В будівництві, промисловості і деяких напрямках сільського господарства можна спостерігати активне застосування металевих виробів. Причому один і той же метал в залежності від сфери використання розкриває різні техніко-експлуатаційні властивості. Пояснити це можна процесами легування. Технологічної процедури, в рамках якої базова заготівля набуває нові якості або поліпшується за наявними характеристиками. Цьому сприяють активні елементи, легуючі властивості яких викликають хімічні і фізичні процеси зміни металевої структури.

Основні легуючі елементи

Велике, але неоднозначне значення в процесах легування має вуглець. З одного боку, його концентрація в структурі металу близько 12% сприяє підвищенню міцності, твердості і рівня холодноламкості, а з іншого – він же знижує теплопровідність і щільність матеріалу. Але навіть не це головне. Як і всі легуючі елементи, його додають при виконанні технологічної переробки під сильним температурним впливом. Однак, далеко не всі домішки і активні компоненти зберігаються в структурі після завершення операції. Як раз вуглець може залишатися в металі і в залежності від необхідних характеристик кінцевого виробу технологи приймають рішення про доопрацювання металу або збереження його поточних якостей. Тобто вони варіюють рівень вмісту вуглецю допомогою спеціальної операції легування. Також в перелік основних елементів легування можна внести кремній і марганець. Перший вноситься в цільову структуру в мінімальному відсотку (не більше 04%) і особливого впливу на зміну якостей заготовки не надає. Тим не менше цей компонент, як і марганець має істотне значення як раскисляющее та зв'язуюча речовина. Ці властивості легуючих елементів обумовлюють базову цілісність структури, яка ще в процесі легування робить можливим органічне сприйняття інших, вже активних елементів і домішок.

Допоміжні легуючі елементи

В дану групу елементів зазвичай включають титан, молібден, бор, ванадій і т. д. Найбільш помітним представником цієї ланки є молібден, який частіше використовують в хромистих сталях. Зокрема, з його допомогою підвищується прожарювана металу, а також знижується поріг хладоломкости. Корисно для будівельних марок сталей і застосування молібденових компонентів. Це ефективні леговані елементи в сталі, які забезпечують динамічну і статичну міцність металів, усуваючи при цьому ризики внутрішнього окислення. Що стосується титану, то його застосовують нечасто і тільки для однієї задачі – подрібнення структурних зерен в хромомарганцевих сплавах. Цілеспрямованими можна назвати також добавки кальцію і свинцю. Їх використовують для металевих заготовок, які в подальшому піддаються операціям різання.

Класифікації елементів легування

Крім вельми умовного розподілу легуючих елементів на основні та допоміжні, також застосовуються й інші, більш точні ознаки відмінності. Наприклад, по механіці впливу на характеристики сплавів і сталей елементи діляться на три категорії:

Надають вплив з утворенням карбідів.

З поліморфними перетвореннями.

З формуванням інтерметалічних сполук.

Важливо враховувати, що в кожному з трьох випадків вплив легуючих елементів на властивості інтерметалідів також залежить від сторонніх домішок. Наприклад, значення може мати концентрація того ж вуглецю або заліза. Також існує класифікація елементів вже поліморфного перетворення за характером впливу. Зокрема, виділяються елементи, які допускають наявність у сплаві легованого фериту, а також їх аналоги, що сприяють стабілізації оптимального змісту аустеніту незалежно від температури.

Вплив легування на сплави та сталі

Можна виділити кілька напрямків, по яких можуть бути поліпшені якісні характеристики сталі. В першу чергу це фізичні якості, що визначають технічний ресурс матеріалу. Легування в цій частині дозволяє збільшити міцність, пластичність, прожарювана і твердість. Іншим напрямок позитивного впливу від легуючих елементів є поліпшення захисних властивостей. У цьому плані варто виділити опірність ударам, червоностійкість, жароміцність і високий поріг корозійного ураження. Для деяких сфер застосування метали готують і з урахуванням електрохімічних якостей. В даному випадку легуючі елементи можуть використовуватися для підвищення електро - і теплопровідності, опору окислення, магнитопроницаемости і т. д.

Особливості впливу шкідливих домішок

Типовими представниками шкідливих домішок є фосфор і сірка. Що стосується фосфору, то він за умови з'єднання із залізом здатний формувати тендітні зерна, які зберігаються після легування. У результаті отриманий сплав втрачає високу ступінь щільності, а також наділяється крихкістю. Втім, з'єднання з вуглецем і дає позитивну характеристику, покращуючи процес відділення стружки. Це якість полегшує процеси механічної обробки. Сірка, в свою чергу, є ще більш небезпечною речовиною. Якщо вплив легуючих елементів на сталь в цілому покликане поліпшувати опірність матеріалу зовнішніх впливів, то ця домішка нівелює цю групу якостей. Наприклад, висока концентрація в структурі призводить до збільшення стираності, зниження опору втомленості металу та мінімізації корозійної стійкості.

Технологія виконання легування

Зазвичай легування виконується в рамках металургійного виробництва та являє собою внесення в шихту або масу розплаву додаткових елементів, які розглядалися вище. В результаті термічної обробки в структурі відбуваються хімічні і фізичні процеси з'єднання окремих речовин, а також деформації. Таким чином, легуючі елементи дозволяють покращувати якості металургійних виробів.

Висновок

Легування є складним технологічним процесом зміни характеристик металу. Складність його головним чином полягає в первинному підборі оптимальних рецептів для досягнення бажаного набору властивостей заготовки. Як вже говорилося, вплив легуючих елементів різнопланово і неоднозначно. Один і той же компонент активної добавки може, наприклад, одночасно покращувати міцність металу і погіршувати його теплопровідність. Завдання технологів полягає в розробці виграшних комбінацій елементів, які дозволять зробити металеву деталь або конструкцію найбільш прийнятною за своїми якостями з точки зору використання в конкретних цілях.