Легированный металл: Легированная сталь — что это такое и какие бывают марки

Легированная сталь: особенности, классификация и характеристики — Метинвест

• Легорованные стали: определение и классификация
• Легирующие добавки
• Общая классификация легированных сталей
• Характеристика легированных сталей
• Маркировка легированных сплавов и основные марки
• Марки, наиболее востребованные в инжиниринге
• Использование легированных сталей

В век перепроизводства разве что младенец не знает, что существует легированная сталь. Но часто происходит подмена понятий и многие обыватели считают, что единственным достоинством такого материала является его высокая антикоррозионная стойкость. На самом деле, кроме нержавейки, существует колоссальное количество сплавов, содержащих легирующие  добавки и имеющих различные механические и эксплуатационные характеристики. Ну а теперь все по порядку.

Легированные стали: определение и классификация

Легированные сплавы имеют сложный состав на основе железа и углерода и содержат различные химические элементы, которые влияют на структурные преобразования  металлов на молекулярном уровне.

Процентное содержание таких добавок и организация процесса раскисления, легирования и модификации сталей определяют их физико-химические свойства.

Интересный факт. Началом массового производства немагнитных сплавов считается выплавка стали англичанином Робертом Гадфильдом в конце XIX века. Конечно, человечество и раньше знало, что такое легированная сталь, но организовать потоковое производство и оценить все преимущества ее применения люди смогли только в эпоху глобальной индустриализации и, к сожалению, с появлением новых военных технологий. Благодаря высокому сопротивлению износу и ударным нагрузкам сталь Гадфильда вплоть до середины

XX века становится наиболее используемым сплавом для производства железнодорожных крестовин, танковых траков, пехотных шлемов и даже тюремных решеток. Она и сейчас применяется при изготовлении зубьев ковшей экскаваторов и других элементов техники, подвергаемых ударным и истирающим нагрузкам во время их эксплуатации.

Отличия от углеродистых сталей

Любая сталь содержит железо и углерод. Причем содержание последнего может составлять 0,02 – 2,14% и напрямую определяет его свойства и марку. Он повышает твердость и прочность, но при увеличении концентрации снижает пластичность. Увеличивает режущую способность, электрическое сопротивление и коэрцитивную силу. Снижает температуру плавления и плотность.

Обыкновенные углеродистые стали, также как и легированные, могут содержать кремний, марганец, медь, серу, хром, фосфор, водород, азот и алюминий, только их количество значительно ниже. При этом Si и Mn вводятся для улучшения прочностных показателей и физико-химических свойств. Другие вещества попадают в расплавленную сталь из шихты или печных газов и соответственно считаются примесями. Некоторые их них (например, сера и фосфор) являются постоянными вредными примесями. При плавке легированных сталей их  свойства формируются счет целенаправленного введения модифицирущих элементов.  

Легирующие добавки

Наиболее распространенными элементами, использующимися для улучшения физических, химических и механических свойств стали являются: хром, марганец, никель, кремний, вольфрам, молибден, ванадий, титан, медь, кобальт, алюминий, бор, ниобий, цирконий и другие. Но, несмотря на такой обширный список, все же наиболее используемыми являются лишь несколько из вышеперечисленных элементов.

 Легирущие добавки

Элемент	Химическое обозначение	Обозначение в маркировке СНГ	Типичное содержание, %	Особенности применения
Марганец	Mn	Г	0,8 – 13	Аустенитобразующее вещество, улучшает прокаливаемость и увеличивает порог жидкотекучести металла. Повышает сопротивление истиранию и ударным нагрузкам.
Кремний	Si	С	0,5 – 14,0	Ферритообразующий компонент. Не влияет на вязкостные свойства, при этом повышает предел прочности и текучести, магнитную проницаемость и электропроводимость. Улучшает пластичность, кислотостойкость и прочностные показатели.
Алюминий	Al	Ю	0,02 – 0,07	Минимизирует процессы старения. Повышает пластичность. Связывает кислород
Фосфор	P	П	0,05 – 0,35	Улучшает антикоррозионные свойства и обрабатываемость. В количестве более 0,03% провоцирует хладноломкость.
Хром	Cr	Х	0,3 – 30	Ферритообразующий компонент. Широко используется как самостоятельный легирующий агент, так и в комплексе с другими веществами. Его введение способствует расширению температурного интервала затвердевания, увеличивает прочность и твердость без изменения показателей пластичности. Содержание 1% улучшает механические свойства. С повышением концентрации хрома до 5% увеличивается теплостойкость, а кислотостойкие и жаропрочные сплавы уже содержат более высокий процент хрома, который может достигать 28%.
Никель	Ni	Н	0,3 – 25	Аустенитообразующий компонент. Улучшает ударную вязкость и термоокислительную стабильность. Повышает прокаливаемость и окалиностойкость.
Молибден	Mo	М	0,2 – 6,5	Значительно повышает показатели твердости, прочности и прокаливаемости. В наибольшей концентрации содержится в жаропрочных и быстрорежущих сталях, а в конструкционных марках его количество обычно не превышает 0,4%.
Вольфрам	W	В	1,0 – 18,0	Карбидообразующая присадка, повышающая пределы прочности и твердости. Вводится в быстрорежущие инструментальные сплавы до 18% и оптимизирует термопрочность и сопротивление ударным нагрузкам.
Ванадий	V	Ф	0,09 – 2,0	Карбидообразующий агент, который увеличивает прочность и повышает вязкость. Ванадийсодержащие сплавы демонстрируют отличную ударную стойкость и инертность к напряжениям, но очень дорого стоят.
Титан	Ti	Т	0,03 – 0,15	Связывая углерод в прочные карбиды, измельчает зерна аустенита и снижает склонность к межкристаллической коррозии. Повышает кислотоустойчивость и, наряду с другими карбидообразующими, способствует самозакалке стали.
Ниобий	Nb	Б	0,01 – 1,5	Сильный карбидообразующий элемент. В нержавеющие сплавы вводится для минимизации межкристаллической коррозии, в марганцовистую – для снижения отпускной хрупкости.
Медь	Cu	Д	0,03 – 4,0	Ее присадка увеличивает предел текучести, пластичность, сопротивляемость коррозионным процессам. В судостроении позволяет эффективно решить проблему обрастания подводной части корпуса водорослями и ракушками.
Бор	B	Р	0,0008 – 0,005	Увеличивает прокаливаемость. Является лучшей альтернативой для замены дорогостоящего молибдена и никеля.
Кобальт	Co	К	5,0 – 30,0	Используется для жаростойких и быстрорежущих марок. Его присадка позволяет режущей плоскости сохранять свои свойства даже при температурах красного каления и защищает конструктивные части теплогенерирующих элементов от окисления при воздействии агрессивных сред и критических температур.
Редко-земельные металлы (РЗМ)	Ce, La и др.	Ч	0,02 – 0,05	Одновременно выступают дегазаторами и десульфураторами. В значительной мере оптимизирующее влияют на обрабатываемость и физико-механические свойства. Улучшают жидкотекучесть, свариваемость и ковкость.
Сера	S	—	0,03 – 0,3	Несмотря на то, что наличие серы активизирует процессы ржавления и охручивания стали, она используется в автоматных марках для облегчения станочной обработки.

