Молибден как легирующий элемент

Справочник химика 21

Химия и химическая технология

Молибден как легирующий элемент

Легированные стали маркируют буквами и цифрами. Двузначные цифры в начале марки указывают среднее содержание углерода в сотых долях процента, буквы справа от цифры — легирующие элементы А — азот, Б — ниобий, В — вольфрам, Г — марганец, Д — медь, Е — селен, К — кобальт, М — молибден, Н — никель, П — фосфор, Р — бор, С — кремний, Т — титан, Ф — ванадий, X — хром, Ц — цирконий, Ю — алюминий. Цифры после букв указывают ориентировочное содержание легирующего элемента в целых процентах отсутствие цифры свидетельствует о том, что элемент присутствует в количестве не более 1,5%. [c.328]

Коррозионную стойкость сталей, а также их длительную прочность повышают добавлением ири плавке легирующих элементов. В качестве легирующих элементов применяют хром, никель, молибден, титан и т. д. Наличие их в стали в различных сочетаниях и количествах позволяет придать ей требуемые физи-ко-механические свойства, в том числе высокую сопротивляемость коррозии в агрессивных средах при различных температурах. [c.22]

Основным легирующим элементом, повышающим стойкость металла к коррозии, является хром. При нормальных условиях его присутствие придает металлу стойкость к коррозии от влаги. При повышенных температурах хром придает металлу стойкость к коррозии, вызываемой газовыми агрессивными потоками. Она имеет место в трубах печей, реакторах, теплообменниках нагрева сырья со стороны газопродуктового потока. С ростом содержания хрома стойкость к коррозии увеличивается особой стойкостью обладают хромоникелевые сплавы. Из других добавок очень хорошо проявляет себя молибден. Однако характерным недостатком хромоникелевых сплавов является их склонность к межкристаллит-ной коррозии, при которой процесс разрушения развивается не на поверхности, а по границам кристаллов. Теория это объясняет образованием карбидов хрома при длительном нафевании сплавов выше 350°С. При этом участки, прилегающие к границам зерен или кристаллов, обедняются хромом и теряют свою коррозионную стойкость. Наиболее уязвимы для межкристаллитной коррозии сварные швы. [c.169]

Легированные стали. Элементы, специально вводимые в сталь в определенных концентрациях для изменения ее свойств, называются легирующими элементами, а сталь, содержащая такие элементы, называется легированной ста-.лъю. К важнейшим легирующим элементам относятся хром, никель, марганец, кремний, ванадий, молибден. [c.628]

Сталь, содержащая специально введенные элементы, называется легированной сталью, а сами элементы — легирующими элементами. К легирующим элементам, наиболее эффективно изменяющим свойства стали, относят ванадий, вольфрам, молибден, хром, марганец, никель и др. [c.395]

Большое значение в современной технике имеют легированные стали. Они содержат так называемые легирующие элементы, к которым относятся хром, никель, молибден, ванадий, вольфрам, марганец, медь, кремний и др. Легирующие элементы добавляются для придания стали определенных свойств. Так, х р о м о н и к е л е- [c.264]

Большое значение в современной технике имеют легированные стали. Они содержат в своем составе так называемые легирующие элементы, к которым относятся хром, никель, молибден, ванадий, вольфрам, марганец, медь, кремний и др. [c.314]

Легированным называется чугун, в котором кремния и марганца содержится выше указанных пределов или имеются специально введенные легирующие элементы хром, никель, молибден и др. [c.117]

Присутствие бора в переходной зоне, обогащенной углеродом, и другие факторы приводят к значительному росту зерна в этой зоне. Карбидообразующие элементы (хром, вольфрам, молибден) в значительной мере устраняют это явление. Однако присутствие этих элементов (а также ванадия) способствует сглаживанию зубчатого контура в нижней части слоя, что ухудшает сцепление. Легирующие элементы, сужающие -у-область (хром, титан, ванадий), препятствуют диффузии бора и существенно уменьшают глубину борированного слоя. [c.42]

В процессе борирования происходит перераспределение легирующих элементов между слоем и основным металлом. Углерод, хром, вольфрам и молибден диффундируют из слоя в основной металл, а никель, марганец и кремний обогащают борированный слой, мигрируя из основного металла к слою. Встречный поток атомов кремния и углерода приводит к обогащению ими переходной зоны от боридов к металлу. [c.43]

Для повышения сопротивления КР малоуглеродистые стали легируют элементами, связывающими углерод и азот в соединения, нерастворимые в феррите и аустените. К таким элементам относится титан, введение которого весьма заметно увеличивает стойкость к КР. Легирование сталей хромом, молибденом, алюминием, марганцем и ванадием тоже повышает сопротивление КР. Увеличение содержания фосфора снижает стойкость мягких сталей к КР. [c.69]

Легирующие элементы низколегированных сталей при почвенной коррозии уменьшают начальную скорость образования коррозионных язв. Максимальная глубина язв также меньше, чем в нелегированных сталях. Хром и молибден повышают коррозионную устойчивость легированных сталей при наличии коллоидов. Из низколегированных сталей изготавливают конструкции для сооружений, находящихся в агрессивных почвах. [c.91]

Основными легирующими элементами стали являются хром, никель, молибден, вольфрам, ванадий, титан, алюминий, марганец, кремний, бор. Неизбежными примесями в сталях являются марганец, кремний, фосфор, сера. Легирующие элементы, вводимые в углеродистую сталь, изменяют состав, строение, дисперсность и количество структурных составляющих и фаз. Фазами легированной стали могут быть твердые растворы — легированный феррит и аустенит, специальные карбиды и нитриды, интерметаллиды, неметаллические включения — окислы, сульфиды, нитриды. Как правило, за счет легирования повышаются прочностные характеристики стали (пределы прочности и текучести). [c.66]

