Виды и состав легированной стали

Легированная сталь представляет собой металл, содержащие добавки, которые дают возможность менять механические и физические свойства материала. Ниже расскажем о видах легируемой стали, покажем ее маркировку.

Что такое легированная сталь

Что же такое за чудо, эти легированные стали? В чем их отличие? Это углеродистые стали, для повышения характеристик которых используются легирующие компоненты.  Степень легирования может быть разной, но даже при небольших добавлениях, качественные характеристики материала повышаются в разы.

Производство

Легирование стали осуществляется двумя способами по специальным правилам.

Главный метод – металлургический. При нем в расплавленные металлы добавляют определенное число добавок. После этого устанавливаются дополнительные параметры, после чего химические реакции проводится в ускоренном режиме.

Дополнительный вариант для легирования – добавки наносятся поверхностным слоем, чтобы началось взаимное проникновение элементов.

Химический состав

В составе легирующих элементов присутствуют постоянные добавки. Они есть в каждом сплаве. Кроме того, существуют и необязательные ингредиенты для легирования. К основным компонентам относятся:

• Железо. Главная черта этого ковкого металла – его присутствие в глубинах земли. По степени добычи он находится на втором месте вслед за алюминием. Он легко вступает в химические реакции, поэтому сплавлять его легко. Процент содержания железа может быть в диапазоне от 45 до 97-99 %., в зависимости от марки стали.
• Углерод. Считается одним из важнейших ингредиентов состава. Обычно элемент добавляют в размере от 0.1% до 1.4% от общей массы. Чем больше углерода, тем более прочен металл.
• Марганец. Полезный элемент, относящийся к основным. Если его количество меньше 1%, серьезный улучшений он не предаст. Внешне выглядит красиво – он серебристого цвета, поэтому металлические слитки от него имеют специфический оттенок.  Главная польза в том, что он помогает удалять из материала кислород. В отдельных соединениях в соответствии с нормами гостов присутствует в количестве 11 – 14 % от общей массы. При этом сталь размагничивается, получается более ударопрочной и долго не изнашивается.
• Кремний – обязательный компонент состава, если в сплаве содержится свыше 0.8 %, обладает легирующими качествами. Как и марганец, он ликвидирует ненужный кислород. Повышает износоустойчивость, упругость, прочность материала при сильном нагревании.

В числе добавок бывает и вредные компоненты. Специалисты стараются их вывести, но полностью убрать невозможно. К таковым относятся:

• Сера. Повышает вероятность появление трещин на нагретом металле.
• Фосфор. Увеличивает хрупкость материала.
• Кислород, азот и водород обладают свойствами «разрыхления» сплава.
• Окислы и нитриды увеличивают вероятность появления надрывов.

Еще одна группа элементов – случайные. Появляются в емкости с шихтами, то есть смесями изначальных компонентов, не обладают полезными качествами. Могут нести безвредный характер, но поскольку доля их содержания мала, практически не влияют на структуру. К таким относят:

• Медь;
• Цинк;
• Свинец;
• Хром;
• Никель.

К последней группе относят специальные элементы.  Их применяют с целью улучшения некоторых свойств металла. Они придают сплаву упрочнение. Эти элементы вводятся дополнительно для повышения определенных характеристик.  К ним относятся:

• Титан;
• Ванадий;
• Молибден;
• Вольфрам;
• Некоторые другие.

Свойства и характеристики

Свойства и характеристики легированных сталей очень разнообразны. Они зависят от добавок, применяющихся как легирующие при изготовлении некоторых типов стали.

В зависимости от количества примесей материал получает следующие свойства:

• Прочность. Эта характеристика повышается при добавлении в сплав хрома, титана, некоторых других компонентов.
• Неподверженность коррозии. Увеличивается после добавления хрома и молибдена.
• Твердость. Повышается после появления в составе металла марганца, хрома, иных компонентов.

Важно: Чтобы сплав стал прочнее и устойчивее к влияниям окружающей среды, в составе должен содержаться хром в количестве не меньше 12 %.

Сталь не должна менять характеристики при нагревании до 600 C°.

Классификация легированных сталей

Выделяется следующая классификация типов легированных сталей.

