Например, в стали с маркой 3Х2В8Ф содержится 0,3% углерода (С), 2% хрома (Cr), 8% ванадия (V) и 0,2–0,5% молибдена (Mo). В то время как сталь с маркировкой 5ХНМ расшифровывается так: 0,5% углерода (C), 1% хрома (Cr), 1% никеля (N), а также до 0,3% молибдена (Mo). В стали марки ХВГ имеются 1% углерода (C), 1% хрома (Cr), 1% тантала (ТС) и 1% марганца (Mn).
Легированная сталь
Легированная сталь представляет собой сталь, которая включает в себя различные легирующие элементы, что позволяет значительно улучшать ее механические и физические характеристики.
Кроме того, эти добавки значительно увеличивают устойчивость к коррозии, снижают риск хрупкости и повышают прочность материала.
Элементы легированной стали можно перечислить следующим образом:
Эти материалы являются классическими добавками, которые наиболее часто используются в производственном процессе. Легированные стали делятся на три основные категории:
Классификация легированных сталей производится с учетом процентного содержания легирующих компонентов. Каждый из этих типов сталей получают в процессе металлургического производства, однако в некоторых случаях легирование может осуществляться только на определенной поверхности, с целью придания нужных прочностных характеристик изделиям и деталям. Легированная сталь обретает свои специфические свойства на различных этапах его обработки, по мере введения легирующих компонентов. Она может включать в себя от одного до нескольких добавок, которые повышают прочность сплава, и разделяется на несколько основных классов:
- инструментальная;
- конструкционная;
- особая сталь с уникальными химическими и физическими свойствами.
Основное предназначение легированных сталей весьма разнообразно, поскольку благодаря уникальному сочетанию легирующих добавок такая сталь способна выдерживать различные нагрузки, в отличие от стандартных сталей. Большинство важных характеристик можно модифицировать путем добавления необходимых легирующих элементов. Среди основных применений легированных сталей можно выделить: производство хирургических инструментов, ювелирного оборудования, различных металлоконструкций, строительной арматуры и компонентов промышленных машин, которые работают под высокими нагрузками. Марки инструментального назначения легированных сталей используют для изготовления таких деталей, как элементы, работающие под высоким давлением, эталонные шестерни, ролики сложной формы, а также секции кузнечных штампов. Другие марки назначены для деталей с высокой износостойкостью и отличной прочностью на изгиб, а также при значительных контактных нагрузках и необходимой упругостью.
Виды легированной стали
Различают виды легированной стали, исходя из процентного содержания легирующих компонентов в сплаве. По этой классификации выделяются:
- низколегированные, содержащие до 2,5% легирующих элементов;
- среднелегированные, имеющие от 2,5 до 10% легирующих добавок;
- высоколегированные, в которых содержание легирующих элементов колеблется от 10% до 50%.
- ледебуритные – характеризуются наличием первичных карбидов;
- эвтектоидные – имеют перлитное строение;
- заэвтектоидные – содержат вторичные карбиды;
- доэвтектоидные – в составе имеется избыточный феррит.
По степени применения бывают следующие категории: конструкционные, инструментальные, а также стали с особыми свойствами. Легированная сталь включает в себя также нержавеющие стали, отличающиеся выдающимися свойствами стойкости к химической и электрохимической коррозии. Особые жаростойкие стали демонстрируют хорошую устойчивость к химическому разрушению в газовых средах при температурах свыше 500 градусов Цельсия, но при этом они работают в слабо нагруженных или вовсе ненагруженных состояниях. Жаропрочные стали же сохраняют свою прочность при больших давлениях и температурах, на срок достаточный для их применения.
Элементы, добавляемые в легированную сталь, обозначаются буквами русского алфавита, где X означает хром, Н – никель, В – вольфрам, М – молибден, Ф – ванадий, Т – титан, Ю – алюминий, Д – медь, Г – марганец, С – кремний, К – кобальт, Ц – цирконий, Р – бор, Б – ниобий.
Свойства легированной стали
Свойства легированной стали часто определяются по тому, какие примеси были добавлены в процессе производства.
Качества стали зависят от легирующих элементов, инкорпорированных в ее структуру:
- Стойкость к ржавлению обеспечивается благодаря молибдену и хрому;
- Повышенная твердость возникает из-за добавления марганца, хрома и прочих компонентов;
- Прочность затем добавляется при помощи титана, марганца, хрома и вольфрама.
Легированная сталь становится значительно прочнее и более устойчива к воздействиям окружающей среды, если содержание хрома составляет не менее 12%.
При выполнении легирования с учетом необходимых пропорций элементов, свойства стали сохраняются до температуры нагрева 600 градусов Цельсия.
Химический состав
Качество легированной стали полностью зависит от количества углерода в ней, так как это является одним из основных компонентов ее состава. Также в ней обязательно содержится железо. Никель, хром, медь, ванадий и другие элементы добавляются с целью улучшения различных свойств материала.