Легированные стали. Для улучшения физических, механических, химических и технологических свойств сталей в их состав вводятся легирующие элементы, такие как никель, хром, марганец, молибден, титан и др. [c.10]

В обозначении марки стали первые цифры указывают среднее содержание углерода в сотых долях процента. Буквы за цифрами обозначают С — кремний, Г—марганец, X — хром, Н — никель, Т — титан, В — вольфрам, М — молибден, Ю — алюминий, Р — бор, Ц — цирконий, К — кобальт, Д — медь, Б — ниобий, Ф — ванадий и т. д. Цифры, стоящие после буквенного обозначения легирующего элемента, указывают примерное содержание соответствующего элемента в процентах при содержании элемента до 1,5 процента цифра не ставится. Марки высококачественной стали имеют в конце букву А. [c.10]

По принятой в СССР классификации марка стали дает возможность определить ее химический состав. Две первые цифры слева показывают количество углерода в сотых процента, а следующие за ними буквы обозначают Г — марганец, С — кремний, X — хром, Н — никель, М — молибден, В — вольфрам, Ф — ванадий, Т—титан, Нб — ниобий, Ю — алюминий. После каждой буквы, обозначающей легирующий элемент, ставится одна или две цифры, указывающие среднее процентное содержание этого элемента в целых единицах (цифры один и меньше опускаются). [c.344]

Ваипднй 15 основном используют в качестве добавки к сталям. Сталь, содергкащая всего 0,1—0,3% ванадия, отличается большой прочностью, упругостью и нечувствительностью к толчкам и ударам, что особенно важно, например, для автомобильных осей, которые все время подвергаются сотрясению. Как правило, ванадий вводят в сталь в комбинации с другими легирующими элементами хромом, никелем, вольфрамом, молибденом. Наиболее широкое применение ванадий нашел в производстве инструментальных и конструкцио.чных сталей (стр. 686). Он применяется также для легирования чугуна. [c.652]

Коррозионная стойкость хромоникельмолибденомедистых сталей в некоторых агрессивных средах, в особенности в растворах серной кислоты средних концентраций при повышенной температуре, вплоть до 80″ С, довольно высока. Влияние легирующих элементов па коррозионную стойкость этих сталей в серной кислоте сказывается различно, в зависимости от концентрации ц температуры среды. Хром повышает коррозионную стойкость в 5—30%-иой серной кислоте при температуре 80° С. Никель и медь повышают коррозионную стойкост1з в 5—60%-ной серной кислоте и особенно в 40—60%-ной ири 80° С и в 5— 50%-ной лрн температуре до 80° С. Молибден увеличивает стойкость стали в 5—70%-ной кислоте прн 80° С и в 5—507о-пой при температуре кипения. [c.230]

В обозначении марок первые две цифры соответствуют среднему содержанию углерода в сотых долях процента буквы за цифрами означают Р — бор, Ю —алюминий, С — кремний, Т —титан, Ф —ванадий, X —хром, Г —марганец, Н —никель, М — молибден, В — вольфрам цифры, стоящие после букв, указывают примерное содержание легирующего элемента в целых единицах (отсутствие цифры означает, что в марке содержится до 11,5% этого легирующего элемента). Буква А в конце марки означает высококачественную сталь. Особовысококачественная [c.219]

Легированные стали маркируют набором цифр и букв. Буква обозначает легирующий элемент (В — вольфрам, Н — никель, X — хром, М — молибден, К — кобальт, Г — марганец, С — кремний, Ю — алюминий, Т титан), цифра перед буквой — содержание углерода в сотых долях процента, цифра после буквы —содержание легирующего элемента, превыщающее 1% в целых процентах. Например, сталь марки 30X13 содержит 0,3% углерода и 13% хрома, сталь 20ХН2Т — 0,2% углерода, 2% никеля, а также хром и титан в количествах менее 1%. [c.47]

Легированные стали имеют наименования по названию основных легирующих элементов — хромистые, хромоникелевые, хромо-иикельмолибденовые и др. Легированные стали маркируются буквами, представляющими условные обозначения легирующих элементов Н — никель, М — молибден, Т — титан, X — хром, С — кремний, В — вольфрам, Ф — ванадий и др. Цифра, слсдую Цая за буквенным обозначением, определяет процентное содержа и не соответствующего легирующего элемента, а цифра, стоящая перед первой буквой,— содержание углерода. [c.27]

Производство стали в электропечах. Применение электрической энергии как источника теплоты в производстве стали позволяет поддерживать в печах более высокую температуру, точнее ее регулировать, создавать восстановительную среду. В электропечах можно выплавлять любые стали, но особое значение эле ктроплавка приобрела в связи с производством легированных сталей. Потери легирующих элементов в электропечах меньше, чем в других печах, в них можно выплавлять стали, содержащие тугоплавкие металлы —вольфрам, молибден и др. [c.178]

Несмотря на перечисленные достоинства, применс-Н1 с окислителей связано со следующими недостатками. Обычно предварительная подготовка пробы к анализу состоит в переведении анализируемого материала в раствор посредством обработки различными кислотами чаще всего применяют азотную кислоту или ее смесь с хлороводородной или серной кислотой. Так, медные сплавы растворяют в азотной кислоте, причем содержащиеся в них элементы — железо, олово и другие—превращаются в соединения высших степеней окисления. При анализе различных чугунов и сталей необходимо определять ванадий, молибден, вольфрам, титан и нс-которые другие легирующие элементы, которые вследствие обработки пробы окислительными агентами также содержатся в полученном растворе в высших степенях окисления. Железные руды содержат оксиды железа растворяя их в хлороводородной кислоте с добавками различных окислителей, получают железо в степени окисления +3 и т. д. [c.435]

Читать еще: Лист с ромбическим рифлением гост 8568 77

На рис. 8 показано изменение свойств феррита ирн растворении в нем различных легирующих элементов после медленного охлаждения на воздухе от-975°С [48]. Как видно из кривых, хром, молибден и вольфрам слабее уироч- [c.14]

