Легирующие добавки - 8 Августа 2013
Широкое использование сталей в различных отраслях промышленности вызвало активные научно-изыскательские работы в области улучшения качества этих материалов.
Кроме повышения степени очистки сталей от вредных примесей и проведения различной термической обработки готовых изделий, нашли широкое применение различные добавки к стали, повышающие качество и придающие новые свойства. Эти добавки принято называть легирующими, в случае их содержания более 0,2-0,5%.
Легирующие добавки изменяют структуру кристаллической решетки сталей, размер зерна, параметры кристаллической решетки. Как за счет донорного или акцепторного влияния на соседние атомы железа, так и за счет разнице в размерах атомов, их валентности, доступности электронных оболочек предвнешнего электронного слоя. Что оказывает влияние на возможность образования донорно-акцепторных связей атома с атомами железа и неметаллических включений. Большинство легирующих добавок, так или иначе, влияют на распределение неметаллических включений между объемом структурного зерна и приграничным слоем зерна. Например, марганец повышает растворимость углерода в железе и смещает равновесие в сторону образования цементита. При этом, он измельчает структурное зерно и уменьшает толщину и влияние пограничного слоя.
Обычно, сложно установить все аспекты влияния данной добавки на свойства стали. Поэтому, как правило, изменение свойств сталей определяют экспериментальным путем, а механизм влияния добавки на те или иные свойства определяют на основании логики и косвенных исследований структуры и свойств материала. При этом, готовят набор сталей с различным содержанием этой добавки и проводят испытания свойств стали (красностойкость, ударная вязкость, твердость, размер зерна, толщина межзерновых прослоек, электрическое сопротивление и др.).
На основании комплекса этих мероприятий и, конечно же, логики, ранее проведенных исследований других сталей (содержащих данную добавку) и здравого смысла, формулируют механизм влияния добавки на структуру и свойства материала.
Это необходимо, как для лучшего понимания процесса, так и для прогнозирования свойств новых сплавов, составления рецептур материалов с заданными свойствами.
Вот перечень наиболее распространенных легирующих добавок, применяемых в промышленности.
Хром. В названии стали обозначается буквой "Х”. Содержится от 1,5 до 30%. Повышает твердость и прочность, незначительно снижает ударную вязкость и пластичность. Это достигается за счет одновременного измельчения зерна и повышения плотности прилегания структурных зерен, усреднения распределения неметаллических примесей в кристаллической структуре. При высоком содержании хрома, сталь становится коррозионностойкой (нержавеющей), за счет повышения плотности упаковки атомов железа на поверхности материала и уменьшения количества и величины микродефектов, концентрирующих напряжение кристаллической структуры (сколы, облегчающие выход с поверхности катиона железа).
Никель ("Н”). Как и хром, повышает твердость и жесткость стали. Измельчает структурное зерно, незначительно уплотняет кристаллическую структуру, но уменьшает количество микрополостей и дефектов металла, так как является хорошим раскислителем. При этом несколько увеличивается плотность сталей. При содержании более 1% начинает оказывать антикоррозионное действие. Наиболее коррозионностойкие стали содержат одновременно никель и хром. Первое широкое применение нашел для легирования корабельной брони, в 80-е годы 19-го века.
Вольфрам ("В”). Одна из самых ценных и важных добавок к стали. Вольфрам способствует повышению твердости, при этом повышается красностойкость, то есть, способность материала сохранять твердость при высоких температурах. Это имеет огромное значение для режущего инструмента, работающего при больших скоростях резания. При закалке таких сталей требуется сравнительно медленное и равномерное охлаждение иначе сталь поведет и изделие потрескается.
Ванадий ("Ф”). Повышает плотность структуры и дает дополнительную трехмерную сшивку кристаллической решетки. За счет этого достигается повышение твердости и жесткости, но, хотя износостойкость и усталостная прочность остаются на высоком уровне, несколько снижается ударная вязкость. Впервые ванадий нашел широкое применение в конце 19-го века в качестве упрочняющей добавки для режущего инструмента и бронебойных сердечников снарядов крупных калибров.
Кремний ("С”). Вводится специально в количестве более 1%, для увеличения энергии связей в кристаллической решетке. При этом значительно повышается прочность при хорошей вязкости. При этом повышается трехмерная жесткость структуры, что приводит к высокой упругости закаленной стали и повышает коррозионную стойкость при высоких температурах. При большом содержании кремния происходит накопление в структуре стали псевдосолевых структур, что приводит к повышению электрического сопротивления. При содержании кремния 20-40% наблюдается повышение магнитопроводности материала, что используется в электротехнических сталях.
Марганец ("Г”). Способствует повышению растворимости углерода в железе с образованием цементита. При этом, более равномерно распределяются неметаллические примеси, что уменьшает толщины межзерновых прослоек. В результате, содержание марганца в пределах 1-3% приводит к росту твердости и жесткости стали, почти без потери пластичности (упругость увеличивается пропорционально твердости). Содержание марганца значительно больше 3% приводит к существенному росту жесткости стали, при этом пропорционально увеличивается хрупкость. Этого можно несколько избежать при высокой степени очистки стали от серы, кислорода и мышьяка и горячей обработки давлением. Примером изделия с такой обработкой может служить лезвие штык-ножа немецкого карабина Маузер к-98к, времен ВМВ.
При ударных нагрузках на сталь с высоким содержанием марганца, происходит поверхностная пластическая деформация, приводящая к измельчению структуры стали. Это дополнительно повышает твердость материала в области приложения нагрузки. Это используется, например, для изготовления траков гусеничных машин, камнедробилок и прутьев решеток в местах ограничения свободы.
