Какие стали относятся к карбидному классу

Легированные стали карбидного класса.

Легированные стали — стали, в которые вводят дополнительные элементы помимо Fe и С для получения свойств превосходящих свойства углеродистых. Один из классов легированных сталей – карбидный класс.

Все легирующие элементы кроме Co увеличивают время существования переохлажденного аустенита и уменьшают скорость его распада. Это вызвано тем, что при легировании в сталях уменьшается движущая сила превращения.

Карбидообразующие в-ва в стали – это переходные элементы, занимающие область γ’ или сильно ограничивающие ее, например Cr, W, Mo, Va, Ti, Ne, Ta. Склонность к карбидо-образованию тем слабее, чем больше заполнен d-уровень атома, т.е. она ослабевает слева направо.

Карбиды Сa3C и Ni3C очень не устойчивы и присутствуя в стали легко распадаются, способствуя графитизации.

Карбид MnC более устойчив, он растворяет в себе железо по типу (MnFe)3C.

Карбиды Ti, W и другие с кубической решеткой типа NaCl очень устойчивы и не соединяются с Fe. Карбиды со сложной кубической решеткой (22 ат/яч ) Cr23C6 и Mn23C6 растворяют в себе Fe и другие компоненты., не содержащие углерода в них постоянно. Mo и W, кроме гексогональных карбидов, образуют тройные карбиды почти постоянного состава: Fe3W3C1, Fe2W4C1, Fe3Mo3C1, Fe2Mo4C1. В тройных карбидах атомы W и Mo замещают друг друга. Почти все легирующие элементы, замещают железо в цементите по формуле (FeM)2С. Больше других растворяется Mn и Cr.

Карбидообразующие элементы уменьшают предельную растворимость углерода в аустените до 2%, поэтому эвтектика (ледебурит) образуется уже в низкоуглеродистых сплавах.

Легированные сплавы пластичны и обрабатываются давлением при высокой температуре, даже при наличии ледебурита. Такие сплавы, обрабатываемые давлением, называют сталями ледебуритного класса. Хрупкость ледебурита уменьшается. Такие стали можно закаливать на мартенсит.

При наибольшем содержании легирующих элементов в стали идут обычные превращения, характерные для углеродистой стали. Низколегированные углеродистые стали называются сталями перлитного класса, их можно закаливать на мартенсит.

По признаку фазового равновесия сталь делят на классы: перлитный, аустенитный, ледебуритный.

Стали, в которых аллотропическое превращение отсутствует на всем интервале α-области называются сталями ферритного класса. Если нагревать такие стали и охлаждать, перлита и мартенсита не образуется, не происходит упрочнения при закалке.

Источник

Специальные стали: виды, примеси для легирования

Для придания сталям особых качеств используют специальные примеси, которые называют легирующими элементами. Они вводятся в состав сплава в процессе выплавки при создании определенных условий. В качестве подобных веществ используют никель, хром, титан, кобальт, молибден, алюминий и другие. В результате получают хромникелевые, марганцевые, кобальтовые, титановые стали и им подобные. Для углеродных сталей применяют в основном марганец и кремний, так как именно эти компоненты в нужных пропорциях придают нужные свойства подобным сплавам.

Классификация

Основным параметрам для классификации специальных сталей является их структура. У таких материалов критические точки смещены книзу, а потому при медленном охлаждении на воздухе они могут приобретать дополнительные качества. На основании этого их подразделили на четыре класса.

Мартенситные стали

Структура таких материалов игольчатая и состоит из мартенсита, который подразумевает содержание углерода не менее 0,15 %, хрома около 11-17 % и ряда дополнительных компонентов в виде ванадия, никеля, вольфрама, молибдена. Она преобладает во многих чистых металлах и металлах, прошедших закалку. При этом в мартенситный компонент входит углеродный раствор железа в виде кристаллической решетки, которая имеет неравновесную структуру. Именно поэтому мартенситные стали обладают значительным внутренним напряжением. К таким материалам относят сплавы под марками:

  • 20Х13 – содержит 12-14 % хрома, до 1 % марганца и кремния, 0,16-0,25 % углерода (легирование никелем не проходит);
  • 10Х12НДЛ – отличается большим содержанием никеля (до 1,5 %);
  • 18Х11МНФБ – в состав входят молибден до 1,1 %, хром 11,5 %, углерод 0,8 %, никель 1 %;
  • 10Х9МФБ, 12Х11В2МФ, 13Х11Н2В2МФ и 15Х11МФ – легируются молибденом и ванадием в разных пропорциях.

