Легирование – (от латинского ligo – связываю, соединяю) – введение в состав металлических сплавов так
называемых легирующих элементов для изменения строения сплавов, придания им определённых физических,
химических или механических свойств. В отличие от модифицирования при легировании приобретённые свойства
сохраняются после последующих переплавов металла. [1]
Технический перевод термина "Легирование": англ. alloying, нем. Legierung, фр. alliage.
Легирование подразделяют на объемное и поверхностное. Поверхностное легирование осуществляют введением легирующих элементов только в
поверхностный слой. Поверхностное легирование металла производят, например, при помощи малогабаритных полупроводниковых лазеров.
Объёмное легирование, как следует из названия, достигается обработкой всего объёма металлического расплава
легирующими элементами. Легирование одновременно несколькими элементами, определенное соотношение и содержание которых (лигатуры, ферросплавы)
позволяет получить требуемый комплекс свойств металла (сплава), называется комплексным легированием.
Легирование является одним из главных методов управления литой структурой металлов и сплавов.
Трактовка авторов [2]: Значение термина «легирование» (от лат. Ligare – связывать, соединять) может означать ввод
компонентов (присадок) в расплав, эффект от которого максимальный при достижении термодинамического
равновесия, то есть полного растворения, сопровождающегося увеличением до максимального уровня
энтропии системы. Отсюда следует, что легирование необходимо осуществлять на более ранних стадиях
литейной технологии. Например, использовать природнолегированные шихтовые заготовки либо проводить
этот технологический приём в плавильном агрегате. Если технология легирования осуществляется в ковше
при внепечной обработке, то необходимо уделять серьёзное внимание скорости растворения присадок и
однородности получаемого расплава.
Иными словами, под легированием понимают термодинамически стабильный процесс введения дополнительных компонентов в сплав,
эффект от которого наибольший при максимально однородном распределении легирующих элементов в расплаве. [3]
Легирование металлов и сплавов
Легирование - важная составная часть технологии получения высококачественных экономнолегированных чугунов и сталей.
Теории упрочняющего легирования [3] позволяют на основе диаграмм состояния, атомного строения элементов, ряда физико-химических моделей
прогнозировать свойства сплавов и обосновать выбор легирующего комплекса. Вместе с тем технологии легирования не уделяли должного внимания -
впрочем зачастую это происходит и сегодня.
Операцию легирования сплавов нельзя (!) путать с операциями модифицирования и раскисления (а эта ошибка происходит очень часто), потому что
в этих случаях совершенно разный механизм влияния на стуктуру и свойства сталей и сплавов. Об отличиях легирования от микролегирования
см. на странице Микролегирование.
Как отмечено выше, легирование сплавов следует осуществлять на более ранних стадиях, то есть - ещё при выплавке сплавов, в частности
чугунов и сталей. В случае, если операция легирования металла будет перенесена на стадию обработки в ковше (вне печи), это может приводить
к нестабильности свойств, как следствие того, что тугоплавкие ферросплавы не успеют вовремя и полностью
раствориться. Температуры плавления большинства легирующих элементов, эффективно влияющих на структуру и свойства чугунов и сталей, выше, чем
технологическая температура плавки стали, и тем более - чугуна. Поэтому процесс растворения чистых металлов и их ферросплавов при легировании
происходит в диффузионном режиме и является длительным.
Для легирования железоуглеродистых сплавов используются практически все основные элементы периодической системы,
за исключением, пожалуй, благородных металлов и трансурановых элементов. [3] Но на практике круг элементов, используемых для легирования сплавов,
гораздо уже - в основном это металлы IV-VI групп системы элементов.
Легирование сталей
Сталь может быть легирована одним, двумя элементами и т.д. В зависимости от применяемых для легирования элементов, легированную сталь
называют хромистой, хромоникелевой и т.д.
Марки легированных сталей, их химический состав и технические характеристики определяет ГОСТ 977-88. См. также: Структурные классы легированных сталей.
Несколько слов об экономномном легировании сталей. Промышленные исследования в области совмещённых технологий легирования сталей ванадием
начаты в 40-х годах В.И. Тыжновым и развиты в Уральском НИИ чёрных металлов (УРАЛНИИЧЕРМЕТ). Совмещённые технологии легирования сталей и
особенно чугунов отходами, содержащими оксиды других цветных металлов, изучены гораздо в меньшей степени, что мешает их распространению.
Хотя себестоимость легирования при использовании для этой цели отходов производства, снижается в несколько раз.
Легирование чугунов
Экономное легирование железоуглеродистых сплавов [3] является популярным и востребованным на сегодня развивающимся
методом ресурсосберегающих технологий.
В последнее время легирование чугунов получает всё большее распространение, особенно в промышленно развитых странах (как и легирование сталей).
Это происходит, потому что качество продукции становится важнее количества, которое обеспечивает производство отливок из низкокачественного
нелегированного серого чугуна - благодаря как рыночной экономике, так и общим разумным принципам развития общества.
Марки легированного чугуна для отливок регламентирует ГОСТ 7769-82. Легирование чугуна производят хромом, кремнием, марганцем, никелем,
медью, молибденом, титаном, фосфором, алюминием. Легирование чугуна осуществляют с целью повышения коррозионной стойкости, жаростойкости,
износостойкости чугуна и др. Легированные чугуны подразделяют на хромистые, кремнистые, алюминиевые, марганцевые, никелевые
(См. Нирезист).
Повышение жаростойкости алюминиевых чугунов достигается в основном двумя путями [5]: поверхностным и объемным легированием. Среди многочисленных
способов поверхностного легирования широкое распространение получило алитирование, повышающее жаростойкость и особенно
коррозионноустойчивость чугуна. Но авторы [5] считают наиболее перспективным способ объёмного легирования алюминием.
При выборе технологий легирования сталей, чугунов и других сплавов требуется индивидуальный подход, анализ многообразия легирующих материалов и способов
и рациональная проработка для конкретных производственных условий.
По вопросам легирования чугунов, сталей и сплавов вы можете обратиться к специалистам Исследовательского центра Модификатор.
Контакты >>
Подготовлено: Корниенко А.Э. (ИЦМ)
Лит.:
- Иванов В.Н. Словарь-справочник по литейному производству. – М.: Машиностроение, 1990. – 384 с.: ил.
- Леках С.Н., Бестужев Н.И. Внепечная обработка высококачественных чугунов в машиностроении. Мн.: Наука и техника, 1992. - 269 с.
- Экономное легирование железоуглеродистых сплавов Леках С.Н., Мартынюк М.Н., Случкий А.Г., Трибушевский В.Л., Шитов Е.И.,
Шишкин А.Е.; Под общ. ред С.Н. Лекаха. - Мн.: Навука i тэхнiка, 1996. - 173 с. - ISBN 5-343-0172-Х.
- ГОСТ 977-88 Отливки стальные. Общие технические условия.
- Бобро Ю.Г. Легированные алюминием чугуны с шаровидным графитом / В сб. "Литейное производство: научно-исследовательские и опытные работы. Труды всесоюзного совещания". - М.: МАШГИЗ, 1960. - 252 с.
- ГОСТ 7769-82. Чугун легированный для отливок со специальными свойствами. Марки.