На заметку. Даже в составе технически чистого железа обязательно присутствуют около 20 химических примесей. Но их суммарное  количество не превышает 0,25 процента.

Общая классификация легированных сталей

Она основывается на том, в каком количестве добавка введена в состав сплава, и определяет основные группы, исходя из химической структуры, целевого назначения и уникальных свойств. Таким образом, различают следующие категории.

Классификация стальных сплавов по процентному содержанию всех легирующих компонентов:

• не более 2,5 % — низколегированные;
• в интервале от 2,5 до 10,0% – среднелегированные;
• более 10% — высоколегированные.

Классификация легированных сталей по назначению:

• конструкционные. Используются для изготовления металлоконструкций, деталей машин, агрегатов и механизмов;
• инструментальные. Применяются при изготовлении высококачественного мерительного и режущего инструмента и ударо-штамповочной оснастки;
• с особыми свойствами (жаростойкие, нержавеющие и прочие).

В своей профессиональной деятельности металлурги и инженеры часто прибегают к более широкой номенклатуре. Например, профессионалами используется классификация таких сплавов по их микроструктуре в нормализованном состоянии (перлитные, аустенитные, карбидные и мартенситные) или в равновесном  состоянии (доэвтектоидные, эвтектоидные, заэвтектоидные).

Характеристика легированных сталей

Фазовые превращения в твердых растворах железа определяются общими законами взаимной растворимости и межатомных взаимодействий всех элементов, включая углерод и легирующие добавки. Поэтому легированная сталь имеет одновременно схожие и уникальные характеристики:

• химические: жаростойкость, кислотостойкость, коррозионная стойкость;
• физические: тепловые, магнитные, электрические;
• специальные: износостойкость, сопротивляемость ползучести.

Среди преимуществ и достоинств, которыми обладает данный металлопрокат, следует выделить повышенное сопротивление хладостойкости, ударным и пластическим деформациям, улучшенная прокаливаемость, повышенная вязкость. При этом для большинства сплавов, содержащих разное количество легирующих присадок, характерно:

• наличие остаточного аустенита после закалки;
• склонность к образованию флокенов;
• механическая прочность;
• тугоплавкость.

На заметку. В зависимости от химической природы вводимых элементов легированная сталь изменяет свойства жидкотекучести и поверхностного натяжения. А также снижает температуру плавления следующим образом:

Элемент	Снижение T для 1% элемента в жидком р/р, ˚С	Элемент	Снижение T для 1% элемента в жидком р/р, ˚С	Элемент	Снижение T для 1% элемента в жидком р/р, ˚С
Углерод	90	Кремний	6	Никель	2,9
Сера	40	Фосфор	28	Титан	17
Марганец	1,7	Медь	2,6	Бор	100
Хром	1,8	Молибден	1,5	Вольфрам	1
Алюминий	5	Ванадий	1,3	Кобальт	1,5

Данные таблицы показывают, что по сравнению с малоуглеродистым нелегированным сплавом у высоколегированной марки, содержащей  около 50% присадок, температура ликвидуса ниже почти на 100˚С.

Маркировка легированных сплавов и основные марки

В мировой практике используется несколько документов, регламентирующих маркировку легированных сталей. Но в любом случае они все предполагают использование буквенно-цифровых обозначений.

Стандарты стран СНГ

При обозначении легированной конструкционной стали процентная величина массовой доли углерода маркируется первыми двумя цифрами без использования буквенного обозначения. Далее в порядке уменьшения указываются легирующие компоненты и их доля в сплаве в среднем эквиваленте. Буквенные обозначения химических элементов указаны в таблице 1. Легирующие присадки, количество которых менее 1,0% указываются только в расшифрованной номенклатуре, так как обозначение тогда бы приняло очень громоздкий вид.   

Учитывая обширный сортамент, марка стали может также включать дополнительные символы в номенклатуре. Так как обозначение тогда бы приняло очень громоздкий вид, символы, более расширенно описывающие свойства или особенности: А – автоматные, Е – магнитные, Ж – нержавеющие, Р – режущие, Х – хромистые, Ш – шарикоподшипниковые, Э — электротехнические, Я – хромоникелевые. Также маркировка может предполагать исключения от общих правил обозначения. Так в зависимости от химического состава конструкционные сплавы разделяют на качественные и высококачественные. Например, в конце маркировки буква «А» указывает, что сплав является особо чистым в части содержания фосфора и серы, а буква «Ш» относит их к высококачественным.