Цирконий вводят в белый чугун при получении ковкого чугуна (ля того, чтобы при обработке его в жидком состоянии получить )Олее высокие механические свойства за счет образования первич 1ЫХ чешуек графита в процессе затвердевания. При содержании в )елом чугуне до 0,09% цирконий аналогично титану связан прей лущественно в нитридах. Обработка жидкого чугуна циркониевым юдификатором усиливает влияние таких легирующих элементов, Смотреть страницы где упоминается термин Молибден как легирующий элемент: [c.205] [c.215] [c.215] [c.8] [c.24] [c.43] [c.80] [c.47] [c.50] [c.50] Химическое оборудование в коррозийно-стойком исполнении (1970) — [ c.95 , c.96 ]

Влияние молибдена

Влияние хрома

Практически все перлитные, мартенситные и аустенитные жаропрочные стали содержат в том или ином количестве хром. Его основная роль заключается в повышении жаропрочности и коррозионной устойчивости.

На механические свойства котельных сталей при статическом разрыве хром оказывает небольшое влияние; несколько большее – на сопротивление ползучести.

Добавка хрома к молибденовым сталям (0,5% Мо) в количестве 1,5% повышает сопротивление ползучести и длительную прочность, дальнейшее увеличение содержания хрома уже не приводит к увеличению сопротивления ползучести, даже, наоборот, уменьшает его. Хорошо известно, что 1,5%-ная хромомолибденовая сталь обладает более высоким сопротивлением ползучести, чем 5%-ная хромомолибденовая сталь.

С увеличением длительности испытания (10 000 и 100 000 час.) разница во влиянии хрома на длительную прочность стали сглаживается.

Стали с 1,25–1,5% содержанием хрома при испытании на длительную прочность имеют преимущество по сравнению со сталями с другими количествами хрома. В сталях с 1% содержанием молибденаповышение содержания хрома от 3 до 9% несколько увеличивает длительную прочность и сопротивление ползучести. Большой интерес представляет вопрос о роли хрома в развитии тепловой хрупкости – хром наряду с марганцем и другими элементами является основным элементом, вызывающим хрупкость при длительном нагреве, особенно в аустенитно-ферритных и ферритных сталях.

K положительному влиянию хрома следует отнести его способность повышать стабильность структуры. В малоуглеродистых низколегированных хромистых сталях хром главным образом находится в цементитном карбиде Fe₃C. Хром, растворенный в Fе₃С, придает карбиду большую термическую стойкость и затрудняет диссоциацию карбида, а также уменьшает диффузию углерода, что вместе с тем уменьшает скорость коагуляции карбидной фазы, препятствует процессу графитизации и образованию свободного графита в структуре стали. Легирование небольшим количеством хрома 0,5%-ной молибденовой стали сильно замедляет процесс графитизации этой стали.

Молибден – один из основных упрочняющих легирующих элементов в жаропрочных сталях. Все исследования весьма убедительно подтверждают исключительно благоприятное влияние молибдена на сопротивление ползучести и длительную прочность углеродистых, хромистых, хромованадиевых перлитных сталей, а также хромоникелевых аустенитных сталей.

Более высокое содержание молибдена обеспечивает стали повышенное сопротивление ползучести, а также более высокие значения длительной прочности.

Присадка молибдена вызывает повышение пределов ползучести и длительной прочности и у сталей с содержанием около 11–13% Сr. Такие стали, дополнительно легированные еще ванадием, ниобием,находят все большее и большее применение для различных деталей, подвергающихся длительной эксплуатации при высоких температурах, и рекомендуются для труб паровых котлов с высокими параметрами пара и паропроводов.

Благоприятное влияние молибден оказывает и на жаропрочность аустенитной хромоникелевой стали, длительная прочность и сопротивление ползучести которой при добавке молибдена значительно повышаются. Молибден преимущественно входит в твердый раствор, а не карбидную фазу, поэтому он значительно изменяет параметры диффузии и самодиффузии элементов, входящих в состав стали, и уменьшает скорость диффузионных процессов.

Искажая решетку основного твердого раствора, молибден тем самым упрочняет его.

В процессе эксплуатации при повышенных температурах с течением времени в сталях, не стабилизированных сильными карбидообразующими элементами, происходит перераспределение молибдена между твердым раствором и карбидной фазой, при этом часть молибдена переходит из твердого раствора в карбиды. Чем длительнее нагрев молибденсодержащей стали, тем большее количество молибдена уходит из твердого раствора. Такое обеднение твердого раствора молибденом приводит к снижению сопротивления ползучести, что особенно заметно на сталях, не содержащих других легирующих элементов, кроме молибдена. Повышая легированность твердого раствора, молибден как элемент с очень высокой собственной температурой рекристаллизации повышает температуру рекристаллизации стали, что тоже способствует упрочнению стали. Благоприятное влияние оказывает молибден и на тепловую хрупкость низколегированных сталей перлитного класса. Многочисленные исследования показывают, что молибден – основной элемент, резко снижающий чувствительность сталей к тепловой хрупкости. Даже низколегированные хромоникелевые стали, особенно подверженные тепловой хрупкости, при добавке молибдена становятся менее склонными к ней.

Единственным отрицательным свойством молибдена является склонность молибденовых низколегированных сталей к графитизации.

Молибден повышает пластические свойства при длительном разрыве.

Легирующие элементы в жаропрочных сплавах

Практически все жаропрочные сплавы создаются на металлургических производствах с использованием технологии легирования. Сущность технологии заключается в расширении химического состава и усложнении структуры базовой основы сплава путем введения в него различных легирующих элементов. В конечном итоге сплав приобретает жаропрочность – способность длительное время сохранять механическую прочность и коррозионную стойкость при высоких температурах эксплуатации.