Всем перечисленным материалам присуща высокая твердость, устойчивость к коррозии, жаропрочность, способность к самозакаливанию, водородоустойчивость и малая пластичность. Но при таких показателях они довольно хрупкие. В связи с этим их резка и сваривание довольно затруднительны.

Читайте также:  Чем отодрать супер клей с металла

Перлитные стали

Подобные специальные виды сталей относятся к низко- или среднелегированным. В их состав входит перлит и феррит. Причем оба компонента легируются хромом. В результате материал обладает высокой устойчивостью к хладноломкости.

Кроме этого, на исходные качества сплава влияет скорость охлаждения. При ее изменении перлит может приобретать различные переходные структуры. Но многое зависит от, какие легирующие примеси в стали содержаться. Некоторые могут способствовать повышению прочности, вязкости и чувствительности к термической обработке.

К перлитным сталям относятся 12МХ, 15ХМ, 12Х1МФ, 20ХМ, 25Х1МФ, 25Х2М1Ф, 18Х3МВ, 20Х3МВФ. Все материалы могут подвергаться закалке, но при разной температуре.

Аустенитные стали

Сплавы такого характера отличаются тем, что имеют наибольшее количество примесей. В результате этого они сохраняют структуру аустенита при любой скорости охлаждения. Для их упрочнения не прибегают к помощи термической обработки. Тем не менее, они могут иметь разные характеристики. При содержании хрома 12-18 % повышается устойчивость к коррозии, а при 17-25 % – хладостойкость. Также с помощью примесей можно изменять показатели по жаростойкости и жаропрочности.

В целом аустенитные стали обладают большой вязкостью, хорошей плотностью и высоким сопротивлением к механическому воздействию. Из негативных сторон стоит выделить трудность обработки резцом.

Перечень специальных сплавов этого класса довольно обширен, так как к нему относятся высоконикелевые, марганцевые, хромникелевые, хромоникельмарганцевые, метастабильные и другие сплавы.

Карбидные стали

Сплавы карбидного класса в своем составе содержат значительное количество углерода, хрома, молибдена, вольфрама и ванадия. Все эти компоненты способствуют формированию прочной аустенитной матрицы и устойчивых карбидов. При кристаллизации из жидкого состояния, в результате которого происходит уменьшение растворения углерода в аустените, в сплаве образуется ледебурит. Он способен сохранять высокую твердость при значительных температурах, а потому широко используется для изготовления инструментов для быстрого резания различных сталей. Наиболее ярким примером таких сталей является материал, выпускаемый под маркой Р6М5. Также к этому классу относятся хромовольфрамовые, хромомолибденовые, высокохромистые сплавы.

Влияние примесей на стали

Различные примеси способны придавать металлам нужные характеристики. Так для повышения твердости используют углерод, марганец, хром, молибден. Улучшить вязкость помогают никель и ванадий. Для усадки используют марганец, кремний, алюминий. Сопротивление истиранию повышают марганец, никель, хлор. Отменную устойчивость к коррозии дают никель, хром, медь. Но важно не только правильно скомбинировать примеси. Итоговые характеристики во многом зависят и от их пропорций.

Например, специальные марганцевые стали должны содержать не менее 14 % соответствующего компонента. При отклонении этого показателя меняется структура сплава:

  • 0,4-0,6 % – мартенситная;
  • 10 % и 12 % – аустенитная;
  • 0,5 % и 3,5 % – перлитная.

