Влияние кобальта на свойства стали

Влияние химических элементов на свойства стали.

Каталог

Наш Instagram

Влияние хим. элементов на свойства стали.

Условные обозначения химических элементов:

ВЛИЯНИЕ ПРИМЕСЕЙ НА СТАЛЬ И ЕЕ СВОЙСТВА

Углерод — находится в стали обычно в виде химического соединения Fe₃C, называемого цементитом. С увеличением содержания углерода до 1,2% твердость, прочность и упругость стали увеличиваются, но пластичность и сопротивление удару понижаются, а обрабатываемость ухудшается, ухудшается и свариваемость.

Кремний — если он содержится в стали в небольшом количестве, особого влияния на ее свойства не оказывает.(Полезная примесь; вводят в качестве активного раскислителя и остается в стали в кол-ве 0,4%)

Марганец — как и кремний, содержится в обыкновенной углеродистой стали в небольшом количестве и особого влияния на ее свойства также не оказывает. (Полезная примесь; вводят в сталь для раскисления и остается в ней в кол-ве 0,3-0,8%. Марганец уменьшает вредное влияние кислорода и серы.

Сера — является вредной примесью. Она находится в стали главным образом в виде FeS. Это соединение сообщает стали хрупкость при высоких температурах, например при ковке, — свойство, которое называется красноломкостью. Сера увеличивает истираемость стали, понижает сопротивление усталости и уменьшает коррозионную стойкость. В углеродистой стали допускается серы не более 0,06-0,07%. ( От красноломкости сталь предохраняет марганец, который связывает серу в сульфиды MnS).

Фосфор — также является вредной примесью. Снижает вязкость при пониженных температурах, то есть вызывает хладноломкость. Обрабатываемость стали фосфор несколько улучшает, так как способствует отделению стружки.

ЛЕГИРУЮЩИЕ ЭЛЕМЕНТЫ И ИХ ВЛИЯНИЕ НА СВОЙСТВА СТАЛИ

Хром (Х) — наиболее дешевый и распространенный элемент. Он повышает твердость и прочность, незначительно уменьшая пластичность, увеличивает коррозионную стойкость; содержание больших количеств хрома делает сталь нержавеющей и обеспечивает устойчивость магнитных сил.

Никель (Н) — сообщает стали коррозионную стойкость, высокую прочность и пластичность, увеличивает прокаливаемость, оказывает влияние на изменение коэффициента теплового расширения. Никель – дорогой металл, его стараются заменить более дешевым.

Вольфрам (В) — образует в стали очень твердые химические соединения – карбиды, резко увеличивающие твердость и красностойкость. Вольфрам препятствует росту зерен при нагреве, способствует устранению хрупкости при отпуске. Это дорогой и дефицитный металл.

Ванадий (Ф) — повышает твердость и прочность, измельчает зерно. Увеличивает плотность стали, так как является хорошим раскислителем, он дорог и дефицитен.

Кремний (С)- в количестве свыше 1% оказывает особое влияние на свойства стали: содержание 1-1,5% Si увеличивает прочность, при этом вязкость сохраняется. При большем содержании кремния увеличивается электросопротивление и магнитопроницаемость. Кремний увеличивает также упругость, кислостойкость, окалиностойкость.

Марганец (Г) — при содержании свыше 1% увеличивает твердость, износоустойчивость, стойкость против ударных нагрузок, не уменьшая пластичности.

Кобальт (К) — повышает жаропрочность, магнитные свойства, увеличивает сопротивление удару.

Молибден (М) — увеличивает красностойкость, упругость, предел прочности на растяжение, антикоррозионные свойства и сопротивление окислению при высоких температурах.

Титан (Т) — повышает прочность и плотность стали, способствует измельчению зерна, является хорошим раскислителем, улучшает обрабатываемость и сопротивление коррозии.

Ниобий (Б) — улучшает кислостойкость и способствует уменьшению коррозии в сварных конструкциях.

Алюминий (Ю) — повышает жаростойкость и окалиностойкость.

Медь (Д) — увеличивает антикоррозионные свойства, она вводится главным образом в строительную сталь.

Церий — повышает прочность и особенно пластичность.

Цирконий (Ц) — оказывает особое влияние на величину и рост зерна в стали, измельчает зерно и позволяет получать сталь с заранее заданной зернистостью.

Лантан, цезий, неодим — уменьшают пористость, способствуют уменьшению содержания серы в стали, улучшают качество поверхности, измельчают зерно.

Влияние химического состава на механические свойства стали

Каждый химический элемент, входящий в состав стали, по-своему влияет на ее механические свойства – улучшает или ухудшает.