Принцип повышения жаропрочности сплавов

Пластическая деформация и разрушение сплава при интенсивном нагреве объясняется ослаблением и нарушением межатомных связей и диффузной ползучестью материала, краевой дислокацией в структуре кристаллической решетки. Чтобы сделать сплав жаропрочным, необходимо стабилизировать его структуру, предотвратить или свести к минимуму деформационные процессы, протекающие под воздействием высоких температур.

Для решения этих задач сплавы упрочняют легирующими элементами, которые повышают энергию, прочность и стабильность кристаллических связей, замедляют диффузию, оказывая влияние на увеличение размера зерен и упрочнение их границ, препятствуют рекристаллизации. Для наибольшего эффекта легирование выполняется не одним, а несколькими химическими элементами, которые помимо жаропрочности придают сплаву дополнительные технологические свойства.

Выбор легирующих элементов для жаропрочных сплавов

Выбор химических элементов для легирования сплава с целью повышения его жаропрочности определяется свойствами, которые ему необходимо придать. Среди часто применяемых для легирования элементов можно назвать никель (Ni), вольфрам (W), молибден (Mo), ванадий (V), кобальт (Co), ниобий (Nb), титан (Ti). Каждый по-своему влияет на физические и химические характеристики сплава, поэтому, как правило, они вводятся в базовый состав комплексно, в различных комбинациях и пропорциях.

Например, молибден, титан и ниобий являются карбидообразователями. Связывая содержащийся в сплаве углерод в прочные карбиды, они обеспечивают эффективное торможение дислокаций и диффузий, усиливают межатомные связи, способствую формированию более стабильной структуры материала и повышению его жаропрочности. Наличие в сплаве никеля обуславливает его сопротивление к окислению на воздухе, а в комбинации с кобальтом, никель способствует повышению длительной прочности сплава.

Ферросплавы как наиболее эффективная форма легирования жаропрочных сплавов

В металлургии для получения разных марок жаростойких сплавов, используют специальные полупродукты на основе железа (Fe), содержащие определенный процент необходимого легирующего элемента – ферросплавы. Вводимые в жидкую субстанцию того или иного металла, ферросплавы, в виде чушек, блоков или гранул, значительно упрощают технологическую схему и сам процесс корректировки химического состава жаростойкого сплава.

Необходимо отметить, что ферросплавами условно называют и те полупродукты, где железо не является базовой основой, а содержится лишь в виде примеси. Сортамент ферросплавов для легирования жаростойких металлов весьма разнообразен. Наиболее важными ферросплавами в современной металлургии являются ферроникель, ферровольфрам, ферромолибден, феррованадий, феррониобий, ферротитан, феррокобальт.

Роль легирующих элементов в составе жаропрочных сплавов

Рисунок 1. Сводная таблица легирующих элеменнтов.

Никель

Никель повышает пластичность, вязкость, теплоемкость сплава, увеличивает его сопротивляемость к образованию трещин и коррозии, улучшает возможности термообработки. В связи с этим ферроникель – один из самых распространенных и востребованных ферросплавов глобальной металлургической отрасли. Мировые стандарты определяют пять марок ферроникеля, содержащего 20-70% никеля, плюс незначительное количество углерода (С), серы (S), фосфора (Р), кремния (Si), хрома (Cr), меди (Cu).

Легированные никелем жаропрочные сплавы, как правило, содержат 8-25% никеля, а некоторые до 35% и более. Однако из-за того, что никель снижает твердость сплава, для легирования его обычно используют не в чистом виде, а в сочетании с железом, хромом, молибденом, титаном, ниобием и другими элементами. В качестве примера можно привести сплавы марок 12Х18Н9Т (Fe – около 61%) и 10Х17Н13МЗТ (Fe – около 67%) с содержанием никеля 8-9,5% и 12-14% соответственно.

Молибден и вольфрам

На физические характеристики сталей и сплавов вольфрам и молибден оказывают схожее влияние, существенно увеличивая предел длительной механической прочности при температурах до 1800°C (в вакууме). Достаточно ввести 0,3-0,5% этих элементов в сплав, чтобы заметно усилить его сопротивление ползучести, укрепить межатомные связи кристаллической решетки, повысить температурный предел рекристаллизации. Для сталеплавильной и литейной промышленности производят легирующие ферросплавы из молибдена и вольфрама с железом: ферромолибден (55-60% Мо) и ферровольфрам (65-85% W).

Для легирования в сплавы обычно вводят относительно небольшое количество молибдена (около 0,2-20%) и вольфрама (до 10-12%), поскольку переизбыток этих элементов способен повысить хрупкость сплава при нагреве. В качестве примера сплава, легированного молибденом и вольфрамом можно привести жаропрочную низколегированную сталь 12Х1МФ (Fe – около 96%) с содержанием Мо 0,25-0,35 процента. В этом же ряду жаропрочная релаксационностойкая сталь 20Х3МВФ (Fe – около 93%) содержащая Мо 0,35-0,55% и W 0,3-0,5%, а также сплав на основе никеля ХН57МТВЮ (Мо 8.5-10%, W 1.5-2.5%, Fe 8-10% и т.п.)

Ванадий

С целью повышения характеристик по жаропрочности, состав легирующих элементов усложняется, часто вместе с ванадием в сплав вводятся молибден, хром, никель и т.п. Показательным примером такой технологии легирования может служить жаропрочный сплав на основе железа марки 12Х2МФСР (Fe – около 95%) с содержанием V 0,2-0,35%, Мо 0,5-0,7%, Cr 1,6-1,9%, Ni до 0,25% и т.д. Еще один пример мультилегирования сплава с применением ванадия – жаропрочная сталь 15Х2М2ФБС, включающая в себя V 0,25-0,4%, Мо 1,2-1,5 %, Cr 1,8-2,3%, Ni до 0,3% и т.д.

