Легована сталь являє собою матеріал, фізичні та хімічні властивості якого поліпшуються за рахунок додавання легуючих елементів до складу. Вона відрізняється міцністю, менше піддається корозії, застосовується в різних областях, в тому числі, машинобудуванні, а також для створення різних конструкцій, які в подальшому будуть піддаватися високим температурним коливанням.
Хімічний склад Якість сталі залежить від кількості в ній вуглецю, який є одним з основних елементів, що входять до складу. Ще одним обов'язковим елементом є залізо. Хром, нікель, ванадій, мідь та ін. Елементи додаються для поліпшення властивостей матеріалу.
Розглянемо докладніше вплив легуючих елементів на властивості стали: • Нікель - дозволяє зробити матеріал не тільки міцним, але і пластичним. Саме цей елемент, що входить до складу, відповідає за стійкість до корозії; • Хром - також відповідає за стійкість до корозії, завдяки йому виходить нержавіюча сталь, робить її твердою і міцною; • Ванадій - завдяки цьому елементу структура стали стає дрібнозернистою, щільною; • Мідь - крім стійкості до корозії протидіє кислот;
• Вольфрам - дозволяє матеріалу залишатися твердим при збільшенні температури (нагріванні); • Марганець, що входить до складу, відповідає за зносостійкість; • Кремній - робить метал пружним, відповідає за магнетизм; • Якщо до складу входить алюміній, то він дозволяє ставати матеріалу жаростійким.
Що відбувається зі структурою, коли додаються різні домішки? При їх введенні кристалічна решітка руйнується за рахунок відмінності у формах електронів, а також атомних величин. Характеристики сталі можуть змінюватися в залежності від складу. До складу можуть входити дві, три і більше домішок. Це залежить від того, який кінцевий продукт потрібно отримати. До складу можуть також входити титан, кобальт, молібден, що відповідають за міцність, твердість і пластичність матеріалу, який набуває все перераховані властивості в основному після того, як буде пройдена термообробка.
Різновиди металу Розрізняють вуглецеві і леговані сталі. Розглянемо відмінність. Вуглецева сталь являє собою сплав, до складу якого крім заліза і вуглецю, вводяться кремній з марганцем. Сірка і фосфор, що входять також до складу, вважаються шкідливими домішками, які знижують механічні властивості.
Від кількості вуглецю така сталь підрозділяється на високо-, середньо- і низкоуглеродистую. Чим більше склад оснащений вуглецем, тим твердіше і менш пластичним буде кінцевий продукт. Вуглецева сталь у свою чергу ділиться на конструкційну та інструментальну. Конструкційна сталь знаходить своє застосування у створенні металевих конструкцій, арматури для залізобетону та інших будівельних матеріалів. Інструментальна - після загартовування стає більш твердою, але тендітної (ГОСТ 1435-54).
Легована сталь також підрозділяється на конструкційну, інструментальну і додається ще один вид з особливими хімічними властивостями (по ГОСТ). Конструкційна легована сталь також використовується в машинобудуванні і будівництві, проте в неї входять легуючі домішки, що дозволяють поліпшити властивості матеріалу. Хімічний склад легованого металу може розрізнятися, виходячи з цього, нижче представлена класифікація: 1. Низьколегована - склад легованих добавок не перевищує 2,5%. Конструкційна сталь представлена в ГОСТ 5958-57 (залежно від складу); 2. середньолеговану - добавки, що входять до складу, знаходяться в діапазоні 2,5-10%; 3. Високолегована - відсоток домішок, що входять до складу, перевищують 10% (до 50%).
Також вона підрозділяється на жаропрочную (більше 1000 градусів), коррозіно-стійку, за хімічним розпаду на жаростійку і окаліноустойчівую (при 550 градусах). Слід зазначити, що ГОСТ поширюється на властивості, а також на область застосування.
Маркування металу Про що говорить маркування легованих сталей? Маркування згідно ГОСТ розповідає наступне: буква означає назва хімічного елемента, а цифра, яка знаходиться після неї, вказує на процентний вміст даної домішки. Якщо за буквою немає жоден цифри, то отже, відсоток вмісту цього елемента маленький, не перевищує значення 1%. Скільки міститься вуглецю в сталі можна зрозуміти по перших двох цифр, позначається також у відсотках, але в сотих частках. Якщо замість двох коштує одна цифра, то значить, процентний вміст вказується не в сотих, а в десятих.
Ще в СРСР був розроблений ГОСТ, за яким була прийнята дана система маркування. Примітно те, що вона досі залишається актуальною. Слід зазначити, що позначення хімічних елементів літерами не завжди відповідає початковій букві їх назви: марганець (г), хром (х), нікель (н), мідь (д), ванадій (ф), вольфрам (в), алюміній (ю) , азот (а) і ін. Якщо в середині маркування стоїть буква «А», що позначає азот, то значить, вона показує вміст азоту. Якщо літера «А» стоїть в кінці, то отже, сірка і фосфор містяться в незначній кількості (менше 0,03%), така сталь вважається чистою.
