Легированная сталь – металлургические сплавы с особыми свойствами

1 По каким принципам классифицируют легированные сплавы?

Есть несколько систем, по которым производится разделение описываемых сталей на разные классы и категории. Их классифицируют по:

• эксплуатационному назначению;
• структуре после естественного охлаждения и в состоянии равновесия;
• качеству;
• виду и содержанию легирующих добавок.

В равновесном состоянии легированные стали (ЛС) могут быть эвтектоидными, доэвтектоидными и заэвтектоидными. А вот композиции, прошедшие нормализацию (нагрев стали до 900° и ее охлаждение), подразделяют на 5 групп:

1. Мартенситные.
2. Перлитные.
3. Ферритные.
4. Аустенитные.
5. Карбидные.

Химэлементы, добавляемые в ЛС, изменяют структуру последних по двум механизмам: расширяют альфа- и сужают гамма-зону; сужают альфа- и расширяют гамма-область. Легированная сталь по сферам применения делится на: инструментальную; конструкционную; специального назначения. Обратите внимание! Все сплавы с легирующими компонентами считаются качественными. Кроме того, существуют особо высококачественные и высококачественные ЛС.

Легированная сталь

По процентному включению (суммарному) добавок легированные стали причисляют к одной из далее указанных категорий:

• среднелегированные (добавок – не более 10 %);
• низколегированные (до 5 %);
• высоколегированные (свыше 10 %).

Важный момент! Легированные металлургические композиции обязательно проходят термическую обработку. Она значительно улучшает их форму и структуру. Выплавлять ЛС без термообработки не имеет смысла. Легированные сплавы выпускаются по нескольким Государственным стандартам:

• теплоустойчивые – ГОСТ 20072–74;
• конструкционные – ГОСТ 4543–71;
• низколегированные – ГОСТ 19281–89;
• шарикоподшипниковые – ГОСТ 801–79;
• пружинные – ГОСТ 14959–79.

Нержавеющие стали, жаропрочные и коррозионностойкие сплавы выпускаются по ГОСТ 5632–2014.

2 О достоинствах и недостатках ЛС

Описываемые стали характеризуются немалым количеством эксплуатационных и иных преимуществ. Такие сплавы имеют:

• повышенное сопротивление деформациям (пластическим);
• высокую твердость;
• стабильную аустенитную структуру, обеспечивающую отличные показатели прокаливаемости металла;
• высокий уровень сопротивления хладоломкости и вязкости;
• уникальные технологические качества;
• минимальную вероятность коробления либо появления иных дефектов при проведении закалки стали.

Легированный сплав

Имеют легированные сплавы и неизбежные недостатки. Они:

• Склонны к ликвации дендритного типа. Этого можно избежать, если провести диффузионный отжиг металла.
• Содержат остаточный аустенит (это, в частности, касается высоколегированных сталей). Он уменьшает (и существенно) сопротивляемость усталости и твердость сплава.
• Имеют определенную склонность к отпускной обратимой хрупкости и к появлению флокенов – ориентированных в разные стороны трещин небольших размеров. От подобных дефектов следует избавляться посредством замедления охлаждения стали и снижением уровня водорода в ней в процессе выплавки.

Разные виды термообработки нивелируют недостатки интересующих нас сталей. И они обретают свои особые, а зачастую и уникальные свойства.

3 Применение легированных сплавов – основные области

Низколегированные сплавы (ГОСТ 19281) больше всего эксплуатируются в строительной сфере. Из них также возводят магистральные трубопроводы. А вот среднелегированные конструкционные ЛС по ГОСТ 4543 подходят для машиностроительной отрасли. Кроме того, они годятся для изготовления несложных инструментов – протяжек, разверток, сверл.