Специальные ферросплавы

Все используемые в литейном производстве жаропрочных сплавов ферросплавы условно делятся на две группы: первая — ферросплавы массового применения, вторая — специальные ферросплавы. Ко второй группе относятся соединения железа с титаном, кобальтом, ниобием и рядом других элементов. Специальные ферросплавы применяют в небольших пропорциях 4–6%, и не только для повышения рабочей температуры жаропрочных сплавов, но для придания им особых свойств.

Читать еще: Микроволновка только для разогрева какую выбрать

Например, феррониобий применяется для легирования жаропрочных хромоникелевых сталей, поскольку ниобий эффективно препятствует межкристаллитной коррозии, разрушающей границы зерна и ведущей к потере прочности материала. В свою очередь ферротитан вводится в жаропрочные сплавы для усиления общих антикоррозийных характеристик. Кроме того, титан улучшает свариваемость нержавеющих сталей. Легирование жаропрочных сплавов феррокобальтом позитивно сказывается на их релаксационной стойкости, особенно это касается хромистых сталей.

О легировании стали никелем, хромом, молибденом

Приобрести у нас прокат (оптом, в розницу, а также в формате регулярных поставок) вы можете, как находясь в Днепре, так и оформив заказ с транспортировкой металлопроката в любой город Украины.

Процесс легирования – это технология введения в расплавленный металл частиц других металлов, для образования однородной фактуры сплава и улучшения его качеств.

Впервые до целенаправленного легирования додумались во второй половине 19-го века: в 1858 году француз Мюшетт придумал сталь для станочных резцов, в которую был добавлен марганец, углерод и вольфрам. А в массовое производство пошла сталь включениями углерода и марганца, придуманная в 1882 году англичанином Робертом Эбботом Гадфильдом.

Какие свойства приобретает сталь в результате легирования?

Каждый химический элемент, вводимый в сплав, меняет его. Имеют значение пропорции примесей. К тому же, один сплав обычно легируют не одним металлом-добавкой, а несколькими.

Легирование никелем

В стальных сплавах металл никель в качестве примеси способствует тому, чтобы в сплаве образовывался и сохранялся аустенит. Это повышает прочность сплава. Если к никелю добавлен хром и молибден, то никель становится еще более эффективным для термического упрочнения стали, повышения ее вязкости, а также усталостной прочности. Никелем легируют ферритные стали – они становятся более вязкими. Хромоникелевые аустенитные стали лучше сопротивляются явлению коррозии.

Легирование хромом

Хром – элемент, который, при добавлении, улучшает стойкость металлического сплава к явлениям окисления и коррозии, делает сталь более прочной даже при случаях нагрева до высоких температур, а также улучшает возможности высокоуглеродистого сплава к сопротивлению износу по фактору трения. В процессе легирования хромом образовываются карбиды хрома – благодаря им сталь становится тверже и прочнее: из нее можно изготавливать ножи и прочие колюще-режущие инструменты. Если же в стали при этом присутствуют также примеси олова, мышьяка, фосфора или сурьмы, то они сегрегируют к границам «зерен» сплава, что вызывает повышение отпускной хрупкости стального сплава.

Легирование молибденом

Молибден создает большее термическое упрочнение в процессе отпуска стали (после ее закалки). Стали с примесью молибдена при высоких температурах характеризуются меньшей ползучестью.

Также при включении молибдена, уменьшается зернистость сплава и сталь становится прочнее. Улучшается показатель стойкости к коррозионным процессам (в том числе, к точечной коррозии).

При сочетании металлов-добавок по технологии легирования получают хромоникельмолибденовые, хромистые и хромоникелевые сплавы, которые обладают оптимальными наборами параметров для определенных условий эксплуатации и способов обработки.

Предлагаем купить листовой прокат легированных сталей в Днепре у ТД ТАМ

Мы можем предложить две разновидности листового проката из легированной стали: инструментальную и конструкционную.

Отличия в том, что инструментальная сталь легированная (из которой действительно делают элементы различных инструментов) характеризуется большей твердостью и большей устойчивостью к механическим воздействиям (ударам, трению, деформации).

Конструкционная легированная сталь мягче, что облегчает вырезание из нее нужных элементов, но обладает большей усталостной прочностью.

Уточнения и подробности возможны по телефонам: 050 400-08-84; 098 181-69-58; 050 4000-581; 096 952-63-05.

Легирующие элементы в конструкционных сталях;

Основными легирующими элементами конструкционных сталей являются хром в количестве до 1,8% (чаще 0,8 – 1,1%), никель (0,5 – 4,5%), кремний (0,5 – 1,2) и марганец (0,8 – 1,8%). Вольфрам, молибден, ванадий, титан, бор и другие легирующие элементы не применяют в качестве самостоятельных присадок, а вводят в сталь в сочетании с хромом, никелем и марганцем для дополнительного улучшения свойств. Обычно в конструкционных сталях содержится 0,15 – 0,45% Мо; 0,5 – 1,2% W; 0,1 – 0,3% V; 0,06 – 0,12% Ti; 0,002 – 0,005% В. Большинство конструкционных сталей относятся к перлитному классу, а в равновесном состоянии к группе доэвтектоидных.

Легированные стали обладают лучшими механическими свойствами после термической обработки (закалки и отпуска), они сравнительно мало отличаются от механических свойств углеродистой стали в изделиях малых сечений. В изделиях крупных сечений (диаметром >15 – 20 мм) механические свойства легированных сталей значительно выше, чем углеродистых. Особенно сильно повышаются предел текучести, относительное сужение и ударная вязкость. Это объясняется тем, что легированные стали обладают меньшей критической скоростью закалки, а, следовательно, лучшей прокаливаемостью. Кроме того, после термической обработки они имеют более мелкое зерно и более дисперсные структуры. Из-за большей прокаливаемости и меньшей критической скорости закалки замена углеродистой стали легированной позволяет производить закалку деталей в менее резких охладителях (масло, воздух), что уменьшает деформацию изделий и опасность образования трещин. Легированные стали применяют поэтому не только для крупных изделий, но и для изделий небольшого сечения, имеющих сложную форму. Чем выше в стали концентрация легирующих элементов, тем выше ее прокаливаемость.