Кобальт ("К”). Представляет собой яркий пример влияния электронов предвнешнего электронного слоя на свойства легируемого сплава. За счет образования координационных связей вокруг атомов кобальта, происходит уплотнение структуры металла и дополнительная сшивка решетки. Это приводит к повышению жаропрочности и увеличению сопротивления ударным нагрузкам. Также улучшает намагничиваемость стали.
В быту встречается в некоторых столовых нержавеющих сталях.
Молибден ("М”). Как и хром, повышает прочность и антикоррозионные свойства, жаростойкость и предел прочности на растяжение. В виду более низкой химической активности, чем железо, при значительной величине координационных связей, повышает сопротивление окислению при высоких температурах.
Легирующие свойства молибдена интенсивно изучались в 40-е годы прошлого века в советском союзе, в связи с дефицитом вольфрама для изготовления режущего инструмента. СССР первым освоил производство быстрорезов содержащих наравне с вольфрамом и молибден.
Титан ("Т”). Сочетание высокой химической активности, низкой плотности электронных орбиталей и валентности, большей, чем у железа, придает титану ценные легирующие свойства. Он прекрасный раскислитель, стабилизирует ближний порядок кристаллической решетки, что способствует прочности структуры и измельчению зерна. Повышает однородность стали и сопротивление коррозии.
Ниобий ("Б”). Легирующий аналог ванадия, повышает равномерность структуры и измельчает зерно уже при содержании в 0,5-2%. Применяется для нормализации структуры и снижения внутренних напряжений в ответственных деталях крупных конструкций. Применяется в основном при низком содержании в стали.
Алюминий ("Ю”). Кроме раскисляющих свойств, обладает способностью снижать коррозию стали при высоких температурах, по механизму аналогичному протекторной антикоррозионной защите. При этом, создает избыток электронной плотности в массе стали, что препятствует термической эмиссии ионов железа. Также повышает плотность упаковки химических связей в структуре стали, за счет небольших размеров и разницы в электроотрицательности с железом.
Медь ("Д”). Увеличивает антикоррозионные свойства при небольшом содержании в стали. За счет структурной ориентации кристаллической решетки. Используется в количестве до 2%, главным образом, в строительных сталях.
Цирконий ("Ц”). Обладая более высокой активностью, чем железо и имея большие размеры атома, равномерно распределяется в структуре, ориентируя ближайшие атомы в трехмерную решетку. За счет этого, можно добиться различной зернистости стали, в зависимости от содержания циркония.
Азот ("А”). Образует в стали твердые нитриды железа, которые растворяются в стали в приграничных слоях структурных зерен, покрывая зерно твердым и хрупким панцирем. При значительном содержании азота, это вызывает сильное повышение хрупкости стали. Поэтому, редко специально вводится в сталь. Широко используется для насыщения поверхностного слоя стали (0,0001-0,1 мм) при азотировании, что увеличивает твердость поверхности. Это применяется для режущего инструмента, подшипников и броневых сталей.
Фосфор ("П”). Редко допускается содержание фосфора в легирующих приделах (0,05-0,2%), так как, он сильно повышает хрупкость стали и снижает усталостную прочность за счет повышения толщины межзерновых прослоек и снижения их прочности. Повышает рыхлость структуры стали и внутренние полости. При этом, улучшает текучести расплавленной стали (улучшает литьевые свойства и обработку в конвертерах), и уменьшает длину стружки при высокоскоростной обработки резаньем. Что важно при автоматической обработки на быстродействующих станках с программным управлением. Это, так называемые, автоматные стали: А20, А40Г, А30, А12 и др. Они идут на изготовление малоответственных деталей на высокопроизводительных металлорежущих станках с автоматической подачей заготовок.
В основной массе сталей всячески борются с высоким содержанием фосфора.
При разработке легированных сталей, следует иметь в виду, что легирующие добавки могут сильно влиять на эффект друг друга, как в одну, так и в другую сторону.
В каждой стали содержится практически вся таблица Менделеева, но, если компонента менее 0,001%, его присутствие принято не учитывать. Углерод не относят к легирующим добавкам, так как, он неотъемлемая часть любой стали.
Некоторые легирующие добавки сильно повышают стоимость стали (вольфрам, кобальт, молибден, титан и др.), а некоторые практически не влияют на стоимость (марганец, хром, алюминий и др.). В промышленности нашли широкое применение низколегированные стали, которые сочетают невысокую стоимость со значительным повышением качества, относительно углеродистых сталей обычного качества.
Для введения легирующих добавок, сталь дополнительно очищают от примесей, иначе, они могут нивелировать эффект легирования.
www.chemfive.info
легирующие добавки - это... Что такое легирующие добавки?
