Процесс легирования

Категория:
Литейное производство


Процесс легирования

Легирование — это введение в расплавленные или твердые металлы легирующих материалов для получения сплава заданного химического состава с целью придания ему определенных требуемых свойств.

Общим (объемным) легированием называют введение легирующих материалов в жидкий металл и равномерное распределение их в объеме. Поверхностным легированием называют введение легирующих материалов в поверхностные слои затвердевшей или затвердевающей отливки. Легирующими материалами могут служить технически чистые элементы, преимущественно металлы, их сплавы или химические соединения. Основными легирующими элементами в стали и чугуне являются Cr, Ni, Mn, Si, Mo, W, Ti, Al, Nb, Co, Си, В и др., в алюминиевых сплавах — Si, Си, Mg, Ni, Cr, Со, Zn, в медных — Zn, Sn, Pb, Al, Mn, Fe, Ni, Be, в магниевых — Al, Zn и в свинцовых сплавах — Sn, Zn, Sb.

С развитием различных вариантов легирования появилась разновидность процесса, известная под названием микролегирования. При микролегировании остаточное содержание легирующих элементов не превышает 0,1%.

Легированные сплавы можно получить при использовании шихтовых материалов первичной плавки, содержащих легирующие элементы. Такие материалы называют природнолегированными. Например, природнолегированными являются чугуны, в которые легирующие элементы вносятся из руды при восстановлении железа в доменной печи. Эти элементы могут сохраняться при последующем переделе чугуна в сталь или при переплавке чугуна в других плавильных агрегатах. И в этом случае стали и чугуны называют природнолегированными. Промышленные методы легирования приведены на схеме 1.

Схема 1. Методы легирования

Несмотря на разнообразие сплавов и методов легирования, известны только два принципиально различных случая влияния легирующих элементов на свойства сплавов: первый, когда легирующие элементы остаются в твердом растворе и второй, когда они помимо раствора, образуют включения, имеющие поверхность раздела.

Влияние легирующих элементов на структуру и свойства сплава зависит от соответствия кристаллических решеток легирующего элемента и металла, являющегося основой сплава.

Если атомный объем легирующего элемента, тип и параметры его кристаллической решетки подобны этим же характеристикам

новного элемента сплава, то возможен первый случай, т.е. образование твердых растворов с большой концентрацией легирующего элемента. Многие литейные сплавы (например сталь, чугун, бронзы, латуни, силумины и др.) представляют собой различные твердые растворы легирующего элемента в основном элементе (железе, меди, алюминии).

Легирующие элементы могут образовывать с основой сплава или другими присутствующими в нем элементами особые химические соединения (карбидные, оксидные, нитридные, карбонитридные и т. д.), обладающие многими ценными качествами: большой твердостью, высокой прочностью и пластичностью, хорошей химической стойкостью, магнитными (антимагнитными) свойствами, жаропрочностью и т. п. Равномерно и в достаточной степени распределенные в твердом растворе (или в качестве самостоятельной фазы) эти соединения придают сплавам необходимый для соответствующих условий эксплуатации комплекс свойств.

Если основной элемент сплава, например железо, подвержен в твердом состоянии полиморфным превращениям (а, у, б), то легирующие элементы определяют изменение свойств, получаемых в результате термической обработки соответствующих сплавов.

Легирующие элементы могут расширять или уменьшать те или иные области, представляемые диаграммами состояния. Например, никель и марганец расширяют область твердого раствора в сплавах железо-углерод и после быстрого охлаждения от высокой температуры никелевая или марганцевая сталь при соответствующем содержании указанных элементов обладает вязкой немагнитной аустенитной структурой с высокой температурой рекристаллизации.

Другие легирующие элементы, например хром, кремний, вольфрам, молибден и ванадий, сужают области у-твердого раствора и способствуют получению ферритной структуры с высокими магнитными свойствами и коррозионной стойкостью.

Условия растворения легирующих элементов определяются общими законами растворов и диффузионными, устанавливающими условия проникновения легирующих элементов в затвердевающую или затвердевшую поверхность отливки.

Характерной особенностью элементов, используемых для микролегирования, является их высокая химическая активность, т.е. способность непосредственно в расплаве взаимодействовать с кислородом, азотом, водородом, серой и некоторыми другими нежелательными примесями и таким образом нейтрализовать их вредное влияние.


Читать далее:



Статьи по теме:


Реклама:




Главная → Справочник → Статьи → БлогФорум