Маркировка легированных сталей для речного и морского судостроения часто осуществляется в соответствии с ГОСТ 5521-86 и требованиями Международной ассоциации классификационных обществ. Это означает, что такие сплавы классифицируют на категории A, B, D и Е с учетом предела текучести, показателям прочности, хрупкости и сопротивления ударным нагрузкам.

Европейские стандарты

EN 10027 определяет порядок обозначения всех сталей. Легированные сплавы имеют маркировку 1.20ХХ – 1.89ХХ, где первая цифра определяет, что данный материал относится к сталям, вторая и третья цифра определяют номер группы сталей и две последние — порядковый номер сплава в этой группе. Например, категория инструментальных сталей идентифицируется как 1.20ХХ – 1.28ХХ, а нержавеющих как 1.40ХХ – 1.45ХХ.

Североамериканские стандарты ASTM/ASME и AISI

В США действует наиболее обширная система маркировки сталей. Например, маркировка ASTM предполагает обозначение основных химических элементов, предел прочности и форму проката. В системе AISI используют 4 цифры, где первые две указывают номер группы, две последующие – процентное количество углерода. Буквенные символы  демонстрируют наличие соответствующих присадок.

Марки, наиболее востребованные в инжиниринге

• 09Г2С – низколегированная сталь, сочетающая механическую прочность, хорошую обрабатываемость и доступную стоимость;
• 40Х и ее аналог AISI 5135 – основной конструкционный материал для изготовления деталей и оборудования промышленного сектора и трубопроводной арматуры;
• 10Г2С1 – кремнемарганцевая марка, демонстрирующая хладостойкость, неплохую свариваемость и повышенную коррозионную стойкость, благодаря чему востребована при сооружении мостов, газопроводов и объектов повышенной надежности;
• 10Х11Н23Т3МР – жаропрочный сплав аустенитного класса, использующийся для производства пружин, деталей крепежа, работающих  при температурах до 700 ºС.  

Использование легированных сталей

Сегодня практически невозможно перечислить все сферы, где применяется легированная сталь. Это тракторостроение и машиностроение, химико-технологический и промышленно-производственный комплекс, нефтегазодобывающая отрасль и сельское хозяйство. Например:

• из хромосодержащих сплавов изготавливают детали для оборудования, эксплуатируемого в условия прямого или вероятного контакта с агрессивными средами: плунжеры и шлицы, валы и зубчатые колеса, поршневые пальцы и карданные крестовины;
• низколегированные конструкционные сплавы чаще всего востребованы в строительстве, массово используются при сооружении каркасных металлоконструкций и для изготовления труб, сортового и фасонного металлопроката. Несмотря на обширный сортамент, легированная сталь марки 09Г2С является наиболее популярной в этой сфере;
• инструментальный сплав – универсальный материал для клейм, пресс-форм, эталонных калибров и штампов, ручного инструиента. А из ледебуритных марок изготавливаются быстрорежущий инструмент и шарошечные долота.

Также не стоит забывать, что физические особенности легированных сплавов проявляются в термообработанном состоянии. Именно поэтому их широко используют для термонапрягаемых деталей, высокоскоростных и тяжелонагруженных пар трения.

В связи с интенсивным развитием современных технических отраслей, легированная сталь находит применение в гражданской и военной авиации, в турбостроении и в альтернативной электроэнергетике. Так же можно купить металл в Украине, а именно легированную сталь для изготовления мультикоптеров и беспилотников, ядерных реакторов, ракетно-космических систем. В то же время стремительное расширение сферы применения легированных сталей обуславливает ужесточение требований к их качеству и мотивирует к разработке новых сплавов.

Узнать больше о легированных марках стали и специальных сплавах можно в нашем справочнике, который регулярно пополняется новой информацией. Здесь можно ознакомиться с химическим составом сплавов, физико-механическими свойствами, аналогами и сферами применения сталей.

Мы рады, что вы заинтересовались информацией из нашего блога. И даем согласие на использование материалов для учебных целей или для личного пользования. Однако предупреждаем, что копирование информации для публичного распространения – это нарушения авторского права и других прав интеллектуальной собственности, согласно Бернской конвенции и Закона Украины об авторском праве №3792-XII.

 

Легированная сталь: особенности, классификация и характеристики — Метинвест

• Легорованные стали: определение и классификация
• Легирующие добавки
• Общая классификация легированных сталей
• Характеристика легированных сталей
• Маркировка легированных сплавов и основные марки
• Марки, наиболее востребованные в инжиниринге
• Использование легированных сталей

В век перепроизводства разве что младенец не знает, что существует легированная сталь. Но часто происходит подмена понятий и многие обыватели считают, что единственным достоинством такого материала является его высокая антикоррозионная стойкость. На самом деле, кроме нержавейки, существует колоссальное количество сплавов, содержащих легирующие  добавки и имеющих различные механические и эксплуатационные характеристики. Ну а теперь все по порядку.

Легированные стали: определение и классификация

Легированные сплавы имеют сложный состав на основе железа и углерода и содержат различные химические элементы, которые влияют на структурные преобразования  металлов на молекулярном уровне. Процентное содержание таких добавок и организация процесса раскисления, легирования и модификации сталей определяют их физико-химические свойства.