По качеству

В зависимости от качества, легированные стали разделяются на виды:

• Конструкционные;
• Инструментальные;
• Имеющие особые физические свойства.

Полезно: Конструкционная и инструментальная легированная сталь применяется в сферах, требующих высокой прочности. Типы металла с особыми свойствами являются коррозионно-устойчивыми, они стойкие к экстремальным температурным значениям и агрессивной химической среде. К таким материалам относится нержавейка.

По количеству добавок

Различают три главных типа легированной стали, имеющей нержавеющий характер.

1. Низколегированный. В такой стали присутствует 2.5 % легирующих добавок.
2. Среднелегированный. В нем имеется от 2.5 до 10 % легирующих элементов.
3. Высоколегированный. Сюда относят сталь, в которой число легирующих компонентов свыше 10 %. В отдельных разновидностях число таких элементов может достичь 50 %.

По назначению

По практическому назначению легированные стали бывают двух типов:

• Машиностроительные материалы — используются при изготовлении деталей разных механизмов, в конструкциях корпуса. Проходят особую температурную обработку.
• Строительные сплавы — обычно применяются при производстве сварных металлических конструкций, их редко подвергают обработке высокой температурой.

Маркировка легированных сталей

Точный состав каждого легируемого материала можно посмотреть в справочниках. Однако узнать подобные сведения можно, если понимать маркировку в легированной стали.  Легирующие элементы можно опознать по буквенному обозначению.  Кроме того, есть возможность сделать расшифровку по процентным показателям различных элементов в металле.

Важно: Маркировка обозначается буквой, которая показывает назначение сплава. Литеры обозначают следующие марки:

Ж, Х, Е — нержавеющие, хромистые, магнитные металлы.

Я — нержавеющий сплав хромоникилиевого типа.

Ш — сталь шарикоподшипниковой разновидности.

Р — режущий металл.

А, Ш — сталь с примесями, обладающая высоким качеством.

Кроме того, в стали могут содержаться разные компоненты. Прилагаем таблицу, показывающую, как обозначаются различные металлы в сплавах:

Важно: если перед буквой указана цифра, это количество используемого кремния, при показании цифр после буквенной аббревиатуры, имеется в виду процент указанных веществ.

Применение легированной стали

Легированная сталь находит широкое применение в машиностроительной отрасли, производстве инструментов, стройматериалов.

Автомобильные детали производят из перлитных сплавов. К таким относится сталь низкой и средней степени легированности. После отжига структура металла позволяет обрабатывать материал режущими инструментами.

Сталь с незначительной легированностью используется в судостроении, поскольку материал позволяет снизить толщину применяемого сплава.

Металл с хромовой примесью применяют для выплавки изделий, не подверженных воздействию молочной, уксусной кислот, при изготовлении деталей, работающих в среде высокого давления. Это могут быть шестерни коробки передач, поршневые пальцы и иные детали.

Интересно: Сталь с сильной легированностью применяется для создания деталей, имеющих устойчивость к коррозии.  Подобные компоненты держат экстремальные температуры, могут служить при + 1100 C°.

Сварка сплавов

Легированные сплавы гибкие, из них делают сложные механизмы путем сварки. Благодаря разному содержанию примесей, каждый тип легированных сплавов обладает своей спецификой.

Низколегированных

Эти металлы часто подвергаются закаливанию, они хорошо свариваются, но их швы плохо переносят чрезмерное напряжение. Необходимо предварительно подогреть сплав и медленно его охладить, чтобы не образовались холодные трещины.

Среднелегированных

Легированные стали данного типа получаются надежными при применении компонентов из вольфрама, молибдена, ванадия. Необходимо подобрать электроды с этими же веществами, но не такой концентрации. Сплав требует защиты от перегрева, окислительных процессов, водородной болезни.

Высоколегированных

Для сварки нужно использовать оборудование с наименьшим тепловым захватом материалов. Это следует сделать, чтобы металл не подвергался короблению при сварке, поскольку в сплаве содержится много добавок. Газовую сварку не стоит использовать.

При электросварке следует пользоваться электродами с покрытием из фтора и кальция. Таким путем можно добиться качественных показателей прочности швов.