Высоколегированные стали (ГОСТ 5632) незаменимы для изготовления хирургического инструмента и измерительных приспособлений, шарикоподшипников, конструкций, подвергающихся воздействию пластичных нагрузок. Также разные марки легированных сплавов нашли свое применение в станкостроительной, автомобильной и сельскохозяйственной промышленности. Большое значение имеет тип ЛС после их нормализации.

Перлитные стали характеризуются отличной свариваемостью. Поэтому их используют для производства деталей машин и всевозможных конструкций. Такие сплавы подразделяют на цементуемые и улучшаемые. В первых содержится не более 0,25 % углерода, во вторых его может быть до 0,5 %. Изделия из цементуемых ЛС закаливают и подвергают отпуску (низкому), за счет чего они обретают очень стойкую к износу поверхность (до 62 единиц по HRC-шкале). При этом сердцевина подобных деталей имеет малоуглеродистую мартенситную структуру, а верхняя часть – высокоуглеродистую.

Сварка перлитной стали

Изделия из улучшаемых сплавов закаливают, а затем они проходят высокий отпуск. В итоге получается четко выраженная мартенситная структура. Она описывается высокой вязкостью и одновременно достаточной прочностью. Подобные изделия рекомендованы для эксплуатации в средах, гда на детали воздействуют постоянные динамические нагрузки. Из перлитных ЛС делают измерительный и режущий инструмент с повышенными показателями износостойкости и твердости. Подобные приспособления хорошо использовать при ударных нагрузках.

Аустенитные стали разной степени легирования применяются в качестве сырья для изготовления элементов криогенного и мимического оборудования. Они также подходят для использования в качестве жаропрочных и жаростойких материалов на промышленных предприятиях. Ферритные сплавы являются окалино- и кислотостойкими. В них содержится много хрома (до 30 %) и минимум углерода (максимум 0,2 %). Такие стали применяются чаще всего в отожженном виде. Они относительно хрупкие и малопрочные. По этой причине они не применяются в строительных конструкциях.

Карбидные сплавы называются инструментальными. Их характеризует высокая красностойкость и устойчивость к износу. Эти стали используют для производства режущих приспособлений, функционирующих на больших скоростях.

4 Как маркируются ЛС – принцип и таблица расшифровки

"Шифруется" легированная сталь буквами и цифрами. Литеры указывают на наличие той или иной добавки в сплаве, а цифры – их объем (зачастую примерный). Таблица расшифровки букв в марках ЛС выглядит следующим образом:

В легированные сплавы в редких случаях добавляют и редкоземельные элементы – иттрий, лантан и другие. Таблица, как вы видите, не содержит литеры для расшифровки каждого из них. Все редкоземельные добавки маркируются одной буквой – Ч. Таким образом, таблица помогает нам разобраться, какой химэлемент имеется в конкретной марке сплава. А цифра, стоящая после буквы, показывает, сколько (в среднем) его содержится в стали. Обратите внимание на следующие нюансы маркировки:

1. Самые первые цифры (их две) в маркировке говорят о содержании (в сотых частях процента) углерода.
2. При содержании элемента в ЛС не более 0,99 % цифру за литерой никогда не ставят.
3. В быстрорежущих сталях цифра после обозначения вольфрама указывает на его содержание в целых долях процента. Хрома в таких сплавах, кстати сказать, всегда содержится около 4 %.
4. В шарикоподшипниковых сплавах цифра после литер ШХ указывает на наличие в них хрома в десятых частях процента.
5. Если в конце маркировки стоит две литеры А, перед нами особо чистая (по включениям фосфора и серы) ЛС.

Марки легированных сплавов

Давайте для примера расшифруем несколько популярных марок легированных сплавов. Полученные знания и таблица помогут нам в этом:

• 03Х13АГ19. В этой ЛС углерода содержится 0,03 %, хрома – 13, азота – до 1 %, марганца – 19;
• 18ХГТ. Здесь состав легирующих элементов такой: углерод – 0,18 %, хром, титана и марганца – до 1.

Вот и все премудрости расшифровки состава легированных сплавов.