Состав, классификация и маркировка металлов, сталей сплавов

Примеси и легирующие элементы в сталях
Классификация примесей
примеси
Постоянные:
- марганец
- кремний
Случайные:
Практически любые элементы, случайно попавшие в сталь
Скрытые:
- сера
- фосфор
- газы (водород, азот, кислород)
Легирующие элементы
Наиболее опасными считаются примеси серы, фосфора и водорода, поэтому их содержание в сталях строго регламентировано (см. классификацию сталей). Рассмотрим влияние этих примесей более подробно.

1. Нагрев:
2. Приложение нагрузки
3. Разрушение изделия
Зерна металла
Выделения эвтектики Fe+FeS
Оплавление эвтектики
Примеси и легирующие элементы в сталях
Влияние серы на свойства стали: красноломкость
Сера образует с железом легкоплавкую эвтектику Fe + FeS, выделяющуюся в виде пленок по границам зерен стали. При температурах горячей деформации может произойти разрушение материала по оплавленным участкам эвтектики.

Температура перехода в хрупкое состояние
х
Атом фосфора
Образование сегрегаций по границам зерен
Возможно хрупкое разрушение
Температура металла
Примеси и легирующие элементы в сталях
Влияние фосфора на свойства стали: хладноломкость
Атомы фосфора, образуя сегрегации по границам зерен металла, значительно повышают температуру хрупко-вязкого перехода, что может вызвать хрупкое разрушение материала.

Атомарный водород
Поры в металле
Н + Н = Н2
Образование газообразного водорода
Возникновение горячих трещин
Примеси и легирующие элементы в сталях
Влияние водорода на свойства стали: флокеночувствительность
С повышением температуры растворимость водорода в α-твердом растворе снижается. Атомы водорода вытесняются в пустоты металла, где рекомбинируют с образованием газообразного водорода. С повышением температуры давление газа растет, что приводит к образованию горячих трещин – флокенов.

Примеси и легирующие элементы в сталях
Влияние легирующих элементов на критические точки Легирующие элементы образуют с железом твердые растворы замещения (кроме N, B и С), имеющие кристаллическую решетку растворителя, а так же множество фаз, обладающих собственной решеткой. Некоторые элементы (Pb, Ca) практически нерастворимы в железе.
При введении легирующих элементов в сталь меняется вид диаграммы Fe-C. На рисунке показано влияние легирующих элементов на положение точки А1
По влиянию на точки А3 и А4 легирующие элементы делятся на две группы: расширяющие γ область и выклинивающие γ область.

γ
Примеси и легирующие элементы в сталях
Влияние легирующих элементов на температурную область существования полиморфных модификаций железа
-Элементы первой группы (Ni, Mn) понижают точку А3 и повышают точку А4, в результате чего наблюдается расширение существования области γ фазы
Температура, °С
% С
А4
А3
γ
α
Ж+γ
% Л.Э.
Начиная с определенного содержания легирующего элемента сплав не испытывает фазовых превращений α↔γ при всех температурах.
Такие стали называют АУСТЕНИТНЫМИ.
А3
А4

γ
Примеси и легирующие элементы в сталях
Влияние легирующих элементов на температурную область существования полиморфных модификаций железа
-Элементы второй группы (Cr, W, Mo, V, Si, Al и др.) повышают точку А3 и понижают точку А4, в результате чего наблюдается замыкание области γ фазы (выклинивание γ фазы).
Температура, °С
% С
А4
А3
γ
α
Ж+γ
% Л.Э.
Начиная с определенного содержания легирующего элемента сплав при всех температурах состоит из твердого раствора л.э. в α-железе
Такие стали называют ФЕРРИТНЫМИ.
А4
А3

КЛАССИФИКАЦИЯ СТАЛЕЙ
1. По химическому составу:
СТАЛИ
углеродистые
сплавы на
основе железа
низколегированные
легированные
высоколегированные
Не содержат специально введенных легирующих элементов.
Суммарное содержание легирующих элементов не более 2,5 % (кроме углерода).
От 2,5 до 10 % легирующих элементов.
Более 10 % легирующих элементов.
Железа менее 45%, но больше, чем любого другого легирующего элемента.

КЛАССИФИКАЦИЯ СТАЛЕЙ
2.По назначению:
СТАЛИ
конструкционные
инструментальные
с особыми физическими
свойствами
строительные
машиностроительные
с особыми свойствами
(жаропрочные и др.)
для режущего
инструмента
штамповые
для измерительного
инструмента