Интересный факт. Началом массового производства немагнитных сплавов считается выплавка стали англичанином Робертом Гадфильдом в конце XIX века. Конечно, человечество и раньше знало, что такое легированная сталь, но организовать потоковое производство и оценить все преимущества ее применения люди смогли только в эпоху глобальной индустриализации и, к сожалению, с появлением новых военных технологий. Благодаря высокому сопротивлению износу и ударным нагрузкам сталь Гадфильда вплоть до середины XX века становится наиболее используемым сплавом для производства железнодорожных крестовин, танковых траков, пехотных шлемов и даже тюремных решеток. Она и сейчас применяется при изготовлении зубьев ковшей экскаваторов и других элементов техники, подвергаемых ударным и истирающим нагрузкам во время их эксплуатации.

Отличия от углеродистых сталей

Любая сталь содержит железо и углерод. Причем содержание последнего может составлять 0,02 – 2,14% и напрямую определяет его свойства и марку. Он повышает твердость и прочность, но при увеличении концентрации снижает пластичность. Увеличивает режущую способность, электрическое сопротивление и коэрцитивную силу. Снижает температуру плавления и плотность.

Обыкновенные углеродистые стали, также как и легированные, могут содержать кремний, марганец, медь, серу, хром, фосфор, водород, азот и алюминий, только их количество значительно ниже. При этом Si и Mn вводятся для улучшения прочностных показателей и физико-химических свойств. Другие вещества попадают в расплавленную сталь из шихты или печных газов и соответственно считаются примесями. Некоторые их них (например, сера и фосфор) являются постоянными вредными примесями. При плавке легированных сталей их  свойства формируются счет целенаправленного введения модифицирущих элементов. 

Легирующие добавки

Наиболее распространенными элементами, использующимися для улучшения физических, химических и механических свойств стали являются: хром, марганец, никель, кремний, вольфрам, молибден, ванадий, титан, медь, кобальт, алюминий, бор, ниобий, цирконий и другие. Но, несмотря на такой обширный список, все же наиболее используемыми являются лишь несколько из вышеперечисленных элементов.

 Легирущие добавки

Элемент	Химическое обозначение	Обозначение в маркировке СНГ	Типичное содержание, %	Особенности применения
Марганец	Mn	Г	0,8 – 13	Аустенитобразующее вещество, улучшает прокаливаемость и увеличивает порог жидкотекучести металла. Повышает сопротивление истиранию и ударным нагрузкам.
Кремний	Si	С	0,5 – 14,0	Ферритообразующий компонент. Не влияет на вязкостные свойства, при этом повышает предел прочности и текучести, магнитную проницаемость и электропроводимость. Улучшает пластичность, кислотостойкость и прочностные показатели.
Алюминий	Al	Ю	0,02 – 0,07	Минимизирует процессы старения. Повышает пластичность. Связывает кислород
Фосфор	P	П	0,05 – 0,35	Улучшает антикоррозионные свойства и обрабатываемость. В количестве более 0,03% провоцирует хладноломкость.
Хром	Cr	Х	0,3 – 30	Ферритообразующий компонент. Широко используется как самостоятельный легирующий агент, так и в комплексе с другими веществами. Его введение способствует расширению температурного интервала затвердевания, увеличивает прочность и твердость без изменения показателей пластичности. Содержание 1% улучшает механические свойства. С повышением концентрации хрома до 5% увеличивается теплостойкость, а кислотостойкие и жаропрочные сплавы уже содержат более высокий процент хрома, который может достигать 28%.
Никель	Ni	Н	0,3 – 25	Аустенитообразующий компонент. Улучшает ударную вязкость и термоокислительную стабильность. Повышает прокаливаемость и окалиностойкость.
Молибден	Mo	М	0,2 – 6,5	Значительно повышает показатели твердости, прочности и прокаливаемости. В наибольшей концентрации содержится в жаропрочных и быстрорежущих сталях, а в конструкционных марках его количество обычно не превышает 0,4%.
Вольфрам	W	В	1,0 – 18,0	Карбидообразующая присадка, повышающая пределы прочности и твердости. Вводится в быстрорежущие инструментальные сплавы до 18% и оптимизирует термопрочность и сопротивление ударным нагрузкам.
Ванадий	V	Ф	0,09 – 2,0	Карбидообразующий агент, который увеличивает прочность и повышает вязкость. Ванадийсодержащие сплавы демонстрируют отличную ударную стойкость и инертность к напряжениям, но очень дорого стоят.
Титан	Ti	Т	0,03 – 0,15	Связывая углерод в прочные карбиды, измельчает зерна аустенита и снижает склонность к межкристаллической коррозии. Повышает кислотоустойчивость и, наряду с другими карбидообразующими, способствует самозакалке стали.
Ниобий	Nb	Б	0,01 – 1,5	Сильный карбидообразующий элемент. В нержавеющие сплавы вводится для минимизации межкристаллической коррозии, в марганцовистую – для снижения отпускной хрупкости.
Медь	Cu	Д	0,03 – 4,0	Ее присадка увеличивает предел текучести, пластичность, сопротивляемость коррозионным процессам. В судостроении позволяет эффективно решить проблему обрастания подводной части корпуса водорослями и ракушками.
Бор	B	Р	0,0008 – 0,005	Увеличивает прокаливаемость. Является лучшей альтернативой для замены дорогостоящего молибдена и никеля.
Кобальт	Co	К	5,0 – 30,0	Используется для жаростойких и быстрорежущих марок. Его присадка позволяет режущей плоскости сохранять свои свойства даже при температурах красного каления и защищает конструктивные части теплогенерирующих элементов от окисления при воздействии агрессивных сред и критических температур.
Редко-земельные металлы (РЗМ)	Ce, La и др.	Ч	0,02 – 0,05	Одновременно выступают дегазаторами и десульфураторами. В значительной мере оптимизирующее влияют на обрабатываемость и физико-механические свойства. Улучшают жидкотекучесть, свариваемость и ковкость.
Сера	S	—	0,03 – 0,3	Несмотря на то, что наличие серы активизирует процессы ржавления и охручивания стали, она используется в автоматных марках для облегчения станочной обработки.

