліза при плавленні утворюють оксиди. Кількість оксидів і сульфідів в простих сталях дуже невелика.

За хімічним складом залежно від вмісту тих або інших легуючих еле­ментів леговані сталі називають никелевими, хромовими, кремнієвими, хро­монікелевими, хромонікельмолібденовими, хромомарганцевованадієвими. За кількістю легуючих елементів леговані сталі ділять на низьколеговані (до 2,5% легуючих елементів), середньо леговані (від 2,5 до 10 %) і високолеговані (більше 10%).

Залежно від вмісту в сталі легуючих елементів у відпаленому стані, отримують рівноважні структури наступних класів: доевтектоїдні (Ф+П), евтектоїдні (П), заевтектоїдні (П+Цп) і ледебуритні (Л). На відміну від чаву­нів, які за наявності ледебуриту не куються, присутність ледебуриту в лего­ваних сталях не робить його неможливим. За структурною ознакою в рівно­важному стані розрізняють також феритний, аустенітний і проміжні класи, наприклад ферито-аустенітний.

За структурою в нормалізованому стані можна виділити три основні класи легованих сталей:

1-й — перлітний при вмісті легуючих елементів до 5%;

2-й — мартенситний при вмісті легуючих елементів до 13%;

3-й — аустенітний при вмісті легуючих елементів до 20-30% (головним чином, нікелю і марганцю).

Утворення сталі цих класів визначається діаграмою ізотермічного пере­творення з нанесенням на неї кривої нормалізації (охолодження на повітрі) (рис. 5.3).

За призначенням леговані сталі можна об'єднати в три групи: конструк­ційні, інструментальні, сталі і сплави з особливими властивостями.

Конструкційні леговані сталі застосовують, головним чином, для виго­товлення відповідальних деталей машин, які в процесі їх виробництва на за-воді-виробнику, як правило, піддаються термічній обробці. Тому конструк­ційні леговані сталі у свою чергу ділять на цементовані (що піддають цемен­тації) і покращуванні (що піддаються гартуванню і високому відпуску), а та­кож ресорно-пружинні, шарикопідшипникові.

Інструментальні леговані сталі застосовують для виготовлення ріжу­чого, вимірювального, штампового та іншого інструменту. В свою чергу, ін­струментальні сталі умовно підрозділяють на ріжучі, штампові і швидкорі-жучі.

Сталі і сплави з особливими властивостями мають чітко виражені особливості. Ці сталі і сплави широко використовують в сучасному машино­будуванні, приладобудуванні, електротехнічній, хімічній і інших галузях промисловості. До них відносять сталі неіржавіючі (корозійностійкі), жаро­міцні, жаростійкі, зносостійкі, магнітні, електротехнічні. Ці сталі відносяться до аустенітного, мартенситного, феритного, аустенітно-мартенситного і аус­тенітно-феритного класів.

Маркування конструкційних легованих сталей здійснюється так, що умо­вне позначення, виражене буквами і цифрами, показує дійсний хімічний склад сталі. Легуючі елементи позначаються буквами українського алфавіту (табл.5.1)

Перші цифри маркування сталі вказують середній вміст вуглецю в сотих долях. Легуючі елементи, що входять в сталь, позначають відповідною бук­вою, а їх середній вміст — цифрою, що стоїть після букви. При вмісті легую­чого елементу до 1% цифру не ставлять, при більшому вмісті ставлять цифри 1, 2, 3 і т. д., відповідно кількісному вмісту легуючого елементу у відсотках 1,5; 2; 3%.

Наприклад, 30Х — хромова сталь, що містить приблизно 0,30% С і 1% Сг; 20ХГ — хромомарганцева сталь, що містить приблизно 0,20% С, 1% Сг і 1% Мп. Якщо в сталі міститься азот, спеціально введений в сталь, то буква А — умовне маркувальне позначення азоту — ставиться в середині марки сталі. Наприклад, сталь марки Х21Г7АН5 є неіржавіючою аустенітною сталлю, в якій міститься в середньому 21% Сг, 7% Мп, 0,2% N і 5% N1.

За вмістом домішок леговані сталі поділяються на якісні, високоякісні і особливо високоякісні. Для позначення високоякісних сталей в кінці їх марок ставиться буква А. Наприклад, сталь марки ЗОХГСНА є високоякісною, сре-дньолегованою (вміст легуючих елементів більше 4%), конструкційною сталлю, в якій хрому X, марганцю Г, кремнію С, нікелю Н міститься в серед­ньому по 1%, а вуглецю в середньому 0,30%.

Всі леговані інструментальні сталі та з особливими властивостями завжди високоякісні і тому в позначеннях марки цих сталей буква А не ставиться.

У особливо високоякісній сталі фосфору міститься не більше 0,025%, а сірки не більш 0,015%. Особливо високоякісну сталь отримують шляхом еле­ктрошлакової переплавки. В кінці марки цієї сталі через дефіс ставиться бук­ва Ш, наприклад, сталь ЗОХГСА-Ш.

У маркуванні сталей зустрічаються і інші умовні позначення, які вказу­ють на їх застосування:

А — автоматні сталі, наприклад А20 (0,15-0,25% С). Ці сталі добре обробляються на металоріжучих верстатах-автоматах внаслідок підвищеного вмісту сірки (0,08-0,15%) і фосфору (<0,06%);

Р — швидкоріжучі сталі, наприклад Р18. Цифра вказує на вміст основ­ного легуючого елементу (17,5-19% XV);

Ш — шарикопідшипникові сталі, наприклад ШХ15, ШХ9 (15 і 9 — вміст хрому в десятих долях відсотка: 1,5% і 0,9% Сг);

ЕХ — магнітні сталі, наприклад ЕХЗ (2,8-3,6%); Е — електротехнічні сталі, наприклад Е11 (0,8-1,8% 8і).