Елементи легирующие. Вплив легуючих елементів на властивості сталі і сплавів

У будівництві, промисловості і деякихнапрямках сільського господарства можна спостерігати активне застосування металевих виробів. Причому один і той же метал в залежності від сфери використання розкриває різні техніко-експлуатаційні властивості. Пояснити це можна процесами легування. Технологічною процедури, в рамках якої базова заготовка набуває нові якості або поліпшується за наявними характеристиками. Цьому сприяють активні елементи, легуючі властивості яких викликають хімічні і фізичні процеси зміни металевої структури.

Основні легуючі елементи

Велике, але неоднозначне значення в процесахлегування має вуглець. З одного боку, його концентрація в структурі металу близько 1,2% сприяє підвищенню міцності, твердості і рівня хладноломкости, а з іншого - він же знижує теплопровідність і щільність матеріалу. Але навіть не це головне. Як і всі елементи легирующие, його додають при виконанні технологічної переробки під сильним температурним впливом. Однак, далеко не всі домішки і активні компоненти зберігаються в структурі після завершення операції. Якраз вуглець може залишатися в металі і в залежності від необхідних характеристик кінцевого виробу технологи приймають рішення про доопрацювання металу або збереженні його поточних якостей. Тобто вони варіюють рівень вмісту вуглецю за допомогою спеціальної операції легування.

Також до переліку основних елементів легуванняможна внести кремній і марганець. Перший вноситься в цільову структуру в мінімальному відсотку (не більше 0,4%) і особливого впливу на зміну якостей заготовки не робить. Проте цей компонент, як і марганець має істотне значення як раскисляют і сполучна речовина. Ці властивості легуючих елементів обумовлюють базову цілісність структури, яка ще в процесі легування уможливлює органічне сприйняття інших, вже активних елементів і домішок.

Допоміжні легуючі елементи

До цієї групи елементів зазвичай включають титан,молібден, бор, ванадій і т.д. Найбільш помітним представником цієї ланки є молібден, який частіше використовують в хромистих сталях. Зокрема, з його допомогою підвищується прокаливаемость металу, а також знижується поріг хладоломкості. Корисно для будівельних марок сталей і застосування молібденових компонентів. Це ефективні леговані елементи в стали, які забезпечують динамічну і статичну міцність металів, усуваючи при цьому ризики внутрішнього окислення. Що стосується титану, то його застосовують нечасто і тільки для однієї задачі - подрібнення структурних зерен в хромомарганцевих сплавах. Цілеспрямованими можна назвати також добавки кальцію і свинцю. Їх використовують для металевих заготовок, які в подальшому піддаються операціям різання.

Класифікації елементів легування

Крім досить умовного поділу легуючихелементів на основні та допоміжні, також застосовуються і інші, більш точні ознаки відмінності. Наприклад, з механіки впливу на властивості сплавів і сталей елементи діляться на три категорії:

• Що впливають з утворенням карбідів.
• З поліморфними перетвореннями.
• З формуванням інтерметалічних сполук.

Важливо враховувати, що в кожному з трьох випадківвплив легуючих елементів на властивості інтерметалідів також залежить від сторонніх домішок. Наприклад, значення може мати концентрація того ж вуглецю або заліза. Також існує класифікація вже елементів поліморфного перетворення за характером впливу. Зокрема, виділяються елементи, які допускають наявність в сплаві легованого фериту, а також їх аналоги, що сприяють стабілізації оптимального змісту аустеніту незалежно від температури.

Вплив легування на сплави і стали

Можна виділити кілька напрямків, за якимиможуть бути поліпшені якісні характеристики стали. В першу чергу це фізичні якості, що визначають технічний ресурс матеріалу. Легування в цій частині дозволяє збільшити міцність, пластичність, прокаліваемость і твердість. Іншим напрямок позитивного впливу від легуючих елементів є поліпшення захисних властивостей. В цьому плані варто виділити опірність ударам, красностойкость, жароміцність і високий поріг корозійного ураження. Для деяких сфер застосування метали готують і з урахуванням електрохімічних якостей. В даному випадку елементи легирующие можуть використовуватися для підвищення електро- і теплопровідності, опору окисленню, магнітопроніцаемості і т. Д.

Особливості впливу шкідливих домішок

Типовими представниками шкідливих домішокє фосфор і сірка. Що стосується фосфору, то він за умови з'єднання з залізом здатний формувати тендітні зерна, які зберігаються після легування. В результаті отриманий сплав втрачає високу ступінь щільності, а також наділяється крихкістю. Втім, з'єднання з вуглецем дає і позитивну характеристику, покращуючи процес відділення стружки. Це якість полегшує процеси механічної обробки. Сірка, в свою чергу, є ще більш небезпечною речовиною. Якщо вплив легуючих елементів на сталь в цілому покликане покращувати опірність матеріалу зовнішніх впливів, то дана домішка нівелює цю групу якостей. Наприклад, її висока концентрація в структурі призводить до збільшення стирання, зниження опору втоми металу та мінімізації корозійної стійкості.

Технологія виконання легування

Зазвичай легування виконується в рамкахметалургійного виробництва та являє собою внесення в шихту або масу розплаву додаткових елементів, які розглядалися вище. В результаті термічної обробки в структурі відбуваються хімічні і фізичні процеси з'єднання окремих речовин, а також деформації. Таким чином, елементи легирующие дозволяють поліпшувати якості металургійних виробів.

висновок

Легування є складним технологічнимпроцесом зміни характеристик металу. Складність його головним чином полягає в первинному підборі оптимальних рецептів для досягнення бажаного набору властивостей заготовки. Як вже говорилося, вплив легуючих елементів різнопланово і неоднозначно. Один і той же компонент активної добавки може, наприклад, одночасно покращувати міцність металу і погіршувати його теплопровідність. Завдання технологів полягає в розробці виграшних комбінацій елементів, які дозволять зробити металеву деталь або конструкцію найбільш прийнятною за своїми якостями з точки зору використання в конкретних цілях.