- alloy(ing) additions
- fluxes
Смотреть что такое "легирующие добавки" в других словарях:
легирующие добавки — Добавки, ввод. в металлич. расплавы для их легир. с целью придания металлопродукции необх. кач ва: повыш. механич. св в, корроз. стоик., электромагн. хар к и др. [http://metaltrade.ru/abc/a.htm] Тематики металлургия в целом EN alloying additions … Справочник технического переводчика
Добавки — [additives, additions] вещества, вводимые в шихту, а также в жидкие металлы и шлаки для осуществления необходимых металлургических процессов и получения сплавов необходимого качества. Смотри также: шлакообразующие добавки порообразующие добавки … Энциклопедический словарь по металлургии
шлакообразующие добавки — [slag forming (making) addtitives] добавки, вводимые в плавильные печи для наведения шлака необходимого состава и свойств. При выплавке стали в качестве шлакообразующей добавки обычно используют известь (известняк), боксит, шамотный бой,… … Энциклопедический словарь по металлургии
порообразующие добавки — [steam additives] добавки, вводимые при формовке в порошковую смесь для образования в материале пор за счет выделения газов при нагреве или химическом взаимодействии; применяются при изготовлении высокопористых материалов. Смотри также: Добавки… … Энциклопедический словарь по металлургии
модифицирующие добавки — [modifiers] добавки, вводимые в металлы и сплавы для получения в них мелкозернистой структуры, достигаемой, в результате увеличения центров кристаллизации или снижению межфазной энергии; для стали Са, В, РЗМ и др. Смотри также: Добавки… … Энциклопедический словарь по металлургии
флюсующие добавки — [fluxes] добавки, вводимые в шихту для образования шлака и регулирования его состава, а также для связывания нежелательных примесей в химических соединениях и их удалении вместе со шлаком. Смотри также: Добавки шлакообразующие добавки… … Энциклопедический словарь по металлургии
охлаждающие добавки — [coolants] добавки, вводимые в плавильный агрегат для получения заданной температуры на выпуске жидкого металла. При кислородно конвертерной плавке стали, например, стальной лом, железная руда, твердый чугун и т. п.. Смотри также: Добавки… … Энциклопедический словарь по металлургии
КОВШОВЫЕ ДОБАВКИ — присадки вещества, вводимые на дно ковша перед заливкой металла или на струю заливаемого металла с целью его модифицирования, легирования, рафинирования. Применяемые ковшовые добавки классифицируют как графитизирующие, стабилизирующие, легирующие … Металлургический словарь
Легирование — Не следует путать с с лигированием в медицине и биохимии. Легирование (нем. legieren «сплавлять», от лат. ligare «связывать») добавление в состав материалов примесей для изменения (улучшения) физических и химических… … Википедия
МЕТАЛЛЫ ЧЕРНЫЕ — железо и его сплавы, важнейшие конструкционные материалы в технике и промышленном производстве. Из сплавов железа с углеродом, называемых сталями, изготавливаются почти все конструкции в машиностроении и тяжелой промышленности. Легковые, грузовые … Энциклопедия Кольера
metallurgicheskiy.academic.ru
Для чего нужны легирующие добавки. Легированная сталь – классификация, маркировка, свойства, применение
Легирование
ЛЕГИ́РОВАНИЕ см. Леги́ровать.
леги́рование(нем. legieren - сплавлять, от лат. ligo - связываю, соединяю), 1) введение в состав металлических сплавов так называемых легирующих элементов (например, в сталь - Cr, Ni, Мо, W, V, Nb, Ti и др.) для придания сплавам определенных физических, химических или механических свойств. 2) Введение примесных атомов в твердое тело (например, в полупроводники для создания требуемой электрической проводимости). Легирование диэлектриков обычно называется активированием.
ЛЕГИРОВАНИЕЛЕГИ́РОВАНИЕ (нем. legieren - сплавлять, от лат. ligo - связываю, соединяю), введение в состав твердых веществ (металлов (см. МЕТАЛЛЫ) , сплавов (см. СПЛАВЫ) , полупроводников (см. ПОЛУПРОВОДНИКИ) и диэлектриков (см. ДИЭЛЕКТРИКИ) ) легирующих элементов для придания им определенных физических, химических или механических свойств.
Введение легирующей примесей может существенным образом изменить свойства твердых тел. От характера взаимодействия атомов легирующих элементов и атомов основного вещества, от типа образованных дефектов структуры, от характера взаимодействия легирующих и фоновых примесей, легирующих примесей и дефектов структуры, от способности легирующей примеси образовывать соединения в матрице вещества и т.д. зависят свойства (электрические, магнитные, тепловые) легируемого вещества.
Легирование широко применятся в технологии получения металлов и сплавов, полупроводниковых кристаллов и пленок, а также диэлектрических материалов с заданными свойствами.
Легирование металлов и сталей
Легирования металлов, сталей и сплавов позволяет получить металлические сплавы с разнообразными свойствами, значительно отличающимися от свойств чистых металлов. Например, коррозионная стойкость циркония (см. ЦИРКОНИЙ) существенно зависит от его чистоты. Сотые доли процента углерода и азота снижают его коррозионную стойкость, но введение ниобия нейтрализует действие углерода, а введение олова - азота. Легирование ряда металлов и сплавов на их основе редкоземельными элементами позволило значительно улучшить прочностные характеристики этих веществ и т. д.
При легировании стали можно получить заданные свойства, в том числе отсутствующие у исходных углеродистых сталей. Стали считаются легированными при содержании примесей в них, например, кремния - более 0,8% , марганца - не более 1%. Но при введении легирующих примесей в сталь необходимо учитывать, что все элементы, которые растворяются в железе, влияют на температурный интервал его аллотропических модификаций, оказывая влияние на свойства сталей. Температура полиморфных превращений железа зависит от всех растворенных в нем элементов. В их присутствии изменяется область существования g-железа. Ряд легирующих примесей (Ni, Mn и др.) расширяют область существования g-железа от комнатной температуры до температуры плавления (см. аустенит (см. АУСТЕНИТ) ), А такие примеси, как V, Si, Mo и др. делают ферритную фазу устойчивой вплоть до температуры плавления (см. феррит (см. ФЕРРИТ) ). Легирующие примеси в промышленных сталях могут преимущественно растворяются именно в основных фазах железоуглеродистых сплавов - феррите, аустените, цементите (см. ЦЕМЕНТИТ) ). При наличии в сплаве железа большой концентрации элемента, который сужает g-область, превращение g ¬® a отсутствует, образуются ферритные стали. Класс аустенитных сталей можно получить при легировании элементами, расширяющими g-область.
