Легированная сталь - Alloy steel

Легированная сталь - это сталь, которая легирована различными элементами в общем количестве от 1,0% до 50% по весу для улучшения ее механических свойств . Легированные стали делятся на две группы: низколегированные и высоколегированные. Разница между ними оспаривается. Смит и Хашеми определяют разницу в 4,0%, в то время как Дегармо и др. , определите его на уровне 8,0%. Чаще всего термин «легированная сталь» относится к низколегированным сталям.

Строго говоря, каждая сталь является сплавом, но не все стали называют легированными. Самые простые стали - это железо (Fe), легированное углеродом (C) (от 0,1% до 1%, в зависимости от типа). Однако термин «легированная сталь» является стандартным термином, относящимся к сталям с другими легирующими элементами, намеренно добавленными в дополнение к углероду. Обычные легирующие добавки включают марганец (самый распространенный), никель , хром , молибден , ванадий , кремний и бор . Менее распространенные легирующие добавки включают алюминий , кобальт , медь , церий , ниобий , титан , вольфрам , олово , цинк , свинец и цирконий .

Ниже приведен ряд улучшенных свойств в легированных сталей (по сравнению с углеродистых сталей ): прочность , твердость , ударной вязкости , износостойкости , коррозионной стойкости , прокаливаемости и горячей твердости . Для достижения некоторых из этих улучшенных свойств металл может потребовать термической обработки .

Некоторые из них находят применение в экзотических и сложных приложениях, таких как лопатки турбин реактивных двигателей и ядерные реакторы. Из-за ферромагнитных свойств железа некоторые стальные сплавы находят важные применения, где их реакция на магнетизм очень важна, в том числе в электродвигателях и трансформаторах.

Низколегированные стали

Вот несколько распространенных низколегированных сталей:

  • D6AC
  • 300 млн
  • 256A
Основные низколегированные стали
Обозначение SAE Сочинение
13xx Mn 1,75%
40xx Mo 0,20% или 0,25% или 0,25% Mo и 0,042% S
41xx Cr 0,50% или 0,80% или 0,95%, Mo 0,12% или 0,20% или 0,25% или 0,30%
43xx Ni 1,82%, Cr от 0,50% до 0,80%, Mo 0,25%
44xx Пн 0,40% или 0,52%
46xx Ni 0,85% или 1,82%, Mo 0,20% или 0,25%
47xx Ni 1,05%, Cr 0,45%, Mo 0,20% или 0,35%
48xx Ni 3,50%, Mo 0,25%
50xx Cr 0,27% или 0,40% или 0,50% или 0,65%
50ххх Cr 0,50%, C 1,00% мин.
50Bxx Cr 0,28% или 0,50% и добавлен бор
51xx Cr 0,80% или 0,87%, или 0,92%, или 1,00%, или 1,05%
51xxx Cr 1,02%, C 1,00% мин.
51Bxx Cr 0,80% и добавлен бор
52xxx Cr 1,45%, C 1,00% мин.
61xx Cr 0,60% или 0,80% или 0,95%, V 0,10% или 0,15% мин.
86xx Ni 0,55%, Cr 0,50%, Mo 0,20%
87xx Ni 0,55%, Cr 0,50%, Mo 0,25%
88xx Ni 0,55%, Cr 0,50%, Mo 0,35%
92xx Si 1,40% или 2,00%, Mn 0,65% или 0,82% или 0,85%, Cr 0,00% или 0,65%
94Bxx Ni 0,45%, Cr 0,40%, Mo 0,12% и добавленный бор
ES-1 Ni 5%, Cr 2%, Si 1,25%, W 1%, Mn 0,85%, Mo 0,55%, Cu 0,5%, Cr 0,40%, C 0,2%, V 0,1%

