Сталь - это сплав железа с углеродом. Другие легирующие элементы (хром, молибден) добавляются в сталь с целью улучшения каких-либо её свойств, например коррозионной стойкости или прочности. Сталь, имеющая в своем составе легирующие элементы называется легированной.
Остановимся на некоторых свойствах стали чуть подробнее.
Твёрдость - это способность материала вещества сопротивляться проникновению в него другого, более твёрдого тела. Для стали это способность сопротивляться деформации и изменению формы.
Измеряют твёрдость стали по шкале Роквелла, которая измеряется в условных единицах обозначаемых HRC. Шкала имеет разметку от 20 до 67 единиц. Твёрдость измеряется путём вдавливания в сталь металлического или алмазного шарика.
Прочность - это способность материала сопротивляться разрушению под действием внутренних напряжений, которые возникают под действием внешних сил.
Ударная вязкость - это способность материала поглощать механическую энергию в процессе деформации и разрушения под действием ударной нагрузки.
Основным отличием ударных нагрузок от испытаний на растяжение-сжатие или изгиб является гораздо более высокая скорость выделения энергии. Таким образом, ударная вязкость характеризует способность материала к быстрому поглощению энергии.
Износостойкость - это способность материала оказывать сопротивление изнашиванию в условиях трения.
Износостойкость зависит от твёрдости стали, и от количества и типа карбидов в ней.
Карбиды это соединения железа и других металлов с углеродом. Самые твёрдые карбиды - карбиды ванадия, затем идут карбиды молибдена и вольфрама. Износостойкость стали оказывает сильное влияние на стойкость режущей кромки.
Красностойкость - это способность стали сохранять при нагреве до температур красного каления высокую твёрдость и износостойкость.
Повышенная красностойкость - характерное свойство инструментальных сталей. Красностойкость достигается благодаря легированию стали такими элементами, как ванадий, вольфрам, молибден, хром.
Красностойкость определяют по максимальной температуре, при нагреве до которой сталь сохраняет определённую твёрдость. Наиболее высокая красностойкость - у твёрдых сплавов (до 900 °C).
Но в реальной жизни, как известно, нельзя получить всё и сразу. И улучшение какого-то одного свойства часто приводит к ухудшению другого (например, при добавлении в сталь хрома, она приобретает коррозионную стойкость, но уменьшается ударная вязкость и сталь становится хрупкой). Так что, прежде чем добавлять какие-то легирующие элементы, производителям нужно точно знать для чего предназначается сталь и какие свойства они хотят получить.
Ниже разберём наиболее часто встречающиеся легирующие элементы и свойства, которые они придают стали:
Азот (N)
Азот применяется в сталях в качестве заменителя углерода и никеля. Он значительно повышает коррозионную стойкость стали.
Ванадий (V)
Ванадий улучшает такие свойства стали, как твёрдость и прочность, а также значительно повышает её износостойкость. Ванадий присутствует в инструментальных и быстрорежущих сталях.
Вольфрам (W)
Вольфрам является металлом с самой высокой температурой плавления. Он используется во многих отраслях. Вольфрам, наравне с молибденом, является обязательным элементом для быстрорежущих сталей. Помимо устойчивости к высокой температуре, наличие вольфрама в стали, улучшает такие свойства, как износостойкость и твёрдость.
Кобальт (Co)
В небольшом количестве кобальт присутствует твёрдых сплавах и быстрорежущих сталях. Он увеличивает твердость и прочность стали.
Кремний (Si)
В небольших количествах кремний не оказывает серьезного влияния на свойства стали. Однако, при повышении содержания кремния, повышаются упругость и коррозионная стойкость.
Марганец (Mn)
Марганец увеличивает твердость и устойчивость стали к износу. Однако его содержание в больших количествах повышает хрупкость.
Молибден (Mo)
Молибден представляет собой легирующую добавку, которая повышает красностойкость, упругость, предел прочности на растяжение, антикоррозионные свойства и сопротивление окислению при высоких температурах. Также он делает состав стали более равномерным. Молибден является обязательным элементом в быстрорежущих сталях.
Никель (Ni)
Никель, так же как и азот повышает коррозионную стойкость стали. Кроме того, он незначительно повышает прочность.
Ниобий (Nb)
Ниобий является достаточно редкой легирующей добавкой . Он повышает износостойкость и коррозионную стойкость стали.
Сера (S)
Сера достаточно вредный элемент. Она понижает коррозионную стойкость стали и её механические свойства. По этим причинам содержание серы в сталях обычно ничтожно мало, однако сера может быть специально добавлена в сталь для того, чтобы, повысить её обрабатываемость.
Титан (Ti)
Обычно титан добавляют в сталь для повышения прочности, стойкости к коррозии и температурам. Также он способствует измельчению зерна и улучшает обрабатываемость.
Углерод (C)
Углерод является одним из основных элементов, которые определяют свойства стали. От количества углерода в стали зависят её твёрдость и прочность. Также он положительно влияет на стойкость (сохранность) режущей кромки, устойчивость к износу и истиранию. Из отрицательных сторон высокого содержания углерода стоит отметить повышение склонности стали к коррозии.
Фосфор (P)
Фосфор, так же, как и сера, является вредной примесью. Он снижает механические свойства стали и повышает её хрупкость. По возможности, фосфор стараются полностью удалять из стали.
Хром (Cr)
Хром увеличивает стойкость стали к коррозии и износу. Сталь считается нержавеющей, если содержание хрома в ней больше или равно 14%. Правда, справедливости ради, стоит отметить, что сталь даже с высоким (порядка 17-19%) содержанием хрома, при определённых условиях, всё же подвержена коррозии. Также высокое содержание хрома приводит к повышению хрупкости и ударной вязкости стали.