Если легирующие примеси в g-железе находятся в свободном состоянии, то они как правило, являются примесями замещения, занимая позиции атомов железа. Но легирующие примеси могут образовывать химические соединения с железом, между собой, образовывать оксиды или карбиды. В этом случае карбидообразующие элементы (молибден, ванадий, вольфрам, титан) задерживают выделение карбидов железа при отпуске и увеличивают конструкционную прочность стали.
Легирующие примеси изменяют свойства феррита. Молибден, вольфрам, марганец и кремний снижают вязкость феррита, а никель - не снижает. Но никель интенсивно снижает порог хладоломкости, уменьшая склонность железа к хрупким разрушениям.
Все легирующие элементы (за исключением марганца и бора), уменьшают склонность аустенитного зерна к росту. Никель, кремний, кобальт, медь (элементы, не образующие карбиды), относительно слабо влияют на рост зерна. Легирующие элементы замедляют процесс распада мартенсита. Т. е. в общем случае легирование существенным образом меняет кинетику фазовых превращений (см. ФАЗОВЫЕ ПЕРЕХОДЫ ВТОРОГО РОДА) .
Для повышения качества сталей некоторые примеси, например, марганец и кремний, добавляют в заданном
cityshin.ru
Легирующие добавки - Справочник химика 21
С соответствующими металлами кобальт, родий и иридий образуют твердые растворы и интерметаллические соединения, что определяет физико-химические и механические свойства их сплавов. Особо широко используются кобальтовые сплавы. Многие из них жаропрочны и жаростойки. Например, сплав виталлиум (65% Со, i8% Сг, 3% Ni и 4% Мо), применяемый для изготовления деталей реактивных двигателей и газовых турбин, сохраняет высокую проч-I ость и практически не подвергается газовой коррозии вплоть до 800—900°С. Имеются также кислотоупорные сплавы, не уступающие платине. Кобальтовые сплавы типа алнико (например, 50% Fe, 24% Со, 14% Ni, 9% А п 3% Си) применяются для изготовления постоянных магнитов. Для изготовления режущего инструмента важное значение имеют так называемые сверхтвердые сплавы, представляющие собой сцементированные кобальтом карбиды вольфрама (сплавы ВК) и титана (сплавы ТК). Большое значение имеет кобальт как легирующая добавка к сталям. [c.596]
Следует указать на три наиболее обоснованные теории жаростойкости легирования в зависимости от предполагаемого механизма действия легирующей добавки [c.111]
Последний эффект повышения жаростойкости металлов очень малыми добавками легирующих элементов может иметь место при любой валентности их ионов, в том числе и при п > п (рис. 55), и может быть объяснен протеканием реакции заполнения вакансий катионами легирующей добавки, которое, очевидно, преобладает при концентрациях легирующих элементов в окисле,, близких к концентрации дефектов в чистом окисле основного металла [c.86]
Марганец Легирующая добавка [c.263]
Редкоземельные металлы в последнее время приобрели большое значение. Исключительная способность их соединяться с многими газами используется в вакуумной технике. В металлургии они применяются как легирующие добавки для улучшения механических свойств сплавов. Лантаноиды и их соединения используются в качестве катализаторов в органических и неорганических синтезах, а также в качестве материалов в радио- и электротехнике, в атомной энергетике. [c.552]
Хром Легирующая добавка в качестве покрытия пов х-ности других металлов (для защиты от коррозии и износа) [c.263]
Таким образом, область концентраций легирующего элемента, в которой наблюдается снижение скорости окисления металла, тем шире, чем ниже валентность катиона легирующей добавки. Одновременное протекание процессов образования вакансий по вагнеровскому механизму и заполнения этих вакансий катионами легирующей добавки во всем интервале концентраций малых добавок легирующих элементов должно несколько уменьшить величину максимального снижения скорости окисления металла и расширить область концентраций, в которой это снижение наблюдается. [c.87]
Сплавы железа с углеродом и легирующими добавками, улучшающими отдельные свойства марганец до 14% (износоустойчивость) хром до 13% (твердость, устойчивость к ржавлению) [c.262]
Кислородно-конвертерный способ производства стали осуществляется в вертикальных конвертерах, куда заливается жидкий чугун и добавляется стальной лом, легирующие добавки. Продувка расплава осуществляется техническим кислородом через водоохлаждаемые фурмы, на конце которых имеется специальная распределительная головка. При взаимодействии кислорода с углеродом чугуна выделяется большое количество тепла и образуется СОг. Окислению подвергается также и часть железа. Обожженная известь добавляется для ошлакования примесей. [c.308]
Факторы, влияющие на межкристаллитную коррозию. Состав стали. Коррозионностойкие аустенитные стали содержат наряду с хромом, никелем и другие легирующие добавки молибден, кремний, титан, ниобий, марганец и т. д. [c.446]
Применение. Хром вводят как легирующую добавку в различные сорта стали (инструментальные, жаростойкие и др.). Из содержащих Сг сталей изготаЕ лпвают, в частности, лопатки газовых турбин и детали реактивных двигателен. Введение в сталь 13% Сг делает ее нержавеющей. Прн меньшем содержании хрома сталь приобретает высокую твердость н прочность. Хром входит в состав многих жаростойких сплавов, в том числе нихрома (80% 20% Сг), который обычно применяется в электронагревательных приборах (он выдерживает длительное нагревание до 1100°С), Сплав, содержащий 30% Сг, 5% А1, 0,5% 5] (остальное Ре), устойчив на воздухе до 1300 °С. Широко, используется хромирование различных изделий. [c.541]