При этом содержание хлора остается неизменным во всех трех случаях. В целом Мn влияет на теплопроводность, поэтому нагрев и охлаждение таких материалов следует проводить с особой осторожностью. Изделия из него получают только посредством отливки, так как резка очень затруднена. Но марганцевые стали хорошо обрабатываются под давлением и не обладают магнитными качествами.

Еще одним примером специальных сталей является хромистый сплав. Соответствующий компонент относится к карбидообразующим, поэтому в некоторые стали добавляют не более 1 % Cr. Даже при таком содержании повышение критических точек неизбежно, поэтому обязательно проводят закалку материала при высоких температурах.

1 % Cr содержится также в инструментальных сплавах. В таком количестве он повышает твердость и режущие характеристики.

В последнее время легирование сплавов проводят не одним компонентом, а сразу несколькими. В таком случае удается увеличить влияние примесей на стали и получить материалы с особыми качествами. К таким относятся:

  • быстрорежущие – не теряют твердости после нагрева;
  • износостойкие – устойчивы к механическому изнашиванию, свариваются после нагрева;
  • автоматные – дополнительно легируются свинцом, кальцием и селеной, обладают малой прочностью;
  • пружинные – отличаются хорошей эластичностью, вязкостью и упругостью;
  • строительные – характеризуются твердостью, ударной вязкостью и относительным удлинением.

Это далеко не весь перечень специальных сталей. Их существует великое множество, поэтому о составе или характеристиках того или иного материала лучше подробнее узнать у производителя.

Источник

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Сталь — карбидный класс

Стали карбидного класса в своем большинстве относятся к инструментальным сталям. [1]

Читайте также:  Серебро или золото во что лучше вкладывать деньги

Сталь карбидного класса применяется для изготовления инструмента. Вследствие высокого содержания углерода и очень большого количества карбидообразующих элементов в ее структуре присутствует много карбидов. В литом состоянии структура этой стали содержит карбидную эвтектику — ледебурит. Основная структура стали карбидного класса зависит от степени легированности аусте-нита, которая изменяется в зависимости от температуры нагрева. При низкой температуре нагрева, как только перейдена критическая точка, растворение карбидов замедляется, структура после охлаждения на воздухе получается сорбитообразной с большим количеством избыточных карбидов. Более высокий нагрев ведет к растворению карибдов и получению после охлаждения на воздухе мартенситной структуры. [2]

Наиболее типичными сталями карбидного класса являются быстрорежущие. Поэтому особенности термической обработки сталей карбидного класса мы и рассмотрим на примере быстрорежущих сталей, тем более, что они имеют и большой практический интерес. [3]

Из стали карбидного класса изготовляют главным образом режущие инструменты. [4]

Структура стали карбидного класса ( ледебурит) в зоне термического влияния. [5]

Структура сталей карбидного класса в кованом и отожженном состоянии состоит кз сорбита или зернистого перлита, вторичных и ледебуритных карбидов ( см. фиг. Стали ледебуритного класса, подобно сталям перлитного класса, способны к фазовым превращениям и, следовательно, их можно подвергать закалке на мартенсит. Наличие в их структуре большого количества карбидов вносит некоторые особенности в обычную схему закалки. Эти особенности мы сейчас и рассмотрим. [6]

К сталям карбидного класса относят стали мартенситного или аустенит-ного класса с карбидообразующими элементами ( хром, вольфрам и др.), благодаря чему в структуре металла наряду с мартенситом или аусте-нитом содержится значительное количество карбидов. [8]

В сталях карбидного класса добавки УДП позволяют получать структуру, напоминающую булатную сталь. Прочность такой стали увеличивается на 15 20 %, а пластичность и ударная вязкость возрастают в 1 5 2 раза, что позволяет отливать кузнечно-прессовый инструмент с литой гравюрой, не уступающий по свойствам инструменту из кованого металла. [10]

При ковке стали карбидного класса включения карбидов равномерно распределяются в основной металлической массе в виде глобу-лей. [11]

При ковке стали карбидного класса включения карбидов равномерно распределяются в основной металлической массе в виде глобу-лей. [12]