Для достижения высокой прокаливаемости сталь чаще легируют более дешевыми элементами – марганцем, хромом и бором, а также более дорогими – никелем и молибденом. Однако следует иметь в виду, что по достижении необходимой для данного сечения прокаливаемости дальнейшее увеличение в стали легирующих элементов может не улучшить, а, напротив, ухудшить механические свойства стали. При этом повышается порог хладноломкости и уменьшается запас вязкости. Например, увеличение содержания в стали хрома или марганца до 1,0% практически не влияет на порог хладноломкости. Однако при больших их концентрациях порог хладноломкости повышается. Поэтому содержание легирующих элементов должно быть минимальным, обеспечивающим необходимую для данного сечения и условий охлаждения сквозную прокаливаемость.

Чрезмерное легирование ухудшает и технологичность стали (обработку резанием, свариваемость и т. д.). Исключение составляют никель и молибден. Никель повышает сопротивление хрупкому разрушению, повышая пластичность и вязкость, уменьшая чувствительность к концентраторам напряжений и понижая температуру порога хладноломкости. При содержании в стали 1,0% Ni порог хладноломкости снижается на 60 – 80 с С, дальнейшее увеличение концентрации никеля до 3 – 4% вызывает менее сильное, но все же снижение порога хладноломкости. Введение 3 – 4% Ni рекомендуется для обеспечения глубокой прокаливаемости. Никель уменьшает анизотропию и повышает пластичность и вязкость в направлении поперечном волокну. Никель – дорогой металл. Поэтому чаще в конструкционные стали его вводят совместно с хромом и другими элементами и притом в предельном минимальном количестве. В сложнолегированных сталях никель также обеспечивает высокое сопротивление хрупкому разрушению.

Легирование стали небольшими количествами (до 0,1 – 0,15%) V, Ti, Nb и Zr, образующими труднорастворимые в аустените карбиды, измельчает зерно, что понижает порог хладноломкости, повышает работу распространения трещины и уменьшает чувствительность к концентраторам напряжений. При большом содержании этих элементов сопротивление стали хрупкому разрушению уменьшается.

Легирующие элементы повышают устойчивость мартенсита против отпуска и задерживают коагуляцию карбидов. Поэтому для получения требуемой прочности и твердости легированные стали подвергают отпуску при более высокой температуре, чем углеродистые. Это позволяет не только полностью снять закалочные напряжения, но и получить в стали лучшее сочетание прочности и вязкости.

После одинаковой температуры отпуска легированная сталь будет иметь более высокую прочность (твердость), но несколько меньшую пластичность и вязкость. Легирующие элементы существенно повышают прочность стали после улучшения, упрочняя ферритную основу (в том числе и за счет сохранения большей плотности дефектов строения) и увеличивая дисперсность карбидных частиц. Наиболее сильно упрочняют сталь Сr, Мо и Si.

В связи с этим легированная сталь и в отожженном (нормализованном) состоянии будет обладать большей прочностью, но меньшей пластичностью, чем углеродистая сталь. Для подавления обратимой отпускной хрупкости сталь легируют молибденом (или вольфрамом). Это очень важно для крупных изделий, в которых даже при охлаждении в воде от температур отпуска нельзя устранить эту хрупкость. Кроме указанного, молибден (вольфрам) повышает прокаливаемость (особенно в сочетании с никелем), устойчивость стали против отпуска и способствует образованию мелкозернистой стали. Молибден значительно улучшает механические свойства стали после цементации (нитроцементации) и повышает твердость и прокаливаемость цементованного слоя, так как стали, содержащие молибден, не склонны к внутреннему окислению при взаимодействии с газовым карбюризатором.

Кремний является полезным легирующим элементом для сталей, подвергаемых изотермической закалке. Стали, содержащие кремний, после изотермической закалки обеспечивают высокую вязкость и пониженную чувствительность к надрезу. Это объясняется тем, что в процессе промежуточного превращения возрастает количество высокоуглеродистого остаточного аустенита и повышается вязкость бейнита за счет уменьшения в a- фазе углерода.

Маркировка легированных конструкционных сталей.Легированные конструкционные стали маркируют цифрами и буквами, например, 15Х, 45ХФ, 12ХНЗА, 20Х2Н14А, 18ХГТ и т. д. Двузначные цифры, приводимые в начале марки, указывают среднее содержание углерода в сотых долях процента; буквы справа от цифры обозначают легирующий элемент: А – азот, Б – ниобий, В – вольфрам, Г – марганец, Д – медь, Е – селен, К – кобальт, Н – никель, М – молибден, П – фосфор, Р – бор, С – кремний, Т – титан, Ф – ванадий, X – хром, Ц – цирконий, Ч – редкоземельный, Ю – алюминий.

Цифры после букв указывают примерное содержание соответствующего легирующего элемента в целых процентах; отсутствие цифры указывает, что оно составляет

1 – 1,5% и менее. Основная масса легированных конструкционных сталей выплавляется качественными (

Легирование сталей

При некоторых условиях эксплуатации стальных изделий и конструкций обычные физико-механические характеристики материал не удовлетворяют поставленным требованиям. В таких случаях стали легируют – добавляют при выплавке к исходному составу другие химические элементы (в основном – тоже металлы, хотя как будет показано далее, есть и исключения). В результате сталь становится прочнее, твёрже, устойчивее к внешним неблагоприятным факторам, хотя и теряет в своей пластичности, что в большинстве ситуаций ухудшает её обрабатываемость.

Технические требования к легированным сталям регламентированы ГОСТ 4543 (применительно к тонколистовому стальному прокату действует ещё ГОСТ 1542). В то же время ряд комплексно и сложнолегированных сталей производится согласно ТУ металлургических предприятий.