Использование специальных сплавов. Небольшие количества легирующих добавок, имеющих сродство к углероду и азоту, например алюминия, титана или ниобия и тантала [17], повышают устойчивость стали к КРН, но не предотвращают его. Легирующие добавки низкоуглеродистых сталей в нитратах >1 % Сг или Мо —снижают.. Охлажденные с печью (перлитные) стали, содержащие >0,2 % С, обладают устойчивостью [18]. [c.136]
Применение. Титан очень важный конструкционный материал для современной техники. Титан и его сплавы отличаются высокой прочностью, легкостью, тугоплавкостью, химической стой- костью при обычной температуре. Титан используют в качестве легирующей добавки и как вещество, связывающее кислород, азот, водород и другие примеси в металле в малорастворимые соединепия (последние удаляются в шлак). Ферротитан добавляют в специальные марки сталей для повышения их коррозионной стойкости и механической прочности при высоких температурах [ферротитан получают алюмотермическим восстановлением (флюс СаО) предварительно обожженного (для удаления серы) концентрата РеТЮз], Устройства, изготовленные из титана и его сплавов, [c.511]
Отличительной особенностью сплава фирмы Луммус является сравнительно высокая добавка кремния. Заготовки труб и калачи отливаются из сплава, в состав которого входят следующие легирующие добавки, % Сг — 24—27 N1 — 18—21 51 — 1,5—2. Содержание углерода колеблется от 0,35 до 0,45%. [c.48]
Никель Легирующая добавка в качестве покрытия поверхности других металлов (против коррозии и износа) пластинки аккумуляторов изготовление радиоламп [c.263]
Скандий сочетает высокую теплостойкость с легкостью, прочностью и значительной химической и коррозионн
www.chem21.info
Сталь введение легирующих добавок - Справочник химика 21
Имеется способ уменьшения коррозии металлов, который строго нельзя отнести к защите, — это легирование металлов, т. е. получение сплавов. Например, в настоящее время создано большое число нержавеющих сталей путем присадок к железу никеля, хрома, кобальта и др. Такие стали, действительно, не покрываются ржавчиной, но их поверхностная коррозия хотя и с малой скоростью, но имеет место. Оказалось, что при добавлении легирующих добавок коррозионная стойкость меняется скачкообразно. Установлено правило (правило Таммана), согласно которому резкое повышение устойчивости к коррозии железа наблюдается при введении легирующей добавки в количестве /в атомной доли, т. е. один атом легирующей добавки приходится на восемь атомов железа. Считается, что при таком соотношении атомов происходит их упорядоченное расположение в кристаллической решетке твердого раствора, что и затрудняет коррозию. [c.140]
Главным потребителем хрома является металлургическая промышленность — для изготовления высококачественной стали. Сплавы железа и хрома уже издавна привлекали внимание практиков своей большой механической прочностью и весьма значительной коррозионной устойчивостью. Хром является главной легирующей добавкой всех, без исключения, нержавеющих и жароупорных сталей. Введение нескольких процентов Сг, Мо и W увеличивает твердость стали. Такие стали применяют для изготовления инструментов, ружейных и орудийных стволов, броневых плит, а также рессор и некоторых машинных частей. При содержании в сплаве не менее 12% хрома получают сталь, устойчивую к коррозии (нержавеющая сталь). Ее используют для изготовления аппаратуры химических заводов, а также предметов домашнего обихода (ножей, вилок и т. п.). Сплав 35% Ре, 60% Сг и 5% Мо отличается высокой кислотоупорностью и применяется при изготовлении резервуаров и аппаратов для производства кислот. [c.512]
Легирование металлов. Для улучшения свойств металлов, в том числе для обеспечения их коррозионной стойкости, в состав сплавов вводят различные вещества (легирующие добавки). Так, коррозионная стойкость стали может быть повышена введением хрома, никеля, молибдена. Коррозионная стойкость меди возрастает при добавлении к ней бериллия и алюминия. Легирование с целью повышения коррозионной стойкости применяется также для алюминия, к которому добавляют молибден, хром или никель. [c.219]
При введении титана в качестве легирующей добавки в хромоникелевые нержавеющие стали (до 0,8%), образуются карбидные включения титана, повышающие жаростойкость и уменьшающие склонность к межкристаллитной коррозии при сварке и термической обработке. Присадка 0,05—0,15% титана к обычной углеродистой стали облагораживает ее и улучшает свойства. Введение титана в алюминиево-магниевые сплавы (до 0,6%) улучшает их механические свойства, повышает коррозионную стойкость и устойчивость к окислению при нагревании [ 5 ]. [c.391]
Электрод, покрытый пассивирующим слоем, не перестает взаимодействовать с электролитом. В системе металл — соединение — электролит непрерывно протекают реакции взаимодействия, в результате которых металл постепенно разрушается, а соединения, образующиеся на его поверхности, переходят в-раствор. Вследствие этого металлические аноды в определенной степени растворяются, и в электролите и в катодном металле обнаруживается некоторое количество анодного металла. Легирующие добавки к анодному металлу уменьшают его растворимость. Для свинцовых анодов, например, наиболее эффективными оказались небольшие количества сурьмы или серебра (1%) железные аноды обычно заменяют анодами из нержавеющих сталей. Более подробные сведения о нерастворимых анодах приведены во введении. [c.369]
