Вивчивши матеріали цього розділу, учні знатимуть:

• визначення поняття «легована сталь»;

• умовні позначення легованих сталей залежно від їхнього хімічного складу;

• особливості впливу легуючих елементів на якість сталі;

• сфери застосування легованих сталей.

1. У легованій сталі, на відміну від вуглецевих, крім заліза, вуглецю і звичайних домішок, міститься значна кількість спеціально введених (легуючих) домішок, які надають сталі особливих властивостей. До таких домішок належать: нікель, хром, вольфрам, титан, молібден, кремній, марганець тощо. Легуючі елементи дорожчі, ніж залізо, тому вартість легованих сталей зазвичай значно вища за вартість вуглецевих сталей.

2. Залежно від того, якими спеціальними елементами леговано сталь, її називають хромистою, нікелевою, ванадієвою тощо; якщо ж її леговано двома або більше компонентами, - складнолегованою (наприклад, хромонікелевою, хромонікелеванадієвою).

3. Метою легування сталі є підвищення її міцності в незагартованому і загартованому стані при підвищених і високих температурах; підвищення опору зношуванню; підвищення стійкості проти корозії; створення особливих фізичних властивостей - магнітних, теплових та ін. Зазвичай застосування легованих сталей без термооброблення економічно не є виправданим.

4. Легуючі елементи по-різному розподіляються у сталі й по-різному впливають на поліморфізм заліза, карбідоутворення, критичні перетворення при нагріванні, розпад аустеніту, ізотермічне і мартенситне перетворення, ріст зерна, прогартованість.

5. Леговані сталі за хімічним складом поділяють на три класи: низьколе-говані із загальним вмістом легуючих елементів до 2,5 %; середньолеговані -від 2,5 до 10 % і високолеговані - більше 10 % таких елементів.

6. Для підвищення якостей сталі її легують різними елементами. Наприклад, хром підвищує твердість, знижує ржавіння. Якщо сталь містить більше 13 % хрому, вона стає корозійностійкою. Нікель підвищує міцність і пластичність, корозійну стійкість, вольфрам -твердість і червоностійкість, кобальт - жароміцність, магнітопроникність, марганець при вмісті менше 1 % - твердість, зносостійкість, стійкість ударним навантаженням, молібден - червоностійкість, міцність, опір окисленню під час збільшення температури, титан - міцність, опір корозії, алюміній - окалиностійкість, мідь зменшує корозію.

7. До сталі вводять також бор, селен, азот, цирконій. У легованій сталі може міститись одночасно кілька елементів. У маркуванні роблять такі букве-ні позначення: X - хром, Н - нікель, А - азот, Р - бор, П - фосфор, В - вольфрам, Е - селен, Г - марганець, Д - мідь, Б - ніобій, Ю - алюміній, М - молібден, К - кобальт, Ц - цирконій, Ф - ванадій. Цифри, що стоять за літерами, показують вміст легуючих елементів у відсотках. Якщо вміст елементів не перевищує 1,5 %, то цифру не ставлять. Літера А, яка стоїть наприкінці марки, означає, що сталь високоякісна. Наприклад, сталь марки 35XH3MA - високоякісна, вміщує 0,35 % С, 1 % Сг, 3 % Ni, 1 % Мо.

8. Для спрощення маркування легованих сталей позначають їхні особливі групи: швидкорізальні - Р, підшипникові - Ш, магнітні - Е, нержавіючі хромисті - Ж, нержавіючі хромонікелеві - Я. Щоб визначити належність легованої сталі до певної групи, маркують торці прокатних профілів фарбою, наприклад, хромисту сталь зеленим + жовтим кольорами, хромонікелеву -жовтим + чорним тощо.

9. За стандартом SAE (США) конструкційні сталі позначають чотирма цифрами. Перша цифра - це шифр основного легуючого елемента, друга -вміст його у відсотках, третя і четверта - вміст вуглецю в сотих відсотка. Цифри шифру: 1 - вуглецеві сталі (тоді друга 0), 2 - нікелеві сталі, 3 - нікель-хромові, 4 - молібденові, 5 - хромисті, б - хромованадієві, 7 - вольфрамові, 8 - ванадієві, 9 - кремнисто-марганцеві. Наприклад: 1045 - Ст 45 (1 - вуглецева сталь, 45 - вміст вуглецю 0,45 %; 5140 - Ст 40Х (5 -хромиста сталь, 1 -вміст вуглецю до 1 %, 40 - вміст хрому 4 %).

10. Міцність будівельних сталей підвищується в результаті легування. Оскільки ці сталі використовують у великих кількостях, то доцільно вводити

до їхнього складу дешеві легуючі елементи, як-от марганець і кремній. Вони, крім поліпшення механічних властивостей, мають ще одну перевагу - понижену критичну температуру переходу в крихкий стан. Ці сталі можуть працювати до -40 °С, а сталі 10ХСНД і 15ХСНД, леговані додатково Ni і Си, і до -60 °С.

11. Для зварних металевих конструкцій отримано низьколеговані будівельні сталі марок 16ГС, 10Г2СД, 09Г2, 14Г2 та ін. Для армування залізобетонних конструкцій використовують низьколеговану сталь марок 18Г2С, 20Х2С.

12. Швидкорізальну сталь застосовують для виготовлення різального інструмента. Завдяки червоностій-кості (550-650 °С) інструменти можуть працювати із швидкостями різання в 3-4 рази більшими, ніж інструменти із вуглецевих і легованих сталей. Швидкорізальну сталь маркують літерою Р (від слова rapid - швидкий), наступні за нею цифри вказують концентрацію основного легуючого елемента - вольфраму.

13. Сталі для вимірювальних інструментів повинні мати високу зносостійкість, сталі форму та розміри протягом тривалого часу експлуатації. Виготовляють вимірний інструмент із легованих сталей марок X, 90ХВГ, 12X1.

КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ

1. Що називають легованою сталлю?

2. Чим легована сталь відрізняється від вуглецевої?

3. Як називають сталь, леговану Сг та Ni?

4. Поясніть значення літер і чисел у марок сталі 35ХМА.

5. Яке значення мають літери і цифри марок сталі 12ХРЗА?

6. Як позначають леговану сталь, яка містить 0,1 % вуглецю, 2 % марганцю, 1 % кремнію і 1 % міді?

7. Що означають цифри у марках легованих сталей?

8. Яку сталь називають швидкорізальною?

9. З якою метою фарбують торці прокатних профілів?

Це матеріал з підручника "Матеріалознавство та технологія металів" Власенко 2019