Читать еще: Как правильно подключить провода к мультиметру

Легирование и примеси – есть ли разница?

С формальной точки зрения, некоторые химические элементы, содержащиеся в обычных сталях, как конструкционных, так и обычного качества, тоже можно называть легирующими. К таким можно отнести, например, медь (до 0,2%), кремний (до 0,37%) и т.д.

Причина заключается в том, что любая примесь является следствием либо чистоты исходной руды (марганец), либо специфики металлургических процессов плавки (сера, фосфор). Теоретически выплавленная без меди, фосфора и серы сталь обладала бы такими же механическими свойствами. Легирование же имеет своей конечной целью именно повышение определённых технических характеристик стали. При этом фосфор и сера однозначно относятся к вредным, но неизбежным примесям. Наличие меди увеличивает пластичность, зато способствует налипанию поверхности металла, имеющего избыточную (более 0,3%) концентрацию меди на поверхность смежной детали. При работе конструкции в условиях интенсивного трения это является крупным недостатком.

Наличие химического элемента с концентрацией более 1% даёт основание вводить его условное обозначение в марку стали. Кроме вышеупомянутой стали 65Г, подобной чести удостаивается также и алюминий (присутствующий, в частности, в стали О8Ю). В данном случае алюминий вводится в обычную конструкционную сталь О8 с целью её раскисления, а то, что при этом несколько повышаются показатели её пластичности, является лишь удачным сопутствующим обстоятельством. Борирование стали обеспечивает ей повышенную последующую деформируемость, поэтому даже микродобавки бора в химический состав стали отмечаются соответственно изменённой её маркировкой (например, в стали 20Р присутствует всего 0,001…0,005 % бора).

В целом принято, что:

Стали, содержащие только один, намеренно вводимый в состав элемент;
Стали, в составе которых имеются иные, кроме углерода и марганца, химические элементы в количестве не более 1%

— легированными не считаются. С другой стороны, если в составе выплавляемого сплава процентное содержание железа не превышает 55%, то такой материал уже не может называться легированной сталью.

Общая классификация легирующих элементов в сталях

Наличие легирующих элементов оказывает преобладающее влияние на вид диаграммы состояния системы «железо-углерод», и на наличие/отсутствие химических соединений в конечном продукте (нитридов, карбидов и более сложных по формуле компонентов). Последние, в свою очередь существенно видоизменяют микроструктуру стали.

В связи с этим, легирующие сталь металлы подразделяются на две группы:

Металлы, которые увеличивают область твёрдых растворов на основе γ-железа (аустенитная область на диаграмме состояния), что приводит к повышению разнообразия конечной микроструктуры легированной стали после её упрочняющей термообработки). К таким элементам относятся никель, марганец, кобальт, медь, а также азот.
Металлы и химические элементы, наличие которых сужает γ-область, зато повышает прочность стали. К ним относят хром, вольфрам. ванадий, молибден, титан.

В процессе получения легированных сталей изменяются следующие закономерности в её свойствах.

Как известно, разные элементы обладают различной кристаллической структурой (для металлов это – гранецентрированная и объёмноцентрированная). Само же железо имеет объёмноцентрированную решётку.

Именно по этой причине такой металл как цинк вводят в качестве легирующей добавки только в цветные металлы и сплавы. Ограниченное применение для целей легирования стали находят также химические элементы, которые неспособны образовывать при выплавке устойчивые химические соединения с углеродом, железом и азотом.

Зависимость характеристик стали от насыщения её определёнными химическими элементами окончательно ещё не изучено. Это объясняется тем, что при комплексном легировании каждый компонент может взаимодействовать по разному с другими, причём такие изменения закономерному объяснению часто не поддаются. Поэтому вопросы целесообразности применения того либо иного легирующего элемента разрешаются экспериментальным путём.

Доказанными считаются следующие положения:

Эффективность процесса повышается при увеличении растворимости азота и углерода в легирующей добавке, и в основном железе;
Стабильность окончательных свойств стали повышается при увеличении размеров аустенитной зоны;
Качество стали, легированной металлами и элементами с меньшим, чем у железа порядковым номером (в таблице химических элементов Д. Менделеева) хуже, чем в противоположном случае;
Более тугоплавкие, по сравнению с железом, металлы повышают прочность стали при любых вариантах её дальнейшей термообработки.

Впрочем, вторичные взаимодействия, сильно зависящие от способа выплавки стали, могут существенно корректировать эти положения. Поэтому на данном этапе с уверенностью можно говорить лишь о влиянии конкретных легирующих элементов на свойства стали.

Влияние хрома

Хром – металл, особенно часто применяемый для целей легирования. Его добавляют как в конструкционные стали (например, 20Х, 40Х), так и в инструментальные (9ХС, Х12М). При этом конечные свойства легированной хромом стали сильно зависят от его содержания в ней. При низких (менее 0,5…0,7%) концентрациях структура стали становится боле грубой, и чувствительной к направлению её последующей обработки, особенно при прокатке и гибке в холодном состоянии. Ухудшается также равномерность распределения основных составляющих микроструктуры.

Как уже было отмечено выше, одной из главных целей легирования является формирование в стали карбидов металлов, прочность и твёрдость которых заметно выше, чем основного металла. Хром образует два вида карбидов: гексагональный Cr₇C₃ и кубический Cr₂₃С₆, причём в обоих случаях прочность и хладостойкость стали возрастают. Особенностью карбидов хрома является присутствие в их структуре также и других элементов – железа и ванадия. В результате температура эффективного растворения снижается, что, в свою очередь, приводит к таким положительным особенностям сталей, легированных хромом, как прокаливаемость, возможность вторичного дисперсионного твердения и теплостойкость. Поэтому стали, легированные хромом, имеют увеличенную эксплуатационную стойкость при тяжёлых условиях своей эксплуатации.