Углерод (С), являющийся обязательным элементом и находящимся в стали обычно в виде химического соединения Fe₃C (карбид железа), с увеличением его содержания до 1,2% повышает твердость, прочность и упругость стали и уменьшает вязкость и способность к свариваемости. При этом также ухудшаются обрабатываемость и свариваемость.

Кремний (Si) считается полезной примесью, и вводится в качестве активного раскислителя. Как правило, он содержится в стали в небольшом количестве (в пределах до 0,4%) и заметного влияния на ее свойства не оказывает. Но при содержании кремния более 2% сталь становится хрупкой и при ковке разрушается.

Марганец (Mn) содержится в обыкновенной углеродистой стали в небольшом количестве (0,3-0,8%) и серьезного влияния на ее свойства не оказывает. Марганец уменьшает вредное влияние кислорода и серы, повышает твердость и прочность стали, ее режущие свойства, увеличивает прокаливаемость, но снижает стойкость к ударным нагрузкам.

Сера (S) и фосфор (Р) являются вредными примесями. Их содержание даже в незначительных количествах оказывает вредное влияние на механические свойства стали. Содержание в стали более 0,045% серы делает сталь красноломкой, т.е. такой, которая при ковке в нагретом состоянии дает трещины. От красноломкости сталь предохраняет марганец, который связывает серу в сульфиды (MnS). Содержание в стали более 0,045% фосфора, делает сталь хладноломкой, т.е. легко ломающейся в холодном состоянии. Обрабатываемость стали фосфор несколько улучшает, так как способствует отделению стружки.

Ниобий (Nb) улучшает кислостойкость стали и способствует уменьшению коррозии в сварных конструкциях.

Титан (Тi) повышает прочность, плотность и пластичность стали, улучшает обрабатываемость и сопротивление коррозии. Повышает прокаливаемость стали при малых содержаниях и понижает при больших.

Хром (Cr) повышает прочность, закаливаемость и жаростойкость, режущие свойства и стойкость на истирание, но снижает вязкость и теплопроводность стали. Содержание большого количества хрома (в обычных сортах стали доходит до 2%, а в специальных — до 25%) делает сталь нержавеющей и обеспечивает устойчивость магнитных сил.

Молибден (Mo) повышает прочностные характеристики стали, увеличивает твердость, красностойкость, антикоррозионные свойства. Делает ее теплоустойчивой, увеличивает несущую способность конструкций при ударных нагрузках и высоких температурах. Затрудняет сварку, так как активно окисляется и выгорает.

Никель (Ni) увеличивает вязкость, прочность и упругость, но несколько снижает теплопроводность стали. Никелевые стали хорошо куются. Значительное содержание никеля делает сталь немагнитной, коррозионностойкой и жаропрочной.

Вольфрам (W) образуя в стали твердые химические соединения – карбиды, резко увеличивает твердость и красностойкость. Увеличивает работоспособность стали при высоких температурах, ее прокаливаемость, повышает сопротивление стали к коррозии и истиранию, уменьшает свариваемость.

Ванадий (V) обеспечивает мелкозернистость стали, повышает твердость и прочность. Увеличивает плотность стали, так как является хорошим раскислителем. Снижает чувствительность стали к перегреву и улучшает свариваемость.

Кобальт (Co) повышает жаропрочность, магнитные свойства, увеличивает сопротивление удару.

Алюминий (Аl) является активным раскислителем. Делает сталь мелкозернистой, однородной по химическому составу, предотвращает старение, улучшает штампуемость, повышает твердость и прочность, увеличивает сопротивление окислению при высоких температурах.

Медь (Cu) влияет на повышение коррозионной стойкости, предела текучести и прокаливаемости. На свариваемость не влияет.

Для всестороннего понимания и анализа процессов, происходящих при легировании и деформировании сталей, важную роль играет знание зависимостей между химическим составом и механическими свойствами.

Целью настоящих исследований является изучение комплексного влияния химического состава на предел текучести σ_Т арматурной стали класса А500С.

В течение сентября и октября текущего года в Лаборатории испытаний строительных материалов и конструкций ГБУ «ЦЭИИС» проводились испытания образцов арматурных стержней диаметром от Ø16 до Ø36. Были выполнены более 30 параллельных испытаний. При этом для одной и той же пробы данного типоразмера арматурных стержней определяли фактическую массовую долю химических элементов с помощью оптико-эмиссионного спектрометра PMI-MASTER SORT (рис.1) и механические свойства стали при помощи испытательной машины ИР-1000М-авто (рис.2).