Теперь стоит рассмотреть, как именно легирующие ингредиенты влияют на свойства конечного материала:
- Хром, подобно никелю, отвечает за устойчивость к ржавлению. В результате добавления хрома получается хорошо известная нержавеющая сталь, которая обладает увеличенной твердостью и прочностью.
- Никель не только повышает прочностные показатели, но и улучшает пластичность.
- Медь, помимо увеличения коррозионной стойкости, позволяет справляться с множеством кислот.
- Ванадий как компонент уплотняет структуру сплава и делает ее мелкозернистой.
- Марганец увеличивает износостойкость стали.
- Вольфрам, находясь в составе, сохраняет твердость материала даже при воздействии высоких температур.
- Кремний придаёт упругость и одновременно делает металл магнитным.
- Алюминий, присутствующий в сплаве, добавляет жаростойкость.
Как изменяется структура при добавлении различных примесей? В результате легирования кристаллическая решетка нарушается из-за различий в форме электронов и атомных величин добавляющих веществ. Поэтому характеристики легированной стали могут изменяться в зависимости от процента содержания каждого элемента в ее составе. Твердость, прочность и пластичность сплав получает после проведения термообработки.
Это изображение демонстрирует внешний вид легированной стали.
По химическому составу такой металл обычно имеет свои отличия. Следовательно, классификация будет следующей:
- Низколегированный – с процентом легирующих добавок не более 2,5%.
- Среднелегированный – с примесями от 2,5 до 10 %.
- Высоколегированный – с количеством легирующих добавок более 10% и до 50%.
По классификации легированные стали делятся на: коррозионно-устойчивые и жаростойкие (которые могут выдерживать температуры выше 1000 градусов).
Согласно химическому составу выделяют:
Существуют два основных типа сталей: легированные и углеродистые. Давайте рассмотрим, какие у них отличия.
Углеродистая сталь представляет собой сплав, содержащий углерод, кремний и марганец вместе с железом. Сера и фосфор, которые также входят в ее состав, считаются негативно влияющими добавками, так как они снижают механические свойства стали.
Стали подразделяются на низко-, средне- и высокоуглеродистые. Чем большее содержание углерода в этих сплавах, тем менее пластичными они являются, но, тем не менее, образуют более твердый конечный материал.
Углеродистая сталь представляет собой сплав железа с углеродом до 2%. В ее состав также входят кремний, сера и фосфор. Главным компонентом остается углерод. По процентному соотношению эти элементы могут быть примерно следующими: железо — до 99,0%, марганец — 0,3-0,8%, сера — до 0,06%, кремний — от 0,15 до 0,35%.
Основные минусы углеродистой стали:
- Хотя она обладает высокой прочностью и твердостью, ей не хватает пластичности;
- При нагреве до 200 градусов теряется как твердость, так и режущая способность, а при более высоких температурах также теряется прочность;
- Сталь имеет низкую устойчивость к ржавению в агрессивных средах и при погружении в электролиты;
- Показатель теплового расширения сильно увеличивается;
- Продукция становится тяжелее;
- Увеличивается стоимость конечного изделия;
- Существует множество трудностей при проектировании из-за недостаточной прочности данной стали.
При выполнении заказа наши специалисты используют все известные методики механической обработки металла. Современное оборудование последних поколений позволяет добиваться максимального соответствия задействованных чертежей.
Характеристика легированных сталей
Легированная сталь представляет собой металл, который, помимо стандартных примесей, обогащен дополнительными веществами, необходимыми для соответствия определенным химическим и физическим требованиям.
Обычная сталь состоит из железа, углерода и примесей, которые являются обязательными для ее производства. В легированную сталь добавляются легирующие компоненты, задача коих заключается в обеспечении необходимых свойств для определенных условий применения.
Чаще всего в качестве легирующих компонентов к основному железу и его примесям добавляют: никель, ниобий, хром, марганец, кремний, ванадий, вольфрам, азот и медь. Также в состав может входить титан, а также молибден и свинец для увеличения прочности.
Существует три основных категории легированных сталей. Их отнесение к той или иной группе зависит от содержания легирующих добавок и пропорций в составе.
Виды легированной стали
Существуют три ключевых вида стали с легирующими компонентами:
Первый вид характеризуется тем, что процент легирующих добавок в нем составляет около 2,5%.
Второй вид имеет в своем составе от 2,5% до 10% легирующих добавок.
Третий вид включает в себя стальные материалы с содержанием легирующих компонентов, превышающим 10%. Количество легирующих добавок в таком стальном сплаве может достигать 50%.
Назначение легированной стали
Легированная сталь находит широкое применение в современном производстве. Её высокая прочность позволяет создавать оборудование для резки и обработки металлического проката самых разнообразных форм.
