В чём цель легирования стали и как оно влияет на характеристики материала

Добавление небольшого количества расплава или шихты способствует значительному изменению физико-химических свойств конечного продукта. Процесс называют легированием, а сталь в результате приобретает необходимую структуру. Характеристики материала зависят от типа добавляемых элементов.

Что такое легированная сталь

Легирование – это процесс, который позволяет менять характеристики металла. Сталь становится крепче, либо податливее определённым видам обработки. Или она приобретает необходимую устойчивость к внешней среде (щёлочь, кислота, вода, соль и так далее). Влияние легирования на свойства стали обусловлено добавлением сторонних элементов: никель, кобальт, титан, хром и так далее.

Процедуру проводят несколькими методами:

Объёмный. Вещество проникает вглубь металлической структуры путём добавления шихты или расплава.
Поверхностный. В верхнюю часть стали вводят легирующие вещества, глубиной от 1 мм до 2 мм.

Легирование открыли в 1882 году. Уже в то время специалисты заметили, что с добавлением сторонних элементов уменьшается порог обработки. То есть с материалом сложнее работать. Сегодня хорошо изучены дополнительные свойства легирования, составлены ГОСТы по различным металлообрабатывающим методам. Это даёт возможность использовать легированную сталь во многих отраслях.

Виды и классификация

Цель легирования сталей – создание устойчивого к воздействиям окружающей среды сплава и улучшения порога прочности и пластичности. В результате появляются характеристики, которые подходят для решения конкретных задач.

Металл по легированности можно поделить на три главных сорта:

Название	Процент добавки легирующих веществ	Описание
Низколегированная	≈2,5%	Повышается ковкость и другие характеристики, которые необходимы для металлообработки
Среднелегированная	От 2,5% до 10%.	Наиболее востребованный и распространённый материал в металлопрокате. Из него выплавляют свёрла, протяжки, развёртки
Высоколегированная	От 10% до 50%.	Это самый дорогостоящий металл и наиболее прочный. У него самый высокий показатель устойчивости к холоду, высоким температурам, коррозии

Легированные стали применяют в современном промышленном секторе. Это даёт возможность использовать материал для производства инструмента, запчастей и деталей из листового металла.

Основные варианты стали:

Конструкционная. Применяют для изготовления разнообразных изделий в промышленных и строительных областях. Металл отличается высокой прочностью и может выдерживать высокие нагрузки. Подходит для производства двигателей и автозапчастей.
Инструментальная. Жаропрочный вид, который используют для изготовления ручного и станочного инструмента.
Специальная. Данный тип имеет специфические химические и термические показатели. Материал устойчив к коррозии, высоким температурам, промышленным выбросам.

Чтобы понять, как влияют легирующие элементы на свойства стали, можно рассмотреть их характеристики. Данный вид сплава считают самыми прочными и стойкими к образованию ржавчины. Независимо от вида, около 80% промышленности используют именно легированную сталь. Однако, подобрать универсальный вариант практически невозможно.

Для каждого изделия существует свой тип сплава:

Жаропрочные. Такой материал обладает температурным режимом до 1000°С.
Устойчивые к коррозии. Применяют в прибрежных зонах, возле водоёмов или на предприятиях, которые используют для работы воду (например, завод по производству газированных напитков). Данный вид сплава противостоит воздействию влаги.
Жароустойчивые и окалиностойкие. Свойства отмечены невосприимчивостью к окислению.

Основные легирующие элементы

Некоторые добавки могут быть основными при формировании сплава. Всё зависит от вида элемента, его количества и методики производства.

Ниже приведена таблица влияния легирующих элементов на металл:

Химический элемент	Влияние на свойства
Хром	Улучшает защиту от ржавчины, увеличивает твёрдость и ударостойкость
Никель	Повышает прочность и гибкость, снижает хрупкость. Особенно это важно при обработке под давлением, например при гибке
Титан	Уменьшает зернистость, формирует более однородную структуру сплава. Элемент снижает вероятность образования трещин и расколов во время выплавки. Повышается стойкость к ржавчине
Ванадий	Снижает степень зернистости, повышает предел текучести и прочности при разрыве
Молибден	Внедрение данного компонента даёт возможность эффективнее проводить закалку. Элемент снижает хрупкость, повышает устойчивость к ржавчине
Вольфрам	Повышает твёрдость. Не влияет на увеличение зернистости и снижает степень ломкости
Кремний	Повышает износостойкость, сохраняет выносливость, увеличивает магнитную проницаемость и устойчивость к электрическому воздействию. Только металл становится хрупким
Кобальт	Защита от быстрого разрушения при высоких температурах. Увеличивает ударопрочность
Алюминий	При большой температуре не происходит быстрого окисления.

Внимание! В металлопрокате есть вещества, которые остаются внутри сплава. После обработки их невозможно убрать в 100% объёме.

Маркировка легированных сталей

Это нормативный документ, который применяют для обозначения каждого подвида металла. Маркировка материала во многом зависит от конечной цели при формировании сплава. В настоящее время существует много требований, относительно обозначения состава. Однако в России для легированной стали принято использовать ГОСТ 4543-71. Данный вид документации позволяет добавлять новые сплавы, которые появляются в производстве.

Маркировка состоит из сочетания букв и цифр. Каждый легирующий элемент обозначается буквой: А – азот, Б – ниобий, В – вольфрам, Г – марганец, Д – медь, Е – селен, К – кобальт, Н – никель, М – молибден, П – фосфор, Р – бор, С – кремний, Т – титан, Ф – ванадий, Х – хром, Ц – цирконий, Ю – алюминий.

Начальные цифры указывают на среднее содержание углерода в сотых долях процента (для конструкционных сталей). Если число следует за буквой – это количество легирующей примеси. Когда содержание не превышает 1%, цифру не указывают. В инструментальных сталях содержание углерода наоборот, отмечают в десятых долях процента.

Также некоторые подвиды сплавов содержат дополнительную аббревиатуру. Например, подшипниковые аналоги содержат букву «Ш». Для хромоникелевой стали используют обозначение «Я». Более подробную информацию стоит изучать из официальной документации ГОСТ 4543-71.

Область применения

Пример различного металлопроката произведённого в том числе с легированием

Легированные стали – это широко востребованный материал. Его используют в медицине, машиностроении, приборостроении, строительстве и так далее.

Из стали можно изготовить следующие виды товара:

инструменты для медицинской сферы;
лезвия;
детали, требующие больших нагрузок;
оснастки для станков металлообработки;
корпуса;
посуда из нержавеющей стали;
детали для автомобилей.

Заключение

Легирующие элементы влияют на характеристики стали. Материал в результате становится прочным, твёрдым и способным противостоять деформации. Однако, ряд химических примесей, которые содержатся в таком сплаве, являются вредными. По этой причине их содержание стараются минимизировать.