Общие принципы легирования

Основная цель введения легирующих элементов в сталь, кроме улучшения технологических свойств, заключается в повышении стабильности структуры, в том числе и дислокационной. Это обеспечивает основное преимущество легированной пружинной стали, особенно содержащей карбидообразующие элементы, по сравнению с углеродистой – повышенную релаксационную стойкость.

Некарбидообразующие элементы – Si (2,7%), Co (5 %) и особенно Ni (8 %) – заметно снижают энергию взаимодействия между дислокациями и атомами внедрения.

Карбидообразующие легирующие элементы, повышая энергию активации диффузии атомов железа и углерода, соответственно увеличивают стабильность субструктуры мартенсита, а также тех сегрегаций на дислокациях из атомов углерода (и азота), которые возникают в процессе мартенситного превращения, выдержке после его завершения при 20°С и при последующем отпуске. Кроме того, легирующие элементы (карбидообразующие и Si) повышают устойчивость карбидной фазы, уменьшая скорость ее коагуляции вследствие роста энергии активации диффузии углерода и увеличения энергии связи вакансий, т.е. уменьшения их подвижности. Поэтому карбидная фаза легированной стали вплоть до повышенных температур отпуска состоит из весьма дисперсных частиц, плотность и характер распределения которых определяют величину зерен a–фазы при отпуске закаленной стали. С повышением температур отпуска целесообразно увеличивать содержание Cr и Co и снижать количество Mn. V – измельчает зерно, Si повышает упрочнение мартенсита и рост дисперсности карбидов. С увеличением содержания V и Ni растут параметры вязкости разрушения.

С ростом содержания Cr в безуглеродистом мартенсите увеличивается сопротивление малым пластическим деформациям.

Ni не влияет на сопротивление микропластическим деформациям при условии постоянства температуры мартенситного превращения в стали. Ni и Cr упрочняют феррит.

Такие элементы как Si, Al и в меньшей степени V, а также и Mo, повышают сопротивление микропластическим деформациям, тогда как Co практически не влияет на его величину.