Вследствие обилия карбидов сталь карбидного класса обладает высокой твердостью, хорошими режущими свойствами и износостойкостью ( например, быстрорежущая или высокохромистая инструментальная сталь, см. гл. [13]

Для поковок из стали карбидного класса , у которой требуется размельчение карбидов и их равномерное распределение по сечению, необходима большая уковка и чередование операций протяжки и осадки. [14]

Отпуск инструментов из сталей карбидного класса имеет некоторые особенности по сравнению с отпуском инструментов, изготовленных из сталей перлитного класса. [15]

Источник

Классификация легированных сталей

По структуре

Особое внимание в настоящей работе студенты должны обратить на классификацию сталей по структуре, получаемой после нагрева до 950 0 С и охлаждения на воздухе. В соответствии с этой классификацией легированные стали делят на пять классов: ферритный, перлитный, мартенситный, аустенитный и карбидный (ледебуритный).

Стали перлитного класса содержат любое количество углерода, но менее 2,14 % С (мало-, средне- высокоуглеродистые стали). Суммарное содержание всех легирующих элементов – не более 5 % (сумма легирующих элементов

Стали ферритного класса содержат 10 %), вольфрама, кремния, ограничивающих область существования g-твердого раствора и расширяющих область a-твердого раствора. В них при их нагреве не наблюдается полиморфных превращений, а происходит рост зерна. Микроструктура легированной стали ферритного класса приведена на рисунке 4.

При введении в сталь 12 ¸ 14 % Cr ее электрохимический потенциал становится положительным, и она приобретает устойчивость против коррозии в атмосфере, морской (пресной) воде, ряде кислот, солей и щелочей. Под коррозией понимается поверхностное разруше ние металла под воздействием внешней среды. В качестве нержавеющих широко применяют стали: 08Х13, 12Х13, 12Х17, 08Х17Т, 14Х17Н2.

При повышенном содержании хрома сталь приобретает жаростойкие свойства. Под жаростойкими (окалиностойкими) сталями и сплавами понимают стали и сплавы, обладающие устойчивостью против химического разрушения поверхности в газовых средах при температурах выше 500 0 С и работающие в ненагруженном или слабонагруженном состоянии. Для приобретения жаростойких свойств при рабочей температуре

Читайте также:  Как сделать чтобы кедровые орехи стали мягкими

900 0 С сталь должна содержать не менее 10 % хрома, а при рабочей температуре

1100 0 С – не менее 20 ¸ 25 % хрома. Примеры сталей: 12Х17, 15Х28, 15Х25Т, 14Х17Н2.

Данные стали содержат небольшие добавки титана, никеля, ниобия, молибдена. Титан, ниобий, молибден вводят для измельчения зерна, предотвращения межкристаллитной коррозии, а никель для повышения прочности.

Большим недостатком сталей ферритного класса является то, что возникающая при перегреве (например, при сварке) крупнозернистость не может быть устранена термической обработкой, так как в этих сталях нет фазовых превращений. Крупнозернистость создает повышенную хрупкость стали (порог хладноломкости повышается и переходит в область положительных температур).

Стали аустенитного класса содержат любое количество углерода. Основные легирующие элементы этих сталей – хром, никель, марганец.

Суммарное содержание хрома и никеля около 30 % (Cr + Ni » » 30 %), содержание марганца более 10 % (Mn > 10 %). Легирующие элементы – Ni и Mn, стабилизируют аустенит и позволяют сохранить данную структуру при комнатных температурах (рис. 5).

Стали этого класса в зависимости от природы легирующих элементов и их количества, а также от характера термической обработки могут обладать самыми различными высокоценными свойствами: низким пределом текучести, умеренной прочностью, высокой пластичностью, высокой вязкостью, высоким сопротивлением истиранию, малым коэффициентом теплового расширения, немагнитностью, хорошей коррозионной стойкостью в окислительных средах и другими специальными свойствами.