Достижения в исследовании влияния кремния нашли свое отражение в фирменной модификации стали 4340, названной 300 М, содержащей от 1,5 до 1,8% 81. В отношении механизма высказывались предположения, во-первых, что при наличии кремния е-карбид не может быть эффективным катодным центром для разрядки водорода [9, 17], во-вторых, что карбид повышает стойкость к растрескиванию, являясь ловушкой водорода [26], и, в-третьих, что кремний уменьшает коэффициенты диффузии вредных примесей, в частности водорода [15, 16]. Таким образом, роль кремния по существу не выяснена и может быть сложной, но положительный эффект хорошо подтверждается, особенно в случае высокопрочных сталей. Повышение стойкости сталей при введении кремния представляет резкий контраст по сравнению с отрицательным влиянием марганца, поэтому было бы целесообразно выбрать именно кремний в качестве легирующей добавки для повышения прочности и закаливаемости сталей, используемых в агрессивных средах. Однако такие добавки могут ухудшать обрабатываемость и свариваемость сталей, так что применение высоких концентраций кремния потребует тщательной разработки сплава с учетом всех свойств. [c.55]
Введение в обычную углеродистую сталь примесей различных элементов существенно влияет на ее свойства. Так, добавка кремния сказывается главным образом на увеличении эластичности, марганца — вязкости, вольфрама — твердости и т. д. Комбинируя подобные легирующие добавки ( присадки ) в подходящих соотношениях, можно получать специальные стали с самыми разнообразными свойствами. Например, сталь с содержанием 18% У, 4 —Сг и 1—V ( быстрорежущая ) сохраняет сваю [c.331]
Бериллий входит в состав многих сплавов в качестве легирующей добавки. Для приготовления специальных сплавов используется основная часть бериллиевой продукции. Важнейшими сплавами бериллия являются сплавы на основе меди (бериллиевые бронзы). Содержание бериллия в бронзах может изменяться от долей процента до 2,5%, а в лигатурах —до 8%. Очень распространены алюминиевые и магниевые сплавы с присадками бериллия от 0,005 до 0,5%. Бериллий является также компонентом в сплавах с Fe, Ni, Со, Ti и входит в состав легированных сталей, например хромоникелевых и хромомолибденовых. Содержание бериллия в этих сплавах колеблется в широких пределах — от 0,001 % до нескольких процентов. Определение бериллия в сплавах производится, в зависимости от содержания, весовыми и колориметрическими методами после отделения основы и мешающих элементов или с введением маскирующих средств. Широко применяются спектральные методы анализа сплавов [442—473. [c.173]
Известно, что наплучшую прокалпваемость стали придает молибден, наибольшую вязкость сталь приобретает от введения никеля, а ее магнитные свойства усиливаются присутствием кобальта. Далеко не всегда можно точно сказать, почему та пли иная легирующая добавка придает стали определенные качества. А вот о причинах улучшения свойств стали ванадием многое известно достаточно полно и достоверно. [c.338]
Марганец применяют в виде ферромарганца для удаления серы в процессе выплавки чугуна и стали, а также в качестве легирующей добавки. Введение марганца придает стали большую твердость, прочность и износоустойчивость. На этом основано широкое применение марганцовой стали в производстве железнодорожных рельсов, камнедробилок, экскаваторов и т. п. [c.304]
ЛЕГИРОВАНИЕ (нем. legieren — сплавлять, от лат. ligo — связываю, соединяю) — введение в металлы и сплавы легирующих материалов для получения сплавов заданного хим. состава и структуры с требуемыми физ., хим. и мех. св-вами. Применялось еще в глубокой древности, в России — с 30-х гг. 19 в. Л. осуществляют введением легирующих материалов (в виде металлов и металлоидов в свободном состоянии, в виде различных сплавов, напр, ферросплавов, или в газообразном состоянии) в шихту или в жидкий (при выплавке) сплав. Иногда добавки легирующих материалов вводят в ковш. В закристаллизовавшемся сплаве легирующие материалы распределяются в твердом растворе и др. фазах структуры, изменяя его прочность, вязкость и пластичность, повышая износостойкость, увеличивая глубину прокаливаемости и др. технологические св-ва. Л. существенно влияет па положение критических точек стали. Никель, марганец, медь и азот расширяют по температурной шкале область существования аустенита, причем при известных соотношениях содержания углерода и этих элементов аустенит существует в области т-р от комнатной и ниже до т-ры плавления. Хром, кремний, вольфра.м и др. элементы сужают эту область и при определенных концентрациях углерода и легирующего элемента расширяют область с>тцествоваиия альфа-железа (см. Железо) до т-р плавления. При некоторых концентрациях углерода и легирующего материала сталь даже после медленного охлаждения имеет структуру закалки. Легирующие материалы, не образующие карбидов (напр., никель, кремний и медь), находятся в твердых растворах, карбидообразующие материалы (хром, марганец, молибден, вольфрам и др.) частично растворяются в железе, однако в
www.chem21.info
Легирующие элементы в стали
Легированные стали — это углеродистые стали, содержащие менее 1% углерода, однако с добавками других металлов в количествах достаточных, чтобы существенио изменить свойства стали. Наиболее важные легирующие элементы
Алюминий Вплоть до 1% алюминия в легированных сталях позволяет им, в процессе азотирования образовать более твердый, износоустойчивый наружный слой.