Рис.1 — Испытание арматурного стержня для определения химического состава стали.

Рис.2 — Испытания арматурной стали на растяжение.

Для обеспечения достоверности статистических выводов и содержательной интерпретации результатов исследований сначала определили необходимый объем выборки, т.е. минимальное количество параллельных испытаний. Так как в данном случае испытания проводятся для оценки математического ожидания, то при нормальном распределении исследуемой величины минимально необходимый объем испытаний можно найти из соотношения:

где υ – выборочный коэффициент вариации,

t_α,k – коэффициент Стьюдента,

α=1-P – уровень значимости (Р — доверительная вероятность),

k = n-1 – число степеней свободы,

Δ_М – максимальная относительная ошибка (допуск) при оценке математического ожидания в долях математического ожидания (Δ_М = γ*δ_М, где γ — генеральный коэффициент вариации, δ_М – максимальная ошибка при оценке математического ожидания в долях среднеквадратического отклонения).

Как правило, генеральный коэффициент вариации γ неизвестен, и его заменяют выборочным коэффициентом вариации υ, для определения которого нами была проведена серия из десяти предварительных испытаний.

По результатам проведенных испытаний и выполненных расчетов при доверительной вероятности Р=0,95 получен необходимый объем выборки, равной n=26. Фактическое количество испытаний, как было сказано выше, составило 36.

Массив данных, полученных по результатам проведенных параллельных испытаний, был обработан с помощью многофакторного корреляционного анализа.

Уравнение множественной регрессии может быть представлено в виде:

Y = f (β, X) + ε,

где X=(X₁, X₂,…, X_m) – вектор независимых (исходных) переменных; β – вектор параметров (подлежащих определению); ε – случайная ошибка (отклонение); Y – зависимая (расчетная) переменная.

Разработка множественной корреляционной модели всегда сопряжена с отбором существенных факторов, оказывающих наибольшее влияние на признак-результат. В нашем случае из дальнейшего рассмотрения были исключены три элемента (Аl, Тi, W) по причине их низкой массовой доли (

Если вы нашли ошибку: выделите текст и нажмите Ctrl+Enter

Влияние кобальта на свойства стали

КОБАЛЬТ — вещество серебристо-белого цвета с слегка желтоватым, розоватым или синеватым отливом. В металлургии применяется при легировании сталей, используемых для изготовления режущего и обрабатывающего инструментов. Кобальт повышает твердость и прочность стали, повышают ее жаропрочность и допускает закалку при более высоких температурах. и улучшают механические свойства, акцентирует отдельные эффекты других элементах в более сложных сталях.

Как микроэлемент, кобальт входит в состав витамина В12 и содержится в теле человека в соотношении 0.1-0.2мг на 1 кг. массы человека.

Молибден применяется в сталях, используемых при производстве режущего инструмента — в ст. 440 и ATS-55 (до 0.75%), ст. VG-1 и AUS-8 (до 0.3%), ст. VG-10 (до 1.2%), ст. ATS-34 и BG-42 (до 4%). Молибден применяется и при производстве порошковых сталей, VANADIS 10 (1.5%).
===

УГЛЕРОД — в виде древесного угля применялся в древности для выплавки металлов. Он и сейчас является важнейшей примесью металла, играющей огромную положительную роль в процессах производства стали. Углерод присутствует в сталях большинства марок. Расширяя область температур устойчивого состояния и улучшая свойства железа, углерод позволяет получать сталь с широким диапазоном механических свойств. В сталях очень немногих марок специального назначения (электротехнической, нержавеющей, прочной и т.п.) углерод является нежелательной примесью. Углерод является главным потребителем кислорода, подводимого в ванну для окисления примесей, пример, в мартеновском скрап-рудном и конверторном процессе до 75—80% и более кислорода расходуется на окисление углерода. Поэтому управление процессом окислительного рафинирования во многих случаях производится главным образом к регулированию реакции окисления углерода. Пузыри СО, проходя через жидкий металл, также способствуют удалению из него газов и неметаллических включений в процессе плавки (особенно в подовых процессах) и во время вакуумирования.

Традиционно считается, что углерод увеличивает стойкость кромки и повышает предел прочности при растяжении, твердость стали и увеличивает устойчивость к износу и истиранию. Его высокие значения уменьшают коррозионную стойкость стали и изготовленных из нее инструментов.
===

МЕДЬ — пластичный металл красно-розового цвета. Как добавка к сталям увеличивает их стойкость к коррозии.