Остановимся на некоторых свойствах стали чуть подробнее.
Твёрдость - это способность материала вещества сопротивляться проникновению в него другого, более твёрдого тела. Для стали это способность сопротивляться деформации и изменению формы.
Измеряют твёрдость стали по шкале Роквелла, которая измеряется в условных единицах обозначаемых HRC. Шкала имеет разметку от 20 до 67 единиц. Твёрдость измеряется путём вдавливания в сталь металлического или алмазного шарика.
Прочность - это способность материала сопротивляться разрушению под действием внутренних напряжений, которые возникают под действием внешних сил.
Ударная вязкость - это способность материала поглощать механическую энергию в процессе деформации и разрушения под действием ударной нагрузки.
Основным отличием ударных нагрузок от испытаний на растяжение-сжатие или изгиб является гораздо более высокая скорость выделения энергии. Таким образом, ударная вязкость характеризует способность материала к быстрому поглощению энергии.
Износостойкость - это способность материала оказывать сопротивление изнашиванию в условиях трения.
Износостойкость зависит от твёрдости стали, и от количества и типа карбидов в ней.
Карбиды это соединения железа и других металлов с углеродом. Самые твёрдые карбиды - карбиды ванадия, затем идут карбиды молибдена и вольфрама. Износостойкость стали оказывает сильное влияние на стойкость режущей кромки.
Красностойкость - это способность стали сохранять при нагреве до температур красного каления высокую твёрдость и износостойкость.
Повышенная красностойкость - характерное свойство инструментальных сталей. Красностойкость достигается благодаря легированию стали такими элементами, как ванадий, вольфрам, молибден, хром.
Красностойкость определяют по максимальной температуре, при нагреве до которой сталь сохраняет определённую твёрдость. Наиболее высокая красностойкость - у твёрдых сплавов (до 900 °C).
Но в реальной жизни, как известно, нельзя получить всё и сразу. И улучшение какого-то одного свойства часто приводит к ухудшению другого (например, при добавлении в сталь хрома, она приобретает коррозионную стойкость, но уменьшается ударная вязкость и сталь становится хрупкой). Так что, прежде чем добавлять какие-то легирующие элементы, производителям нужно точно знать для чего предназначается сталь и какие свойства они хотят получить.
Ниже разберём наиболее часто встречающиеся легирующие элементы и свойства, которые они придают стали:
Азот (N)
Азот применяется в сталях в качестве заменителя углерода и никеля. Он значительно повышает коррозионную стойкость стали.
Ванадий (V)
Ванадий улучшает такие свойства стали, как твёрдость и прочность, а также значительно повышает её износостойкость. Ванадий присутствует в инструментальных и быстрорежущих сталях.
Вольфрам (W)
Вольфрам является металлом с самой высокой температурой плавления. Он используется во многих отраслях. Вольфрам, наравне с молибденом, является обязательным элементом для быстрорежущих сталей. Помимо устойчивости к высокой температуре, наличие вольфрама в стали, улучшает такие свойства, как износостойкость и твёрдость.
Кобальт (Co)
В небольшом количестве кобальт присутствует твёрдых сплавах и быстрорежущих сталях. Он увеличивает твердость и прочность стали.
Кремний (Si)
В небольших количествах кремний не оказывает серьезного влияния на свойства стали. Однако, при повышении содержания кремния, повышаются упругость и коррозионная стойкость.
Марганец (Mn)
Марганец увеличивает твердость и устойчивость стали к износу. Однако его содержание в больших количествах повышает хрупкость.
Молибден (Mo)
Молибден представляет собой легирующую добавку, которая повышает красностойкость, упругость, предел прочности на растяжение, антикоррозионные свойства и сопротивление окислению при высоких температурах. Также он делает состав стали более равномерным. Молибден является обязательным элементом в быстрорежущих сталях.
Никель (Ni)
Никель, так же как и азот повышает коррозионную стойкость стали. Кроме того, он незначительно повышает прочность.
Ниобий (Nb)
Ниобий является достаточно редкой легирующей добавкой . Он повышает износостойкость и коррозионную стойкость стали.
Сера (S)
Сера достаточно вредный элемент. Она понижает коррозионную стойкость стали и её механические свойства. По этим причинам содержание серы в сталях обычно ничтожно мало, однако сера может быть специально добавлена в сталь для того, чтобы, повысить её обрабатываемость.
Титан (Ti)
Обычно титан добавляют в сталь для повышения прочности, стойкости к коррозии и температурам. Также он способствует измельчению зерна и улучшает обрабатываемость.
Углерод (C)
Углерод является одним из основных элементов, которые определяют свойства стали. От количества углерода в стали зависят её твёрдость и прочность. Также он положительно влияет на стойкость (сохранность) режущей кромки, устойчивость к износу и истиранию. Из отрицательных сторон высокого содержания углерода стоит отметить повышение склонности стали к коррозии.
Фосфор (P)
Фосфор, так же, как и сера, является вредной примесью. Он снижает механические свойства стали и повышает её хрупкость. По возможности, фосфор стараются полностью удалять из стали.
Хром (Cr)
Хром увеличивает стойкость стали к коррозии и износу. Сталь считается нержавеющей, если содержание хрома в ней больше или равно 14%. Правда, справедливости ради, стоит отметить, что сталь даже с высоким (порядка 17-19%) содержанием хрома, при определённых условиях, всё же подвержена коррозии. Также высокое содержание хрома приводит к повышению хрупкости и ударной вязкости стали.
Комментариев нет:
Отправить комментарий