Хром. Присутствие небольшого количества хрома стабилизирует структуру твердых карбидов. Это улучшает отклик стали на термообработку. Присутствие большого количества хрома улучшает коррозионную стойкость и термостойкость стали (например, нержавеющая сталь). К сожалению, присутствие хрома в стали приводит к росту зернистости (см. никель).
Кобальт. Кобальт повышает критическую скорость закалки стали при tермобработке. Это позволяет инструментальным сталям работать при высоких температурах без разупрочнения (смягчающего отпуска). Кобальт — важный легирующий элемент в некоторых быстрорежущих (инструментальных) сталях
Медь. Вплоть до 0,5 % содержания меди улучшает коррозионную стойкость легированных сталей.
Свинец. Присутствие вплоть до 0,2 % свинца улучшает обрабатываемость сталей, однако за счет уменьшения прочности и вязкости.
Марганец. Этот легирующий элемент всегда присутствует в сталях до максимального содержания 1,5 % для нейтрализации вредного влияния примесей, остающихся после процессов её удаления. Он также способствует формированию устойчивых карбидов в подвергающихся закалке сталях. В больши количествах (вплоть до 12,5 %) марганец улучшает износоустойчивость сталей самопроизвольно формируя твердый наружный слой под воздействием истирания (самозакалка).
Молибден. Этот легирующий элемент поднимает сопротивление ползучести сталей при высоких температурах; стабилизирует в них карбиды; улучшает характеристики режущих инструментов при высоких температурах и уменьшает восприимчивость хромоникелевых сталей к «отпускной хрупкости».
Никель. Присутствие никеля в легированных сталях способствует увеличению прочности и улучшению структуры. Он также улучшает коррознонную стойкость стали. К сожалению, никель имеет склонность разупрочнять сталь графитизируя любые присутсвующие карбиды. Так как никель и хром обладают противоположными свойствами, их часто используют в сочетании (хромо-никелевые стали). Их преимущества дополняют друг друга, в то время как их нежелательные воздействия взаимно уравновешиваются.
Фосфор. Это остаточный элемент после процессов удаления. Он может стать причиной непрочности стали, и обычно стремятся уменьшить его присутствие до уровня ниже 0,05 %. Тем не менее фосфор способен улучшить обрабатываемость, действуя как внутренняя смазка. В больших количествах он также улучшает текучесть литых сталей и чугуна.
Кремний. Присутствие кремния вплоть до 0,3 % улучшает текучесть литых сталей и чугунов, причем в отличие от фосфора без снижения прочности. Вплоть до 1% кремния улучшает термостойкость сталей. К сожалению, как и никель, фосфор — сильный графитизирующий элемент, и его никогда не добавляют в больших количествах в высокоуглеродистые стали. Кремний используется для улучшения магнитных свойств магнитно-мягких материалов, тех, которые используются для пластин трансформаторов и штампованных листов для изготовления статоров и роторов электромотора.
Сера. Сера также является остаточным элементом после процессов удаления. Ее присутствие сильно ослабляет сталь, и используются все возможности для ее удаления; кроме того, марганец всегда присутствует в сталях, чтобы сводить к нулю влияние остаточной серы. Однако сера иногда преднамеренно добавляется в низкоуглеродистые стали для улучшения их обрабатываемости, в тех случаях, когда допустимо уменьшение прочности компоненты (сульфидированные легкообрабатываемые (автоматные) стали).
Вольфрам. Присутствие вольфрама в легированных сталях способствует формированию очень твердых карбидов и, так же как и присутствие кобальта, повышает критическую скорость закалки стали при термообработке. Это позволяет вольфрамовым сталям (быстрорежущим сталям) сохранять свою твердость при высоких температурах. Вольфрамовые сплавы составляют основу высокопроизводительных инструментов и штамповой стали.
Ванадий. Этот элемент усиливает влияние других присутствующих легирующих элементов и сам оказывает на легированные стали множество самых разнообразных воздействий:
1. Его присутствие способствует формированию твердых карбидов.
2. Он стабилизирует мартенсит в закаленных сталях и таким образом улучшает прокаливаемость и увеличивает предельное критическое сечение стали.
3. Он уменьшает рост зернистости при термообработке и процессах горячей обработки.
4. Он увеличивает «твердость при высоких температурах» инструментальных сталей и игтамповой стали.
5. Он улучшает усталостную прочность сталей
- Модификация AD атрибутов >>
abakbot.ru
1.Задачи легирования. Методы введения легирующего элемента
Легирование (от лат. ligo - связываю, соединяю), введение добавок в металлы, сплавы и полупроводники для придания им определенных физических, химических или механических свойств. Материалы, подвергнутые легированию, называют легированными. К ним относятся легированные стали и чугуны, легированные цветные металлыи сплавы, легированные полупроводники, Для легирования используют металлы, неметаллы (С, S, P, Si, В, N2 и др.),ферросплавы (см. Железа сплавы) и лигатуры - вспомогательные сплавы, содержащие легирующий элемент. Например, основные легирующие элементы в сталях и чугунах - Сr, Ni, Mn, Si, Mo, W, V, Ti, Al, Nb, Co, Сu, в алюминия сплавах - Si, Cu, Mg, Ni, Cr, Co, Zn, в магния сплавах - Zn, Al, Mn, Si, Zr, Li, в меди сплавах -Zn, Sn, Pb, Al, Mn, Fe, Ni, Be, Si, P, в титана сплавах - Al, Mo, V, Mn, Сu, Si, Fe, Zn, Nb.
