Химико-термическая обработка сталей.

Химико-термическая обработка (ХТО) - сочетание химического и термического воздействия с целью изменения состава, структуры и свойств поверхностного слоя детали в необходимом направлении. При этом происходит поверхностное насыщение металлического материала соответствующим элементом (С, N, В, Al, Cr, Si, Ti и др.) путем его диффузии в атомарном состоянии из внешней среды (твердой, газовой, паровой, жидкой) при высокой температуре.

Стадии

выделения диффундирующего элемента в атомарном состоянии благодаря реакциям, протекающим во внешней среде;

контактирования атомов диффундирующего элемента с поверхностью стального изделия и проникновение (растворение) их в решетку железа (адсорбция);

 диффузии атомов насыщающего элемента в глубь металла.

Легированные стали

Перейти к поиску

Легированная сталь — сталь, которая, кроме обычных примесей, содержит элементы, специально вводимые в определённых количествах для обеспечения требуемых физических или механических свойств. Эти элементы называются легирующими.

Легирующие добавки повышают прочность, коррозийную стойкость стали, снижают опасность хрупкого разрушения.

Легированную сталь по степени легирования разделяют на:

· низколегированную (легирующих элементов до 2,5 %),

· среднелегированную (от 2,5 до 10 %)

· высоколегированную (от 10 до 50 %)

в легированных сталях содержатся специально вводимые в различных количествах легирующие элементы. Легирующие элементы в стали обозначают русскими буквами: марганец- Г; кремний - С; хром - Х; никель - Н; вольфрам - В; ванадий- Ф; титан - Т; молибден - М; кобальт- К; алюминий - Ю; медь - Д; бор - Р; ниобий - Б; цирконий - Ц; фосфор - П; азот- А, если буква А находится в середине марки (если а в конце, то это значит что она чистая по сере и форсфору).

Цифры после буквы указывают примерное содержание данного легирующего элемента, округленное до целого числа процентов. Если после буквы цифра не поставлена, То это означает, что среднее содержание легирующего элемента меньше или около 1 %.

в конструкционных легированных сталях две цифры в начале марки указывают среднее содержание углерода в сотых долях процента. Так, сталь состава 0,36-0,44%С и 0,8-1,1%Cr маркируют 40Х; сталь состава 0,27-0,34%С; 2,3-2,7%Cr; 0,2-0,3%Мо; 0,06-0,12% v маркируют 30Х3МФ. Буква А в конце марки означает, что сталь высококачественная (например, 30ХГСA, 12ХН3A). Буква Ш в конце марки, поставленная через дефис, указывает, что сталь относится к категории особовысококачественных (например, 30ХГС-Ш), Сталь, не содержащая в конце марки букв А или Ш, относится к категории качественных.

в инструментальных легированных сталях одна цифра в начале марки указывает содержание углерода в десятых долях процента. Например, инструментальную сталь состава 0,60-0,75 % С и 3,2-3,8 % Cr маркируют 7Х3. При содержании углерода 1% или более цифру, указывающую содержание углерода в марке, опускают, например, стали: хвг (0,95-1,05 %С; 0,90-1,20% Cr; 1,20-1,60 % W; 0,80-1,10% Мn), В2Ф (1,05-1,22 % С; 1,2-1,6%W; 0,20-0,28% V), X12M (1,45-1,65%С; 11,0-12,5%Cr; 0,40-0,60%Мо).

Bыcoколeгиpoванные стали сложного состава иногда обозначают упрощенно по порядковому номеру разработки и освоения стали на металлургическом заводе.

Легирующие элементы вводят в сталь для повышения ее конструкционной прочности. Основной структурной составляющей в конструкционной стали является феррит, занимающий в структуре не менее 90% по объему. Растворяясь в феррите, легирующие элементы упрочняют его. Твердость феррита (в состоянии после нормализации) наиболее сильно повышают кремний, марганец и никель. Молибден, вольфрам и хром влияют слабее. Большинство легирующих элементов, упрочняя феррит и мало влияя на пластичность, снижают его ударную вязкость (за исключением никеля). Главное назначение легирования: повышение прочности стали без применения термической обработки путем упрочнения феррита, растворением в нем легирующих элементов; повышение твердости, прочности и ударной вязкости в результате увеличения устойчивости аустенит и тем самым увеличения прокаливаемости; придание стали специальных свойств, из которых для сталей, идущих на изготовление котлов, турбин и вспомогательного оборудования., особое значение имеют жаропрочность и коррозионная стойкость. Легирующие элементы могут растворяться в феррите или аустените, образовывать карбиды, давать интерметаллические соединения, располагаться в виде включений, не взаимодействуя с ферритом и аустенитом., а также с углеродом. В зависимости от этого, как взаимодействует легирующий элемент с железом или углеродом, он по-разному влияет на свойства стали. В феррите в большей или меньшей степени растворяются все элементы. Растворение легирующих элементов в феррите приводит к упрочнению стали без термической обработки. При этом твердость и предел прочности возрастают, а ударная вязкость обычно снижается. Все элементы, растворяющиеся в железе, изменяют устойчивость феррита и аустенита. Критические точки легированных сталей смещаются в зависимости от того, какие легирующие элементы и в каких количествах присутствуют в ней. Поэтому при выборе температур под закалку, нормализацию и отжиг или отпуск необходимо учитывать смещение критических точек.