Материаловедение

Легирующие элементы добавляются для достижения определенных свойств в материале. Легирующие элементы могут изменять и персонализировать свойства - их гибкость, прочность, формуемость и прокаливаемость. Рекомендуется добавлять легирующие элементы в меньшем количестве (менее 5%) для повышения прочности или прокаливаемости или в большем количестве (более 5%) для достижения особых свойств, таких как коррозионная стойкость или экстремальная температурная стабильность. Марганец, кремний или алюминий добавляют в процессе выплавки стали для удаления растворенного кислорода , серы и фосфора из расплава . Марганец, кремний, никель и медь добавляют для повышения прочности за счет образования твердых растворов в феррите. Хром, ванадий, молибден и вольфрам повышают прочность за счет образования карбидов второй фазы . Никель и медь в небольших количествах улучшают коррозионную стойкость. Молибден помогает противостоять хрупкости. Цирконий, церий и кальций повышают ударную вязкость, контролируя форму включений. Сера (в форме сульфида марганца ), свинец, висмут, селен и теллур повышают обрабатываемость. Легирующие элементы имеют тенденцию образовывать твердые растворы, соединения или карбиды. Никель хорошо растворяется в феррите; поэтому он образует соединения, обычно Ni 3 Al. Алюминий растворяется в феррите и образует соединения Al 2 O 3 и AlN. Кремний также хорошо растворим и обычно образует соединение SiO 2 • M x O y . Марганец в основном растворяется в феррите, образуя соединения MnS, MnO • SiO 2 , но также образует карбиды в форме (Fe, Mn) 3 C. Хром образует перегородки между ферритной и карбидной фазами в стали, образуя (Fe, Cr 3 ) C, Cr 7 C 3 и Cr 23 C 6 . Тип карбида, который образует хром, зависит от количества углерода и других типов присутствующих легирующих элементов. Вольфрам и молибден образуют карбиды, если имеется достаточно углерода и отсутствуют более сильные карбидообразующие элементы (например, титан и ниобий ), они образуют карбиды W 2 C и Mo 2 C соответственно. Ванадий, титан и ниобий являются сильными карбида формирования элементов, образующих карбид ванадия , карбид титана и ниобия карбид , соответственно. Легирующие элементы также влияют на эвтектоидную температуру стали. Марганец и никель понижают температуру эвтектоида и известны как элементы, стабилизирующие аустенит . При наличии достаточного количества этих элементов аустенитная структура может быть получена при комнатной температуре. Карбидообразующие элементы повышают температуру эвтектоида; эти элементы известны как ферритные стабилизирующие элементы .

Основные эффекты основных легирующих элементов для стали
Элемент Процент Основная функция
Алюминий 0,95–1,30 Легирующий элемент в азотированных сталях
Висмут - Улучшает обрабатываемость
Бор 0,001–0,003 ( Борсодержащая сталь ) Мощный агент упрочнения
Хром 0,5–2 Повышает прокаливаемость
4–18 Повышает коррозионную стойкость
Медь 0,1–0,4 Устойчивость к коррозии
Вести - Улучшенная обрабатываемость
Марганец 0,25–0,40 Комбинируется с серой и фосфором для уменьшения хрупкости. Также помогает удалить лишний кислород из расплавленной стали.
> 1 Повышает прокаливаемость за счет снижения точек трансформации и замедления трансформации.
Молибден 0,2–5 Стабильные карбиды ; подавляет рост зерна. Повышает ударную вязкость стали, что делает молибден очень ценным легирующим металлом для изготовления режущих частей станков, а также лопаток турбин турбореактивных двигателей . Также используется в ракетных двигателях .
Никель 2–5 Toughener
12–20 Повышает коррозионную стойкость
Кремний 0,2–0,7 Увеличивает силу
2.0 Пружинные стали
Более высокие проценты Улучшает магнитные свойства
Сера 0,08–0,15 Свойства свободной обработки
Титана - Фиксирует углерод в инертных частицах; снижает мартенситную твердость хромистых сталей
Вольфрам - Также увеличивает температуру плавления.
Ванадий 0,15 Стабильные карбиды; увеличивает прочность при сохранении пластичности; способствует мелкозернистой структуре. Повышает ударную вязкость при высоких температурах

Смотрите также

использованная литература

Список используемой литературы

  • Дегармо, Э. Пол; Black, J T .; Козер, Рональд А. (2007), Материалы и процессы в производстве (10-е изд.), Wiley, ISBN 978-0-470-05512-0.
  • Грувер, депутат, 2007, стр. 105-106, Основы современного производства: материалы, процессы и системы , 3-е изд., John Wiley & Sons, Inc., Хобокен, Нью-Джерси, ISBN  978-0-471-74485-6 .
  • Смит, Уильям Ф .; Хашеми, Джавад (2001), Основы материаловедения и инженерии (4-е изд.), McGraw-Hill, стр. 394, ISBN 0-07-295358-6