Легированные стали могут быть разбиты на несколько групп по целеби, для которой они предназначены.
К основным из них можно отнести:
- конструкционная легированная сталь,
- инструментальная легированная сталь,
- легированная сталь с особыми физическими и химическими свойствами.
Характеристики легированных сталей могут варьироваться в зависимости от соотношения компонентов в их составе. Эти стали всегда более прочные и имеют лучшую устойчивость к образованию коррозии.
Марки легированных сталей представлены в широком разнообразии, их классификация может основываться на предназначении стали, что определяет её маркировку.
На сегодняшний день существуют различные требования к маркировке легированной стали. Для этого процесса применяются как цифровые, так и буквенные обозначения. Сначала в маркировке указываются цифры, которые указывают содержание углерода в стале в сотых долях. После них следуют буквы, обозначающие использованные легирующие добавки. Если после буквы, обозначающей легирующий элемент, не следует числовое обозначение, это означает, что его содержание минимальное и не превышает одного процента.
Таблица 1. Сопоставление марок стали типа Cm и Fe по международным стандартам ИСО 630-80 и ИСО 1052-82.
| Марки стали | |||
|---|---|---|---|
| Ст | Fe | Ст | Fe |
| СтО | Fe310-0 | Ст4кп | Fe430-A |
| Ст1кп | Ст4пс | Fe430-B | |
| Ст1пс | Ст4сп | Fe430-C | |
| Ст1сп | — | — | Fe430-D |
| Ст2кп | Ст5пс | Fe510-B, Fe490 | |
| Ст2пс | Ст5Гпс | Fe510-B, Fe490 | |
| Ст2сп | Сг5сп | Fe510-C, Fe490 | |
| Ст3кп | Fe360-A | ||
| Ст3пс | Fe360-B | Ст6пс | Fe590 |
| Ст3Гпс | Fe360-B | Стбсп | Fe590 |
| Ст3сп | Fe360-C | Fe690 | |
| Ст3Гсп | Fe360-C | — | |
| Fe360-D | |||
Таблица 2. Условные обозначения легирующих элементов в металлах и сплавах
| Элемент | Символ | Обозначение элементов в марках металлов и сплавов | Элемент | Символ | Обозначение элементов в марках металлов и сплавов | ||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| черные | цветные | черные | цветные | ||||
| Азот | N | А | — | Неодим | Nd | — | Нм |
| Алюминий | А1 | Ю | А | Никель | Ni | — | Н |
| Барий | Ва | — | Бр | Ниобий | Nb | Б | Нп |
| Бериллий | Be | Л | Олово | Sn | — | О | |
| Бор | В | р | — | Осмий | Os | — | Ос |
| Ванадий | V | ф | Вам | Палладий | Pd | — | Пд |
| Висмут | Bi | Ви | Ви | Платина | Pt | — | Пл |
| Вольфрам | W | В | — | Празеодим | Pr | — | Пр |
| Гадолиний | Gd | — | Гн | Рений | Re | — | Ре |
| Галлий | Ga | Ги | Ги | Родий | Rh | — | Rg |
| Гафний | Hf | — | Гф | Ртуть | Hg | — | Р |
| Германий | Ge | — | Г | Рутений | Ru | — | Pv |
| Гольмий | Но | — | ГОМ | Самарий | Sm | — | Сам |
| Диспрозий | Dv | — | ДИМ | Свинец | Pb | — | С |
| Европий | Eu | — | Ев | Селен | Se | К | СТ |
| Железо | Fe | — | Ж | Серебро | Ag | — | Ср |
| Золото | Au | — | Зл | Скандий | Sc | — | С км |
| Индий | In | — | Ин | Сурьма | Sb | — | Cv |
| Иридий | Ir | — | И | Таллий | Tl | — | Тл |
| Иттербий | Yb | — | ИТН | Тантал | Ta | — | ТТ |
| Иттрий | Y | — | ИМ | Теллур | Te | — | Т |
| Кадмий | Cd | Кд | Кд | Тербий | Tb | — | Том |
| Кобальт | Co | К | К | Титан | Ti | Т | ТПД |
| Кремний | Si | С | Кр(К) | Тербий | Tm | — | ТУМ |
| Лантан | La | — | Ла | Углерод | C | У | — |
| Литий | Li | — | Лэ | Фосфор | P | п | Ф |
| Лютеций | Lu | — | Люн | Хром | Cr | х | Х(Хр) |
| Магний | Mg | Ш | Мг | Церий | Ce | — | Се |
| Марганец | Mn | Г | Мц(Мр) | Цинк | Zn | — | Ц |
| Медь | Cu | Д | М | Цирконий | Zr | Ц | ЦЭВ |
| Молибден | Mo | М | — | Эрбий | Er | — | Эрм |