Представителями аустенитных сталей являются: 12Х18Н9Т, 10Х14Г14Н4Т, 12Х17Г9АН4 (коррозионно-стойкие); 06Х25Н28МДТ (кислотостойкие); 07Х21Г7АН5, 03Х19Г10Н7АМ2 (криогенные стали – работают при низких температурах, до –296 0 С); 12Х25Н16Г7АР, 30Х24Н12СЛ (жаростойкие стали); 110Г13Л, 30Х10Г10 (износостойкие стали); 45Г17Ю3А, 55Г9Н9Х3 (маломагнитные); 4Х12Н8Г8МФБ, 08Х14Н28В3Т3ЮР, 45Х14Н14В2М (жаропрочные – обладают повышенными механическими свойствами при высоких температурах).

Стали мартенситного класса являются среднеуглеродистыми, содержат 0,25 ¸ 0,6 % С. Содержание легирующих элементов свыше 5 % (Cr >10 % или сумма легирующих элементов > 5 %).

Мартенсит – это пересыщенный твердый раствор углерода в a-железе с такой же концентрацией, как и у исходного аустенита. Мартенсит имеет тетрагональную кристаллическую решетку. Типичная микроструктура мартенсита стали имеет характерный игольчатый вид. Аустенит, который существует при нормальной температуре наряду с мартенситом, называется остаточным аустенитом (светлые поля между иглами мартенсита). Микроструктура легированной стали мартенситного класса приведена на рисунке 6.

Стали этого класса характеризуются высокой твердостью, большой хрупкостью и плохой обрабатываемостью. Из них изготавли

вают различный инструмент и другие детали, работающие в активной коррозионной среде.

Примеры сталей мартенситного класса: 40Х10С2М, Х7СМ (жаропрочные (сильхромы)); 40Х13, 30Х13 (коррозионно-стойкие); 25Х2Н4ВА (высокопрочные).

Стали карбидного (ледебуритного) классасодержат более 0,5 % углерода (0,7 ¸ 2,20 % С) и повышенное количество карбидообразующих элементов (V, W, Mo, Cr,). Весь углерод в отожженной стали находится в связанном состоянии в виде специальных карбидов.

Под влиянием легирующих элементов точки S и E диаграммы состояния Fe – Fe3C перемещаются влево, к меньшим содержаниям углерода. Поэтому ледебуритные стали имеют в структуре в литом состоянии эвтектику типа ледебурита, в которой находятся крупные

частицы карбидов (рис. 7, а). Но так как эти стали содержат углерода менее 2,0 % , то могут быть подвергнуты пластической деформации (ковке).

Ковка изменяет строение быстрорежущей стали, так как разбивает эвтектику на отдельные обособленные карбиды. В кованой отожженной стали можно наблюдать три вида карбидов: крупные обособленные первичные карбиды, более мелкие вторичные и очень мелкие эвтектоидные карбиды, входящие в основной сорбитовый фон (рис. 7, в). Количество карбидов в этих сталях достигает 30 ¸ 35 %.

Примером сталей карбидного класса могут быть быстрорежущие стали. Быстрорежущие стали обладают высокой теплостойкостью, износостойкостью, красностойкостью, работают в условиях больших скоростей трения. Высокая твердость у быстрорежущих сталей сохраняется до 500 ¸ 600 0 С.

Из этих сталей изготавливают – резцы, сверла, фрезы, метчики, плашки, развертки, зенкеры, пилы, напильники.

Примеры сталей карбидного класса: Р9, Р18, Р6М5, Р10К5Ф5.

Также к сталям карбидного (ледебуритного) класса можно отнести высокохромистые стали (11,0 ¸ 13,0 % Cr при 1,0 ¸ 2,2 %С), которые нашли широкое применение для холодных штампов и других инструментов, деформирующих металл в холодном или относительно невысоко нагретом состоянии. Эти стали обладают высокой износоустойчивостью, повышенной теплостойкостью, малой деформируемостью при термической обработке. Примеры: Х12, Х12ВМ.

Источник

Поделиться с друзьями
Металл и камни