На заметку. Даже в составе технически чистого железа обязательно присутствуют около 20 химических примесей. Но их суммарное  количество не превышает 0,25 процента.

Общая классификация легированных сталей

Она основывается на том, в каком количестве добавка введена в состав сплава, и определяет основные группы, исходя из химической структуры, целевого назначения и уникальных свойств. Таким образом, различают следующие категории.

Классификация стальных сплавов по процентному содержанию всех легирующих компонентов:

• не более 2,5 % — низколегированные;
• в интервале от 2,5 до 10,0% – среднелегированные;
• более 10% — высоколегированные.

Классификация легированных сталей по назначению:

• конструкционные. Используются для изготовления металлоконструкций, деталей машин, агрегатов и механизмов;
• инструментальные. Применяются при изготовлении высококачественного мерительного и режущего инструмента и ударо-штамповочной оснастки;
• с особыми свойствами (жаростойкие, нержавеющие и прочие).

В своей профессиональной деятельности металлурги и инженеры часто прибегают к более широкой номенклатуре. Например, профессионалами используется классификация таких сплавов по их микроструктуре в нормализованном состоянии (перлитные, аустенитные, карбидные и мартенситные) или в равновесном  состоянии (доэвтектоидные, эвтектоидные, заэвтектоидные).

Характеристика легированных сталей

Фазовые превращения в твердых растворах железа определяются общими законами взаимной растворимости и межатомных взаимодействий всех элементов, включая углерод и легирующие добавки. Поэтому легированная сталь имеет одновременно схожие и уникальные характеристики:

• химические: жаростойкость, кислотостойкость, коррозионная стойкость;
• физические: тепловые, магнитные, электрические;
• специальные: износостойкость, сопротивляемость ползучести.

Среди преимуществ и достоинств, которыми обладает данный металлопрокат, следует выделить повышенное сопротивление хладостойкости, ударным и пластическим деформациям, улучшенная прокаливаемость, повышенная вязкость. При этом для большинства сплавов, содержащих разное количество легирующих присадок, характерно:

• наличие остаточного аустенита после закалки;
• склонность к образованию флокенов;
• механическая прочность;
• тугоплавкость.

На заметку. В зависимости от химической природы вводимых элементов легированная сталь изменяет свойства жидкотекучести и поверхностного натяжения. А также снижает температуру плавления следующим образом:

Элемент	Снижение T для 1% элемента в жидком р/р, ˚С	Элемент	Снижение T для 1% элемента в жидком р/р, ˚С	Элемент	Снижение T для 1% элемента в жидком р/р, ˚С
Углерод	90	Кремний	6	Никель	2,9
Сера	40	Фосфор	28	Титан	17
Марганец	1,7	Медь	2,6	Бор	100
Хром	1,8	Молибден	1,5	Вольфрам	1
Алюминий	5	Ванадий	1,3	Кобальт	1,5

Данные таблицы показывают, что по сравнению с малоуглеродистым нелегированным сплавом у высоколегированной марки, содержащей  около 50% присадок, температура ликвидуса ниже почти на 100˚С.

Маркировка легированных сплавов и основные марки

В мировой практике используется несколько документов, регламентирующих маркировку легированных сталей. Но в любом случае они все предполагают использование буквенно-цифровых обозначений.

Стандарты стран СНГ

При обозначении легированной конструкционной стали процентная величина массовой доли углерода маркируется первыми двумя цифрами без использования буквенного обозначения. Далее в порядке уменьшения указываются легирующие компоненты и их доля в сплаве в среднем эквиваленте. Буквенные обозначения химических элементов указаны в таблице 1. Легирующие присадки, количество которых менее 1,0% указываются только в расшифрованной номенклатуре, так как обозначение тогда бы приняло очень громоздкий вид.   

Учитывая обширный сортамент, марка стали может также включать дополнительные символы в номенклатуре. Так как обозначение тогда бы приняло очень громоздкий вид, символы, более расширенно описывающие свойства или особенности: А – автоматные, Е – магнитные, Ж – нержавеющие, Р – режущие, Х – хромистые, Ш – шарикоподшипниковые, Э — электротехнические, Я – хромоникелевые. Также маркировка может предполагать исключения от общих правил обозначения. Так в зависимости от химического состава конструкционные сплавы разделяют на качественные и высококачественные. Например, в конце маркировки буква «А» указывает, что сплав является особо чистым в части содержания фосфора и серы, а буква «Ш» относит их к высококачественным.

Маркировка легированных сталей для речного и морского судостроения часто осуществляется в соответствии с ГОСТ 5521-86 и требованиями Международной ассоциации классификационных обществ. Это означает, что такие сплавы классифицируют на категории A, B, D и Е с учетом предела текучести, показателям прочности, хрупкости и сопротивления ударным нагрузкам.

Европейские стандарты

EN 10027 определяет порядок обозначения всех сталей. Легированные сплавы имеют маркировку 1.20ХХ – 1.89ХХ, где первая цифра определяет, что данный материал относится к сталям, вторая и третья цифра определяют номер группы сталей и две последние — порядковый номер сплава в этой группе. Например, категория инструментальных сталей идентифицируется как 1.20ХХ – 1.28ХХ, а нержавеющих как 1.40ХХ – 1.45ХХ.

Североамериканские стандарты ASTM/ASME и AISI

В США действует наиболее обширная система маркировки сталей. Например, маркировка ASTM предполагает обозначение основных химических элементов, предел прочности и форму проката. В системе AISI используют 4 цифры, где первые две указывают номер группы, две последующие – процентное количество углерода. Буквенные символы  демонстрируют наличие соответствующих присадок.

