Легированная сталь – это особая разновидность стали, содержащая вещества, которые обеспечивают дополнительные свойства сплава – легирующие добавки.
Основные легирующие элементы, применяемые в промышленности, - это хром, кремний, марганец. В легированных сталях этих веществ содержится 0,8-2 процента. Данные легирующие материалы делают сталь более упругой, твердой и прочной. Популярность перечисленных добавок объясняется еще и тем, что все они доступны по цене.
Основная задача, стоящая перед металлургами при легировании стали – это увеличить прочность готового материала, не прибегая к дополнительной термической обработке. В зависимости от того, на какие цели пойдет легированная сталь, воздействуют на ее твердость, жаропрочность, коррозионную устойчивость, прокаливаемость и другие параметры.
Свойства легированной стали зависят от следующих факторов:
-свойств самих легирующих элементов;
- их количества;
-особенности их взаимодействия с железом и углеродом;
-характера их взаимодействия друг с другом.
По тому, как именно легирующие элементы взаимодействуют с углеродом, их делят на те, что образуют соли карбиды (молибден, хром, ванадий и другие), и те, которые не образуют данное соединение (никель, кремний, алюминий и другие). Легирующие добавки, способные образовывать карбиды, придают стали повышенную твердость и механическую устойчивость.
Что касается взаимодействия с железом, то влияние легирующих элементов на образование аллотропических форм этого вещества может быть разным. Скажем, титан, молибден, хром увеличивают критическую точку А3 и сокращают область твердых растворов железа. А марганец, цинк, медь и некоторые другие элементы снижают точку А3 и увеличивают область твердых растворов, тем самым воздействуя на то, как происходит термическая обработка легированной стали.
Легирующие примеси оказывают влияние и на то, как происходят перлитное и мартенситное превращения стали.
Нужно отметить, что каждый легирующий элемент воздействует на характеристики стали по-своему. Так, кадмий и медь делают стальные изделия более устойчивыми к износу, поэтому такие стали используются для изготовления кабелей. Добавив в сталь марганец, металлурги повышают лимит текучести, делают материал более прочным, устойчивым к холоду, однако и более чувствительным к перегреванию. Чтобы справиться с этой проблемой, в легированную марганцем сталь добавляют вещества, образующие карбиды.
Наличие конкретного легирующего элемента, структура легированной стали влияют на то, как будет происходить ее обработка (сварка легированной стали, термическая обработка легированной стали и т.д.)
При изготовлении легированных сталей вводится один или несколько легирующих элементов для придания тех или иных свойств готового сплава.
Классификация легированных сталей строится на определенных признаках, например, наличии определенного легирующего вещества или назначении.
Выделяют хромистые, марганцовистые, кремнистые, хромоникелевые, хромомарганцовистые и другие легированные стали, в названии которых уже содержится указание на используемую легирующую добавку.
В зависимости от назначения стали подразделяют на инструментальные, конструкционные, быстрорежущие, шарикоподшипниковые и другие.
Каждый сорт легированной стали создается для выполнения конкретных задач и обладает уникальными характеристиками. Например, сталь инструментальная легированная применяется для изготовления режущего, измерительного инструмента, промышленного оборудования. Для придания стали выдающейся твердости и режущих свойств в нее вводят редкие, дорогостоящие ванадий, титан, кобальт. В группе инструментальных выделяется
быстрорежущая сталь, производимая с добавкой вольфрама.
Маркировка легированных сталей предусматривает использование цифр и литер, которые указывают на состав материала. Марка легированных сталей состоит из букв (соответствие этих букв и обозначаемых ими элементов можно посмотреть в специальной табличке) и стоящих за буквой цифр, показывающих, какой именно процент того или иного вещества содержится в стали. На первом месте в маркировке легированных сталей стоит цифра, указывающая на процентное содержание углерода. Если сталь относится к какой-либо особой группе, то на первую позицию выносится литера: Р (быстрорежущая), Ш (шарикоподшипниковая) и т.д. Буква А, расположенная в середине аббревиатуры, указывает на наличие азота, в конце – на высокое качество стали.
Самыми распространенными являются следующие разновидности легированных сталей:
-хромистые. Обладают повышенной твердостью, прочностью, приемлемой ценой;
-марганцевые. Главная характеристика – высокая износоустойчивость;
-кремнистые и хромокремнистые. Твердые, упругие, поэтому широко используются для производства пружин и других упругих элементов;
-хромованадиевые. Обладают уникальной прочностью, износоустойчивостью, применяются в производстве деталей автомобилей;
-хромомолибденовые. Высокая прочность, податливость к сварке и штамповке позволяют использовать такие стали для изготовления деталей машин;
- хромомарганцевокремнистые доступнее хромомолибденовых и при этом служат их полноценной заменой;
-хромоникелевые. За счет высочайшей прочности и пластичности нашли свое применение в производстве коленчатых валов, поршней и других узлов в машиностроении.