» » Влияние различных элементов на свойства стали

Влияние различных элементов на свойства стали

Углерод является главным элементом после железа, составляющим сталь. Поэтому свойства стали зависят от процентного содержания в ней углерода. Чем меньше углерода, тем мягче и пластичнее сталь, и наоборот — с повышением его содержания прочность и твердость увеличиваются, а пластичность снижается. При содержании углерода 1,5% и более сталь имеет плохую ковкость.
Обычно в сталях, подвергаемых кузнечной обработке, содержание углерода в зависимости от марки стали изменяется в пределах от 0,1 до 1,2%. Стали с содержанием углерода до 0,1% называют мягкими, или железом, стали же, имеющие до 1,2% углерода, относятся к твердым инструментальным сталям.
Кремний и марганецв небольших количествах всегда имеются в углеродистой стали. Наличие их связано с технологическим процессом изготовления такой стали. Содержание кремния обычно не превышает 0,4%, марганца — 0,8%. В таких количествах они не оказывают существенного влияния на свойства стали.
Сера и фосфор хотя и нежелательные, но неизбежные примеси в стали. Большую опасность при кузнечной обработке представляет сера. Она вызывает красноломкость, т. е. хрупкость, стали при температуре красного каления. Фосфор в количестве, превышающем допустимые нормы, приводит к хладноломкости, т. е. хрупкости при пониженной или отрицательной температуре. Содержание каждого из этих элементов ограничивают сотыми долями процента.
Таким образом, в углеродистых сталях суммарное содержание углерода, кремния, марганца, серы и фосфора обычно не превышает 2%, а следовательно, на долю железа приходится более 98%.
Хром повышает твердость и прочность стали при обычной и при высокой ковочной температуре, но снижает пластичность, а также теплопроводность. Поэтому требуется соблюдение осторожности при нагреве и охлаждении стали, во избежание появления трещин. Содержание хрома в конструкционных сталях обычно бывает в пределах 0,5—1,8%, а в инструментальных и специальных оно доходит до 10—12% и более.
Никель повышает прочность при одновременном повышении пластичности и в сочетании с хромом является наиболее распространенным элементом в конструкционных сталях. Содержание его в этих сталях бывает в пределах от 1 до 4%. В инструментальные стали никель как легирующий элемент обычно не вводят. Исключение составляют некоторые сорта штамповых сталей. В жаропрочных, нержавеющих и других специальных сталях никеля бывает до 20% и более.
Следует иметь, в виду, что при нагреве никелевых сталей образуется очень плотная окалина, которая удаляется с большим трудом. Это затрудняет штамповку.
Вольфрам повышает прочность и твердость стали, увеличивает прокаливаемость, но снижает теплопроводность. На пластичность он влияет менее ощутимо. Вольфрам является основным легирующим элементом быстрорежущей стали, в которой содержание его доходит до 19%. Он способствует повышению красностойкости. В конструкционные стали вольфрам вводится в меньшем количестве — до 1,2%.
Молибден оказывает на сталь такое же влияние, как и вольфрам. Он также служит в качестве легирующего элемента быстрорежущей стали. В конструкционных и инструментально-штамповых сталях молибден и вольфрам являются взаимозаменяемыми, но первый оказывает более сильное действие и потому вводится в меньшем количестве (примерно в 3—4 раза). Так, например, в конструкционных сталях содержание молибдена не превосходит 0, 35%.
Ванадий увеличивает прочность и твердость, а главное, увеличивает сопротивляемость снижению твердости при нагреве стали. Он является основным легирующим элементом быстрорежущей и некоторых сортов конструкционной стали. Содержание ванадия в различных сортах стали бывает в пределах от 0,2 до 2,6%.
Марганец может быть введен в сталь как легирующий элемент. В этом случае содержание его превышает 0,8%, а в некоторых сортах специальных сталей содержание марганца достигает 15%. Марганец повышает упругость и прочность, и потому применяется в пружинно-рессорных сталях. Он несколько улучшает свариваемость стали, а будучи введен в больших количествах, повышает износоустойчивость. Марганец противодействует красноломкости при большом содержании серы. Пластичность стали, а также теплопроводность ее при введении марганца снижаются.
Кремний, как и марганец, может выполнять роль легирующего элемента. Его влияние на сталь во многом сходно с марганцем: повышается прочность и упругость стали, снижается пластичность и теплопроводность. Кремний применяется в пружинно-рессорных сталях, где содержание его доходит до 2,8%, в жаростойких—до 3,5%, а в трансформаторных до 4%. В остальных сталях содержание этого элемента не превосходит 2%. Установлено, что кремний несколько ухудшает свариваемость стали.
Итак, с введением легирующих элементов повышается прочность стали, и тем самым увеличивается ее сопротивление пластической деформации. Поэтому при ковке и штамповке легированных сталей требуются большие усилия, а следовательно, более мощные орудия, чем при ковке и штамповке углеродистых сталей. Кроме того, легирующие элементы понижают теплопроводность, а поэтому нагрев и охлаждение высоколегированных сталей следует вести с замедленной скоростью во избежание образования трещин.

title-icon Подобные новости