Марки, наиболее востребованные в инжиниринге

• 09Г2С – низколегированная сталь, сочетающая механическую прочность, хорошую обрабатываемость и доступную стоимость;
• 40Х и ее аналог AISI 5135 – основной конструкционный материал для изготовления деталей и оборудования промышленного сектора и трубопроводной арматуры;
• 10Г2С1 – кремнемарганцевая марка, демонстрирующая хладостойкость, неплохую свариваемость и повышенную коррозионную стойкость, благодаря чему востребована при сооружении мостов, газопроводов и объектов повышенной надежности;
• 10Х11Н23Т3МР – жаропрочный сплав аустенитного класса, использующийся для производства пружин, деталей крепежа, работающих  при температурах до 700 ºС.  

Использование легированных сталей

Сегодня практически невозможно перечислить все сферы, где применяется легированная сталь. Это тракторостроение и машиностроение, химико-технологический и промышленно-производственный комплекс, нефтегазодобывающая отрасль и сельское хозяйство. Например:

• из хромосодержащих сплавов изготавливают детали для оборудования, эксплуатируемого в условия прямого или вероятного контакта с агрессивными средами: плунжеры и шлицы, валы и зубчатые колеса, поршневые пальцы и карданные крестовины;
• низколегированные конструкционные сплавы чаще всего востребованы в строительстве, массово используются при сооружении каркасных металлоконструкций и для изготовления труб, сортового и фасонного металлопроката. Несмотря на обширный сортамент, легированная сталь марки 09Г2С является наиболее популярной в этой сфере;
• инструментальный сплав – универсальный материал для клейм, пресс-форм, эталонных калибров и штампов, ручного инструиента. А из ледебуритных марок изготавливаются быстрорежущий инструмент и шарошечные долота.

Также не стоит забывать, что физические особенности легированных сплавов проявляются в термообработанном состоянии. Именно поэтому их широко используют для термонапрягаемых деталей, высокоскоростных и тяжелонагруженных пар трения.

В связи с интенсивным развитием современных технических отраслей, легированная сталь находит применение в гражданской и военной авиации, в турбостроении и в альтернативной электроэнергетике. Так же можно купить металл в Украине, а именно легированную сталь для изготовления мультикоптеров и беспилотников, ядерных реакторов, ракетно-космических систем. В то же время стремительное расширение сферы применения легированных сталей обуславливает ужесточение требований к их качеству и мотивирует к разработке новых сплавов.

Узнать больше о легированных марках стали и специальных сплавах можно в нашем справочнике, который регулярно пополняется новой информацией. Здесь можно ознакомиться с химическим составом сплавов, физико-механическими свойствами, аналогами и сферами применения сталей.

Мы рады, что вы заинтересовались информацией из нашего блога. И даем согласие на использование материалов для учебных целей или для личного пользования. Однако предупреждаем, что копирование информации для публичного распространения – это нарушения авторского права и других прав интеллектуальной собственности, согласно Бернской конвенции и Закона Украины об авторском праве №3792-XII.

 

Что такое сплав?

Металлический сплав представляет собой вещество, которое объединяет более одного металла или смешивает металл с другими неметаллическими элементами.

Например, латунь представляет собой сплав двух металлов: меди и цинка. Сталь представляет собой сплав металлического элемента (железа) и небольшого количества — до 2 % — неметаллического элемента (углерода).

Сплавы являются примером того, что «работа в команде заставляет мечту работать», поскольку каждое вещество в сплаве придает свои свойства раствору или смеси. Некоторые сплавы сочетают в себе лучшие качества каждого элемента и создают конечный продукт, более твердый, долговечный и/или более устойчивый к коррозии.

Тщательная химия, которая используется для создания этих точных соотношений, в конечном итоге производит вещества с уникальными полезными свойствами.

Как изготавливают сплавы? Как работают сплавы?

Более глубокое изучение химии сплавов показывает, почему сплавы так полезны в самых разных отраслях промышленности.

Поскольку сплавы сочетают в себе разные элементы, они содержат атомы разного размера. То, как эти атомы объединяются и взаимодействуют друг с другом, определяет классификацию сплавов. В химии сплавов сплав можно классифицировать как замещающий или внедренный в зависимости от его атомного расположения.

сплавы замещения

Сплавы замещения образуются в результате механизмов обмена атомами. Металлические компоненты имеют одинаковые атомные радиусы и возможности химической связи, поэтому атомы одного металла могут занимать те же места, что и их аналог в атомной решетке металла. Хорошо известные замещающие сплавы включают латунь и бронзу.

Сплавы внедрения

Сплавы внедрения образуются, когда более мелкие атомы одного элемента заполняют отверстия в металлической решетке. Атомы каждого элемента не занимают одни и те же места. Сталь является примером междоузельного сплава. В случае стали меньшие атомы углерода заполняют промежутки между атомами железа.

Химия увлекательна, но мы перейдем к сути: в обоих случаях атомы в сплаве не могут скользить друг по другу так же легко, как атомы в чистом металле, а это означает, что сплав прочнее и тверже, чем в обоих случаях. чистых металлов, используемых для его создания. Думайте об этом как о липучке: если у вас есть только одна сторона липучки, она не будет прилипать сама к себе так прочно, как контрастные петли и крючки будут сцепляться друг с другом.

Чем полезны сплавы металлов?

Чистые металлы редко используются в производстве, так как они слишком ковкие или мягкие. Но, как мы показали выше, легирование металла часто улучшает его свойства. Некоторые сплавы созданы, чтобы иметь лучшую стойкость к коррозии или лучшую проводимость, а некоторые созданы, чтобы значительно увеличить их несущую способность.

Физические свойства сплава, такие как проводимость, реакционная способность и плотность, могут незначительно отличаться от составляющих его элементов. Однако технические свойства сплава, такие как прочность на сдвиг и прочность на растяжение, могут существенно различаться.

