Что такое легирование металлов

Легированная сталь отличается от обычного углеродистого аналога. В ее составе есть добавки, которые улучшают тепловую, механическую и химическую стойкость, магнитные и другие качества. Например, чтобы сделать железо более прочным, его легируют углеродом. Медь делает металл более устойчивым к коррозии. После легирования сталь становится совершеннее, а изготовленная из нее продукция — более выносливой и отвечающей конкретным эксплуатационным условиям.

Что собой представляет процесс «обогащения» железа добавками? Какие цели достигают, прибегая к легированию? Где применяют «улучшенные» металлы? Какие их виды существуют? Давайте разбираться.

Немного о легированной стали

Легированные стали — это сплавы, которые включают в себя железо (до 45%), углерод и добавки, например, алюминий, никель, молибден. Процент добавок не превышает 3. Они существенно меняют качественные показатели металлов, изменяют кристаллические решетки.

Легированную сталь используют в металлургической отрасли, из нее делают узлы и комплектующие для транспортных средств, станков, оборудования, различной техники, инструменты.

Свойства стали, обогащенной специальными элементами:

• улучшенная ферромагнитность (металл легируют кобальтом);

• повышенная твердость без снижения уровней пластичности, устойчивость к большим статистическим нагрузкам (в сталь добавляют в основном платину);

• коррозийная стойкость (в качестве легирующего компонента используют, например, палладий или медь).

Список свойств и качественных характеристик стали, которые улучшают, прибегая к легированию, можно продолжать до бесконечности.

Особенности процесса

Благодаря новым технологиям металлурги научились выплавлять легированную сталь с разным составом. У технологии процесса «обогащения» есть свои особенности:

• Элементы вводят целенаправленно, их доля в составе стали не должна быть ниже 1%.

• Сера, фосфор или водород не являются добавкой, эти компоненты считают примесями, легируют углеродистую сталь такими неметаллическими компонентами, как бор, азот, кремний.

• Под объемным легированием подразумевают ввод дополнительных элементов в предварительно расплавленные составы. Под поверхностным — насыщение поверхностных слоев определенными элементами диффузным способом.

Добавки приводят к изменению кристаллической структуры углеродистой стали, могут создавать особые растворы глубокого проникновения, размещаться в пределах разных структур, формируя смеси зерен. Огромное влияние здесь оказывает уровень растворимости компонентов друг в друге.

Видылегированных сталей

Легировать можно как черные, так и цветные металлы, а также нержавейку. О каждом виде расскажем более подробно:

• Черные сплавы. Основным компонентом в составе является железо. Яркий пример — чугун. Материал достаточно прочный и в то же время хрупкий. В состав добавляют дополнительные компоненты, чтобы повысить такие свойства сплавов, как прочность, выносливость, твердость, жесткость.

• Цветные сплавы. Разные составы на основе любых других материалов, кроме железа. Распределяются на тяжелые и легкие. Вторые имеют высокие показатели плотности, их производят на основе цинка или меди. Первые отличаются минимальной плотностью, в их составе высокий процент алюминия, магния или титана. Легирующими компонентами могут выступать латунь и бронза. Цветные металлы устойчивы к воздействиям влаги, мало весят, хорошо проводят тепло и электричество.

• Нержавеющие стали. Универсальные в применении, устойчивые к коррозии. Не окисляются, не ржавеют. Их механические свойства улучшены. Они износостойкие, прочные, устойчивые к резким перепадам температуры, эстетичные, подходят для работы зимой, после контакта с огнем не выделяют опасные токсины.

Каждый вид стали является улучшенной версиейсвоейосновы и имеет видоизмененную кристаллическую структуру.

Какие существуют классы легированных сталей

По уровню легирования материалы распределяют на низко-, средне- и высоколегированные. В первую группу входят металлы, в которых добавок не более 2,5%, во вторую — материалы с дополнительными элементами в пределах 10%, в третью — все виды сталей с долей добавок до 50%.

В зависимости от молекулярной структуры сплавы, которые легировали, бывают таких видов:

• ферритные;

• мартенситные;

• аустенитные.

В сталях в качестве легирующих элементов чаще всего выступает углерод, который позволяет улучшить показатели ударной стойкости. В зависимости от того, какое в составе количество углерода содержится, материалы делят на низко-, средне- и высокоуглеродистые.

Виды по структуре:

• эвтектоидные, с перлитом в основе;

• доэвтектоидные с высокой долей феррита в составе;

• заэвтектоидные с карбидами.

Независимо от вида, эксплуатационных свойств и ключевых легирующих компонентов, используемых в процессе производства, сплавы делятся на цементуемые, жаропрочные, улучшаемые и быстрорежущие.

Разница между примесями и легированием

Как было уже сказано, процент легирующих добавок в сталях должен быть не менее 1%. Они во многом улучшают физические и химические свойства материалов. Компонент, доля которого ниже этого показателя, является примесью. Он не улучшает качественные показатели сплавов, наоборот, оказывает на них вредное влияние. Чтобы, например, сталям придать повышенной прочности и подготовить их к последующей обработке методом штамповки, в их состав вводят хром. Если его доля будет меньше 12%, материал на выходе не получит требуемые свойства.

Легированная двух- или трехкомпонентная сталь по всем характеристикам и свойствам намного превосходит свой аналог. Из нее производят изделия с улучшенными качественными показателями. Что важно? Чтобы технологию обогащения материала дополнительными добавками соблюдали.