Легирование - качественное понятие. В каждом металле или сплаве из-за особенностей производственного процесса или исходного сырья присутствуют неизбежные примеси. Их не считают легирующими, так как они не вводились специально. Например, уральские железные руды содержат Сu, керченские - As, в сталях, полученных из этих руд, также имеются примеси соответственно Сu и As. Использование луженого, оцинкованного, хромированного и др. металлолома приводит к тому, что в получаемый металл попадают примеси Sn, Zn, Sb, Pb, Ni, Cr и др.
При легирование металлов и сплавов могут образовываться твердые растворы замещения, внедрения или вычитания, смеси двух и более фаз (напр., Ag в Fe), интерметаллиды, карбиды, нитриды, оксиды, сульфиды, бориды и других соединений легирующих элементов с основой сплава или между собой.
В результате легирование существенно меняются физико-химические характеристики исходного металла или сплава и, прежде всего, электронная структура. Легирующие элементы влияют на температуру плавления, область существования аллотропич. модификаций и кинетику фазовых превращений, характер дефектов кристаллической решетки, на формирование зерен и тонкой кристаллической структуры, на дислокационную структуру (затрудняется движение дислокаций), жаростойкость и коррозионную стойкость, электрические, магнитные, механические, технолегирование (например, свариваемость, шлифуемость, обрабатываемость резанием), диффузионные и многие другие свойства сплавов.
Легирование подразделяют на объемное и поверхностное. При объемном легировании легирующий элемент в среднем статистически распределяется в объеме металла. В результате поверхностного легирования легирующий элемент сосредоточивается на поверхности металла. Легирование сразу несколькими элементами, определенное содержание и соотношение которых дает возможность получить требуемый комплекс свойств, наз. комплексным легирование и соотв. сплавы - комплекснолегированными. Напр., в результате легирование аустенитной хромоникелевой стали вольфрамом ее жаропрочность возрастает в 2-3 раза, а при совместном использовании W, Ti и др. элементов - в 10 раз.
Условно различают понятия: легирование, микролегирование и модифицирование. При легировании в сплав вводят 0,2-0,5% по массе и более легирующего элемента, при микролегировании - чаще всего до 0,1 %, при модифицировании - меньше, чем при микролегировании, или столько же, однако задачи, решаемые микролегированием и модифицированием, разные. Микролегирование эффективно влияет на строение и энергетическое состояние границ зерен, при этом предполагается, что в сплаве будут реализованы два механизма упрочнения - благодаря легированию твердого раствора и в результате дисперсионного твердения. Модифицирование способствует в процессе кристаллизации измельчению структуры, изменению геом. формы, размеров и распределения неметаллических включений, изменению формы эвтектических выделений, в целом улучшая механические свойства. Для микролегирования используют элементы, обладающие заметной растворимостью в твердом состоянии (более 0,1 ат. %), для модифицирования обычно служат элементы с ничтожной растворимостью ([0,1 ат. %).
Основный способ объемного легирование - сплавление основного элемента с легирующими в печах (конвертеры, дуговые, индукционные, тигельные, отражательные, пламенные, плазменные, электроннолучевые, вакуумно-дуговые и др.). При этом часто возможны большие потери особенно активных элементов (Mg, Cr, Mo, Ti и др.), взаимодействующих с O2 или N2, С целью уменьшения потерь при выплавке и обеспечения более равномерного распределения легирующего элемента в объеме жидкой ванны используют лигатуры. Другие способы объемного легирование - механическое легирование, совместное восстановление, электролиз, плазмохимической реакции. Механическое легирование осуществляют в установках - аттриторах, представляющих собой барабан, в центре которого имеется вал с насаженными на него кулачками. В барабан засыпают порошки компонентов будущего сплава. При вращении и ударе кулачков по механической смеси происходит постепенное "вбивание" легирующих элементов в основу. При многочасовой обработке удается получать равномерное распределение элементов в сплаве. При совместном восстановлении смешивают порошки оксидов компонентов сплава с восстановителем, например с СаН2, и нагревают. При этом СаН2 восстанавливает оксиды до металлов, одновременно протекает диффузия компонентов, приводящая к выравниванию состава сплава. Образовавшийся СаО отмывают водой, а сплав в виде порошка идет на дальнейшую переработку. При металлотермическом восстановлении в качестве восстановителей используют металлы - Са, Mg, Al, Na и др.
Поверхностное легирование осуществляют в слое до 1-2 мм и используют для создания особых свойств на поверхности изделия. В основе большинства процессов (в сочетании с термической обработкой) лежит диффузионное насыщение из газовой или жидкой фазы, химическое осаждение из газовой фазы. К таким процессам относят алитирование (насыщающий элемент Аl), науглероживание (С), планирование (CN), азотирование (N), борирование (В) и т.д. По твердофазному методу на поверхность металла наносят легирующий элемент или сплав в виде слоя нужной толщины, далее каким-либо источником энергии (лазерное облучение, плазменная горелка, ТВЧ и др.) поверхность оплавляется и на ней образуется новый сплав. Общее название перечисленных процессов - химико-термическая обработка.
От всех выше приведенных методов отличается способ ионной имплантации, суть которого заключается в том, что поверхность металла (или полупроводника) бомбардируют в вакууме потоком ионов какого-либо элемента. Энергия ионов настолько велика, что они внедряются в кристаллическую решетку легируемого элемента, проникая на нужную глубину. Затем проводят отжиг для устранения дефектов в кристаллах. С помощью этого метода производят материалы со статистически равномерным распределением не растворяющихся друг в друге элементов и т. обр. получают структуры, которые нельзя получить никакими другими способами.
studfiles.net