Из-за этого металлические сплавы пользуются большим спросом в различных областях и отраслях, таких как производство, электроника, товары для дома, архитектура, сантехника, а также автомобильная и аэрокосмическая промышленность.

Примеры популярных сплавов и их применения:

Латунь

Латунь — это сплав меди и цинка. Латунь имеет низкую температуру плавления и чрезвычайно удобна в обработке и долговечна. Он используется в тех случаях, когда требуется низкое трение и устойчивость к коррозии, например:

• Замки
• Подшипники
• Компоненты боеприпасов
• Части прибора
• Украшение

Фосфористая бронза

Фосфористая бронза состоит из меди, легированной 0,5-11% олова и 0,01% фосфора. Он устойчив к коррозии и усталости и должен использоваться в:

• Сварочные стержни
• Втулки
• Подшипники
• Пружины
• Детали переключателя
• Судовые гребные винты и другие применения в морской среде

Сталь

Сталь представляет собой сплав железа и углерода. Обладает высокой прочностью на растяжение и низкой стоимостью. Mead Metals предлагает множество классификаций стали, таких как нержавеющая сталь, отожженная и отпущенная пружинная сталь и холоднокатаная сталь. Часто используется в:

• Автозапчасти
• Инфраструктура
• Строительство
• Товары для дома
• Кухонные приборы

Бериллиевая медь

Бериллиевая медь, также известная как Alloy 25 или BeCu, представляет собой медный сплав с содержанием бериллия 0,5-3%. Он поддается сварке, пластичен, обладает немагнитными и искробезопасными свойствами. Он устойчив к окислению, коррозии и неокисляющим кислотам. Кроме того, бериллиевая медь обладает отличными тепловыми и электрическими свойствами. Часто используется в:

• Контакты электронного разъема
• Малые пружины
• Музыкальные инструменты
• Компьютерные компоненты
• Инструменты для опасных сред, таких как аэрокосмическая техника и металлообработка

Металлические сплавы дорогие?

Распространенное заблуждение состоит в том, что металлические сплавы дороги из-за множества этапов, необходимых для их производства. Однако многие металлические сплавы, такие как латунь и бронза, использовались в течение столь долгого времени, что их часто можно было получить по более низкой цене, чем входящие в их состав чистые металлы.

Наш опыт означает, что вы экономите.

По нашему опыту, ненужные расходы для производителя возникают, когда у поставщика есть высокий MOQ для специального металла, такого как бериллиевая медь. Мы понимаем, что производители часто нуждаются в меньшем количестве нишевого сырья и недостаточно обслуживаются крупными дистрибьюторами.

Если вы ищете поставщика, который предлагает низкий минимальный объем заказа на специальные металлы, сохраняя при этом конкурентоспособные сроки поставки и непревзойденное обслуживание клиентов, свяжитесь с Mead Metals, чтобы получить быстрое предложение сегодня.

Что такое металлический сплав? | Разница между металлом и металлическим сплавом

Знаете ли вы, что большинство «металлов», которые мы используем, на самом деле вовсе не металлы? Эти материалы представляют собой не металлы, а сплавы, и они повсюду вокруг нас! От зубных пломб до самолетов сплавы составляют большую часть нашей повседневной жизни. Узнайте, что такое сплав и как его изготавливают здесь.

Что такое металл?

Металл — это чистый химический элемент, который можно найти в периодической таблице. 91 из 118 элементов периодической таблицы — это металлы, что делает их одними из самых распространенных элементов в мире.

В периодической таблице все элементы делятся на металлы и неметаллы. Что делает что-то «металлом», так это то, что он встречается в природе, имеет блеск, является хорошим проводником тепла и электричества и намного плотнее, чем неметаллы.

Существует 5 основных категорий металлов:

• Основные металлы
• Черные металлы
• Благородные металлы
• Драгоценные металлы
• Тяжелые металлы

Неблагородные металлы

Неблагородные металлы очень распространены в земной коре, и из-за их количества они недороги. Неблагородные металлы отличаются от других металлов тем, что они легче всего подвергаются коррозии или окислению. Они чрезвычайно реактивны, и такие вещи, как кислород, вода, кислоты и нахождение рядом с другим металлом, могут вызвать их коррозию. (Узнайте больше о том, почему металлы ржавеют здесь.)

Существует несколько различных определений «основного металла». В горнодобывающей промышленности и экономике неблагородные металлы — это металлы, которые не попадают ни в одну из других категорий, таких как медь, свинец, цинк и никель.

Черные металлы

Черные металлы означает, что металл содержит железо. Цветные металлы, как правило, дороже, потому что они легче, обладают большей проводимостью, немагнитны и устойчивы к коррозии. Цветные металлы включают алюминий, медь, свинец, никель, олово и цинк.

Благородные металлы

Благородные металлы известны своей устойчивостью к коррозии и окислению, в отличие от неблагородных металлов. Обычно это редкие или драгоценные металлы. Ученые не согласны с точной классификацией каждого элемента в периодической таблице, но чаще всего к категории «благородных» металлов относят золото, серебро, рутений, родий, палладий, осмий, иридий и платину. Хотя некоторые драгоценные металлы относятся к благородным металлам, а благородные металлы часто дороги из-за их разнообразного использования (в искусстве, высоких технологиях, ювелирных изделиях), термины «благородный металл» и «драгоценный металл» не являются синонимами.

Драгоценные металлы

Драгоценные металлы — это редкие элементы, встречающиеся в природе в земной коре. Самыми известными являются золото и серебро, но и другие драгоценные металлы включают рутений, родий, палладий, осмий, иридий и платину. Несмотря на то, что алюминий является третьим по распространенности элементом на Земле и самым распространенным металлом, он некоторое время считался драгоценным металлом. Это потому, что было очень трудно надежно извлечь его из различных руд.