Подвоєна літера «А» на кінці говорить про особливо чистому матеріалі від змісту названих вище елементів. Визначення кількості сірки також відбувається згідно ГОСТ. Також на початку маркування можна зустріти додаткове позначення: швидкорізальна сталь позначається буквою «Р», шарикоподшипниковая - «Ш», автоматна - «А», електротехнічну позначають буквою «Е», літера «Л» говорить про те, що сталь отримана литтям. Наприклад, маркування стали: 18ХГТ - вміст вуглецю становить 0,18%, містить хром, марганець і титан.
Застосування металу Як вже було сказано раніше, легована сталь володіє рядом властивостей, що забезпечують її широке застосування. Вона дозволяє виробу збільшувати термін експлуатації, забезпечити його надійність і навіть в якомусь роді економити. Застосування легованих сталей можна зустріти в різних областях, не тільки в машинобудуванні і будівництві, а й в хірургії (обладнання), а також з неї робляться навіть ножі, які довго залишаються гострими.
Область застосування безпосередньо залежить від складу елементів, від того, яка термообробка була застосована та ін. Раніше була розглянута класифікація за призначенням (по ГОСТ): конструкційна, інструментальна і з особливими властивостями. Машинні деталі, а також різні конструкції частіше виготовляють з перлітних сталей. Низьколеговані матеріали відрізняються гарною зварюваністю, тому застосовуються для створення конструкцій.
Леговані інструментальні сталі використовуються у створенні деталей, призначених для роботи під тиском (наприклад, Х12МФ), а також різців, свердел, фрез. Згідно ГОСТ 5950-2000, легований матеріал знайшов своє застосування у створенні скальпелів і ножів, стрічкових пилок, штемпелів, матриць, зубонакатніков і інш. У цьому ГОСТі вказано позначення стали і сфера її застосування.
Нержавіюча сталь, до складу якої входить хром (у великій кількості), використовується в створенні труб і трубопроводів. Такі труби відрізняються стійкістю до іржі, а також стійкістю до перепадів температур. Зварювання легованих сталей Зварювання легованих сталей повинна проводитися з урахуванням деяких моментів, наприклад, деякі елементи починають вигоряти, метал в місцях зварювання починає самогартівних, карбіди при цьому виділяються, а також можуть з'являтися тріщини через низького рівня теплопровідності.
До речі, показник теплопровідності у вуглецевої сталі вище, ніж у легованої. Процес зварювання повинен протікати правильно, виключаючи вищеописані явища. Для цього в обов'язковому порядку дотримується температурний режим, таким чином, виключається можливість перегріву конструкції, флюси різного складу також повинні застосовуватися. Якість зварювання, в першу чергу, залежить від вмісту вуглецю: чим нижче цей показник, тим краще якість зварювання.
Хромиста нержавіюча сталь при зварюванні має свої особливості: за рахунок низького вмісту вуглецю процес зварювання протікає добре. Щоб нержавіюча хромована сталь не вигорала, використовують захист поверхні майбутнього виробу, а також електроди, які містять хром. Метал для відновлення в'язкості бажано перед самим процесом нагріти (до 300 градусів), а після зварювання зробити отжиг шва (до 800 градусів). При цьому краще використовувати електричну дугу. Важливим моментом є те, що термічна обробка легованої сталі хромом повинна здійснюватися при високій температурі. Температура безпосередньо залежить від кількості цього елемента: чим його більше, тим вище повинна бути температура.
Нержавіюча хромонікелева сталь при високій температурі втрачає карбіди хрому, через це у швах знижується здатність стали протистояти корозії. Для забезпечення збереження нержавіючих властивостей вводиться ніобій або титан. Відпал і загартовування (охолодження) шва дозволять забезпечити стійкість до іржавіння. Шви марганцовистого металу можуть потріскатися в процесі зварювання. Щоб цього уникнути, зварювання здійснюється електродами, склад яких не відрізняється від складу зварюваного металу.
Зварювання повинне проводитися швидко, а шви по закінченню - прохолоджуватися. Щоб якість зварювання вийшло «на рівні», необхідно зробити попередню чистку поверхні. Всі окалини, шлаки, мастило повинні бути усунені. Необхідно чистити не тільки поверхня передбачуваного шва, але і площа поруч з ним (близько 10 см). Зварювання чи інакше термічна обробка легованої сталі повинна відбуватися без перерв і дуже швидко.
Якщо матеріал схильний до утворення тріщин, то тоді зварювання повинна проводитися в закритому приміщенні, температурним межею є мінусовій показник в 40 градусів. Сила струму повинна бути постійною, на поверхні матеріалу не повинен утворитися конденсат, іній або лежати сніг. Краще довірити цей процес фахівцям.