Однако увеличение содержания хрома в стали приводит и к отрицательным последствиям. При его концентрации более 5…10% резко ухудшается карбидная однородность материала, что сопровождается нежелательными явлениями при её механической обработке: даже при нагреве пластичность стали невысока, поэтому при ковке с большими степенями деформации высокохромистые стали подвержены растрескиванию.

При чрезмерном карбидообразовании увеличивается также количество концентраторов напряжений, что негативно влияет на стойкость таких сталей к динамическим нагрузкам. Учитывая это, содержание хрома в сталях не должно превышать 5..6%.

Влияние вольфрама и молибдена

Действие этих легирующих добавок в сталях примерно одинаково, поэтому их рассматривают совместно. Вольфрам и молибден улучшают дисперсионное твердение сталей, что увеличивает их теплостойкость, особенно при длительной работе с повышенными температурами. Мартенситостареющие стали обладают уникальным комплексом свойств: они сочетают достаточную пластичность и вязкость с высокой поверхностной прочностью, а потому находят широкое применение в качестве инструментальных сталей, предназначенных для холодной объёмной штамповки с высокими степенями деформации. Причиной этому – формирование интерметаллидных соединений Fe₂W и Fe₂Mo₃, которые способствуют последующему появлению специальных карбидов (чаще – хрома и ванадия). Поэтому часто, совместно с вольфрамом и молибденом стали легируют также и этими металлами. Примером служат инструментальные стали типа Х4В2М1Ф1, конструкционные 40ХВМФА и т.п.

Наиболее эффективно такое легирование для сталей, содержащих сравнительно большое количество углерода. Именно этим объясняется преимущественное применение сталей, содержащих вольфрам и молибден, для производства ответственных шестерён, валов и других деталей машин, работающих при сложных, резко циклических нагрузках. Наличие рассматриваемых легирующих компонентов улучшает закаливаемость сталей и способствует более устойчивым конечным характеристикам изделий, изготовленных из них.

Имеются и отрицательные стороны избыточного легирования данными металлами. Например, повышение концентрации молибдена более 3% способствует обезуглероживанию стали при нагреве, становится причиной хрупкого разрушения (особенно, если в составе такой стали присутствует в увеличенном — более 2% — количестве кремний). Предельное содержание вольфрама в стали – 10…12% — связано, главным образом, с резким повышением стоимости готового продукта.

Влияние ванадия

Ванадий чаще применяется как компонент сложного легирования. Его наличие придаёт легированным сталям более равномерную и благоприятную структуру, которая мало изменяется даже с термообработкой. Кроме того, ванадий стабилизирует γ-фазу, что увеличивает стойкость стали к напряжениям сдвига (как известно, именно при сдвиговых деформациях металлы имеют наименьшую прочность).

На твёрдость стали ванадий практически не влияет, это особенно заметно для конструкционных сталей, содержащих меньше углерода, чем инструментальные. В комплекснолегированных сталях ванадий увеличивает теплостойкость, что повышает их устойчивость от хрупкого разрушения. В этом смысле влияние ванадия противоположно влиянию молибдена. Особенностью термообработки легированных сталей, содержащих ванадий, считается невозможность выполнения высокого отпуска после закалки, поскольку последующая пластичность стали снижается. Поэтому в сталях, предназначенных для изготовления крупных деталей или поковок, процентное содержание ванадия ограничивается 3..4%.

Влияние кремния, марганца и кобальта

Кремний – единственный из неметаллов, «допущенный» к процессам легирования. Объясняется это двумя факторами – дешевизной элемента и однозначной зависимостью твёрдости от процентного содержания кремния в стали. Именно поэтому кремний часто применяется при выплавке недорогих низколегированных строительных сталей, а также сталей, для эксплуатационной долговечности которых важно оптимальное сочетание прочности и упругости. Чаще всего совместно с кремнием используется и марганец – примерами могут быть стали 09Г2С, 10ГС, 60С2 и т.д.

В инструментальных сталях кремний как легирующий компонент используется редко, и притом только в сочетании с другими металлами, которые нейтрализуют его отрицательные свойства – малую эксплуатационную пластичность и вязкость. Из таких сталей – в частности, 9ХС, 6Х3С и т.п. — изготавливают режущий и штамповый инструмент, для которого требуется сочетание высокой твёрдости и стойкости при резких нагрузках.

Как и кремний, кобальт при внедрении в структуру стали не образует собственных карбидов, зато в сложнолегированных сталях интенсифицирует их образование при отпуске. Поэтому кобальт применяется не самостоятельно, а в сочетании с такими металлами, как ванадий, хром, вольфрам, при этом, ввиду дефицитности кобальта его содержание обычно не превышает 2,5…3%.

Влияние никеля

Никель – единственный из легирующих компонентов сталей, который повышает её пластичность и снижает твёрдость. Поэтому одним никелем стали не легируют. Зато в сочетании с марганцем никель приводит к заметному повышению прокаливаемости стали, что очень важно при изготовлении крупных деталей машин, для которых важна высокая эксплуатационная долговечность. При этом наличие никеля снижает требования к точности соблюдения температурных интервалов термообработки.

Легирование никелем имеет и ряд особенностей. В частности, никель, не образуя собственных карбидов, способствует увеличению скоплений «чужих» карбидов по границам зёрен, в результате снижается теплостойкость, и повышается хрупкость в диапазоне 20…400 0 С. Поэтому процентное содержание никеля в легированных сталях строго увязывается с наличием в них марганца и хрома: при их наличии предельная концентрация никеля составляет 2%, а при их отсутствии – не более 0,5…1%.

Легированные стали для специальных областей использования содержат в себе и ряд других металлов (например, титан, алюминий и др.). Выбор вида стали диктуется эксплуатационными и финансовыми соображениями.

0 0 голоса

Рейтинг статьи