Некоторым из самых важных гостей Наполеона III были вручены алюминиевые столовые приборы, в то время как посетители пониже должны были есть скудной серебряной посудой. Цена значительно упала после 1882 года, а изобретение новых процессов коммерческого производства электроэнергии значительно упростило извлечение алюминия.

Тяжелые металлы

Тяжелые металлы считаются очень плотными. Вот об этом! Были предложены более конкретные определения, но научное сообщество еще не остановилось на одном из них. Некоторые тяжелые металлы известны своей токсичностью, в то время как другие очень важны для употребления в пищу в следовых количествах! Некоторые тяжелые металлы, такие как кадмий, ртуть и свинец, чрезвычайно ядовиты. С другой стороны, такие металлы, как железо, кобальт и цинк, выполняют очень важные функции в организме! Вы даже можете купить железо и цинк в качестве добавок в магазине здоровой пищи.

Остальные тяжелые металлы, такие как галлий, таллий, рутений, индий и серебро, довольно безвредны. В частности, тяжелые металлы можно найти повсеместно! Они используются в клюшках для гольфа, автомобилях, антисептиках, самоочищающихся печах, пластике, солнечных батареях, сотовых телефонах, компьютерных чипах и даже ускорителях частиц на атомных электростанциях!

Что такое металлический сплав?

Сплавы, напротив, являются искусственными материалами. Вы делаете их, комбинируя металлический элемент с чем-то еще. Сплавы могут включать объединение металла с металлами, неметаллами или с обоими.

Чугун — отличный пример неметаллического сплава (что немного вводит в заблуждение, потому что во всех сплавах есть «металл» — это относится ко второму или добавленному ингредиенту). Железо представляет собой смесь железа и углерода. Он может варьироваться от примерно 2-3% углерода. (Узнайте больше о чугуне и кованом железе здесь!)

Сплавы также иногда получают забавные названия! Как и Alnico, сплав железа, алюминия, никеля, кобальта, меди и/или титана. Некоторые из их названий представляют собой объединение названий легирующих добавок. В других случаях они просто становятся настолько популярными, что получают свое собственное более «повседневное» название, например, кованое железо.

Вы действительно можете найти сплавы повсюду. На самом деле, они могут быть более распространены, чем их чистые «металлические» собратья.

Вы найдете их в зубных пломбах (амальгама), гитарных звукоснимателях (альнико), в качестве музыкальных инструментов или дверных ручек (латунь), в украшениях (белое золото), в произведениях искусства (бронзовые статуи), в автомобилях и самолетах (дюралюминий). ), на оружии (бронза), внутри электроники (припой), внутри атомных электростанций (магнокс), на опорах зданий (сталь) и даже на обеденном столе (олово)!

Известно более 160 различных сплавов!

Структуры металлических сплавов

При увеличении металла с помощью электронного микроскопа атомы появляются в структуре кристаллической решетки. Также в эту структуру входят легирующие добавки. Как правило, существует два типа структур сплавов: сплавы замещения и сплавы внедрения. Сплавы замещения возникают, если атомы легирующего агента замещают атомы основного металла. С другой стороны, сплавы внедрения возникают, когда образуются выделения из-за того, что легирующие агенты становятся меньше основного металла.

Как производятся металлические сплавы?

Существует 3 основных метода создания металлических сплавов:

• Нагрев и плавление
• Порошковая металлургия
• Ионная имплантация

Нагрев и плавление

Нагрев и плавление — один из наиболее часто используемых методов создания сплавов. На самом деле это не так уж сильно отличается от кулинарии!

Основной металл (самый высокий % металла в сплаве) переплавляется, а любые другие металлы переплавляются до тех пор, пока они не станут жидкими. Затем их вливают друг в друга, смешивают и дают остыть в нечто, называемое «твердым раствором». Что-то вроде твердого металлического блока, эквивалентного смешиванию соли с водой, пока она не растворится.

Порошковая металлургия

Порошковая металлургия — это очень круто, наверное, это самое близкое к алхимии, что у нас есть сегодня.

Во-первых, основной металл и легирующие добавки должны быть превращены в порошки! Для этого существует несколько основных методов:

Процесс обработки губчатым железом является старейшим из методов порошковой обработки. Руда смешивается с чем-то, что называется коксовой мелочью (это то, что остается от угля после его сжигания), и известью для получения специальной серы, которая предотвращает загрязнение порошкообразным исходным металлом.

Смесь кокса и извести (не то, что коктейли!) и руда помещаются в специальный барабан, между коксом и известью находится руда.

Затем барабан перегревается в печи. Ингредиенты оставляют после себя объект, похожий на бисквит, и шлак. На следующих этапах возможный порошок отделяется от шлака и измельчается в более однородную «порошковую» форму.

Затем порошок нагревают и суперпрессуют в сплав!

Другие способы превращения исходных металлов в порошок — это распыление (почти как на атомных электростанциях), когда расплавленный металл проталкивается через очень узкую трубку, что создает высокое давление. Газ впрыскивается в поток кипящего металла точно так же, как он выходит из этой трубы, комбинация давления, температуры и молекул газа разделяет атомы металла.

Затем порошки смешивают и сплавляют вместе в «твердый раствор»!

Железный порошок, полученный с помощью процесса губчатого железа, является самым дешевым на мировом рынке!

Ионная реализация

Последний распространенный метод создания сплавов — ионная имплантация.

«Ионы» возникают из электричества, поэтому метод ионной имплантации включает в себя «ионный источник» (который в основном просто создает электричество), ускоритель, в котором ионы очень быстро разгоняются (трение и быстрое вращение создают тепло, которое ускоряет молекулы) и камеру-мишень, куда выбрасываются ионы после того, как они закончились.