Легирующие элементы и их влияние на свойства стали

Хром (Х) — наиболее дешевый и распространенный элемент. Он повышает твердость и прочность, незначительно уменьшая пластичность, увеличивает коррозионную стойкость; содержание больших количеств хрома делает сталь нержавеющей и обеспечивает устойчивость магнитных сил.

Никель (Н) — сообщает стали коррозионную стойкость, высокую прочность и пластичность,
увеличивает прокаливаемость, оказывает влияние на изменение коэффициента теплового расширения. Никель – дорогой металл, его стараются заменить более дешевым.

Вольфрам (В) — образует в стали очень твердые химические соединения – карбиды, резко увеличивающие твердость и красностойкость. Вольфрам препятствует росту зерен при нагреве, способствует устранению хрупкости при отпуске. Это дорогой и дефицитный металл.

Ванадий (Ф) — повышает твердость и прочность, измельчает зерно. Увеличивает плотность стали, так как является хорошим раскислителем, он дорог и дефицитен.

Кремний (С)- в количестве свыше 1% оказывает особое влияние на свойства стали: содержание 1-1,5% Si увеличивает прочность, при этом вязкость сохраняется. При большем содержании кремния увеличивается электросопротивление и магнитопроницаемость. Кремний увеличивает также упругость, кислостойкость, окалиностойкость.

Марганец (Г) — при содержании свыше 1% увеличивает твердость, износоустойчивость, стойкость против ударных нагрузок, не уменьшая пластичности.

Кобальт (К) — повышает жаропрочность, магнитные свойства, увеличивает сопротивление удару.

Молибден (М) — увеличивает красностойкость, упругость, предел прочности на растяжение, антикоррозионные свойства и сопротивление окислению при высоких температурах

 

Титан (Т) — повышает прочность и плотность стали, способствует измельчению зерна, является хорошим раскислителем, улучшает обрабатываемость и сопротивление коррозии.

Ниобий (Б) — улучшает кислостойкость и способствует уменьшению коррозии в сварных конструкциях.

Алюминий (Ю) — повышает жаростойкость и окалиностойкость.

Медь (Д) — увеличивает антикоррозионные свойства, она вводится главным образом в строительную сталь.

Церий — повышает прочность и особенно пластичность.

Цирконий (Ц) — оказывает особое влияние на величину и рост зерна в стали, измельчает зерно и позволяет получать сталь с заранее заданной зернистостью.

Лантан, цезий, неодим — уменьшают пористость, способствуют уменьшению содержания серы в стали, улучшают качество поверхности, измельчают зерно.

 

 

40. Сплавы на основе никеля: структура, свойства, применение. Роль легирующих элементов в обеспечении жаропрочности никелевых сплавов. Примеры.

41.Тугоплавкие металлы (ниобий, тантал, молибден, вольфрам) и сплавы на их основе. Основные достоинства и недостатки. Применение. Примеры.

Достоинства:

1. Высокие рабочие температуры (> 1100°С);

2. Высокая жаропрочность, обусловленная большой прочностью межатомных связей;

3. Малая склонность к испарению в глубоком вакууме;

4. Низкие коэффициенты теплового расширения;

5. Ниобий и молибден имеют умеренное сечение поглощения тепловых нейтронов.

Недостатки:

1. Низкая жаростойкость;

2. Трудности в обработке вследствие большого сопротивления пластическому деформированию, низкой технологической пластичности и опасности загрязнения примесями внедрения. Нагрев и обработка заготовок – в защитных средах или в вакууме;

3. Хладноломкость. Температура порога хладноломкости существенно зависит от чистоты металла/сплава. Так, для молибдена технической чистоты (~ 0,02% О2) Tхлад ~ 300°С, при повышенной чистоте (< 0,0001% О2) Tхлад = -196°С;

4. Трудности при соединении металлов из-за повышенной химической активности

при нагревании (пайка, сварка);

5. Высокая плотность.

Применение:

1. Теплонапряженные элементы конструкций планеров скоростных ЛА и их двигательных установок;

2. Теплозащитные экраны;

3. Отражатели и замедлители тепловых нейтронов в атомной технике;

4. Элементы конструкции вакуумной техники, в том числе, вакуумного термического оборудования;

5. Нагревательные элементы.