МАРГАНЕЦ — в чистом виде это твердый и хрупкий металл серебристо-белого цвета. Относится к черным металлам. Марганец ввиду образования прочных карбидов несколько снижает пластичность стали, особенно при обычной температуре. Поэтому в малоуглеродистой стали, идущей на глубокое штампование без нагрева (автомобильные кузова и др.), желательно низкое содержание (0,2—0,3%) марганца. Примерно такими же пределами ограничивается его содержание в углеродистом инструментальной стали, так как при более высоком содержании ухудшаются режущие свойства стали. Но при легировании инструментальной стали марганцем ее качество повышается благодаря улучшению прокаливаемости. Следует подчеркнуть, что повышение качества стали в результате легирования ее марганцем, так же как и другими элементами, оказывается существенным обычно лишь тогда, когда сталь подвергается соответствующей термической обработке. Поэтому применение легированной стали без термической обработки наносит большой ущерб.

Впрочем, марганцем улучшают свойства не только железа. Так, с его помощью металл очищают от серы, считающейся вредной примесью, а сплавы марганца с медью обладают высокой прочностью и коррозионной стойкостью. Считается, что марганец увеличивает прокаливаемость, износостойкость и прочность на разрыв. Является деоксидом и дегазатором для удаления кислорода из расплавленного металла. В больших количествах повышает твердость и хрупкость.
===

НИКЕЛЬ — металл серебристо-белого цвета. Как добавка повышает прочность и ударную вязкость стали. Используется в качестве компонента ряда нержавеющих сталей. Является основой большинства суперсплавов — нихром, белое золото, пермаллой, инвар и т.д. Цены на никель часто колеблются в пределах $15-18 тыс/тн.

НИОБИЙ — металл серо-стального цвета, покрывается голубоватой оксидной пленкой. Чистый металл пластичен и может быть прокатан в тонкий лист (до толщины 0, 01 мм.) в холодном состоянии без промежуточного отжига. Ниобий устойчив против действия соляной, серной, азотной, фосфорной и органических кислот любой концентрации. Коррозионная стойкость ниобия в кислотах и других средах, в сочетании с высокой теплопроводностью и пластичностью делают его ценным конструкционным материалом для аппаратуры в химических и металлургических производствах.

Ниобий входит в состав различных жаропрочных сплавов для газовых турбин реактивных двигателей. Легирование ниобием молибдена, титана, циркония, алюминия и меди резко улучшает свойства этих металлов, а также их сплавов. Существуют жаропрочные сплавы на основе ниобия в качестве конструкционного материала для деталей реактивных двигателей и ракет (изготовление турбинных лопаток, передних кромок крыльев, носовых концов самолётов и ракет, обшивки ракет). Ниобий и сплавы на его основе можно использовать при рабочих температурах 1000 — 1200°С. Карбид ниобия входит в состав некоторых марок твёрдых сплавов на основе карбида вольфрама, используемых для резания сталей. Ниобий широко используется как легирующая добавка в сталях. Добавка ниобия в количестве, в 6-10 раз превышающем содержание углерода в стали, устраняет межкристаллитную коррозию нержавеющей стали и предохраняет сварные швы от разрушения. Ниобий также вводят в состав различных жаропрочных сталей (например, для газовых турбин), а также в состав инструментальных и магнитных сталей.
===

АЗОТ — используется вместо углерода для матрицы стали. Атом азота будет функционировать так же, как атом углерода, но предлагает необычные свойства в области устойчивости к коррозии.

ФОСФОР — в сталях большинства марок является вредной примесью. Содержание его в исходной шихте обычно бывает в несколько раз выше допустимого в готовой стали. Поэтому в процессах плавки стали, как правиле возникает необходимость обязательной дефосфорации металла. Вредное влияние фосфора на сталь связано в первую очередь с тем, что он имеет неограниченную растворимость в жидком железе, но плохо растворяется в твердом железе, особенно в аустените. Поэтому при кристаллизации и дальнейшем охлаждении стали фосфор выделяется в виде фосфидов железа, которые, имея температуру плавления ниже температуры кристаллизации стали и обладая свойством смачивать металл, располагаются преимущественно по границам зерен. Фосфиды, которые выделяются в межосных пространствах дендритов в твердом железе при температуpax 650—680°С и выше, обладают склонностью перо распределяться и также переходить к границам зерен. В результате снижается пластичность металла, особенно ударная вязкость при низких температурах, т. е. фосфор вызывает хладноломкость стали. В связи с этим устанавливают особо строгие пределы содержания фосфора в сталях, предназначенных для работы в низко температурных условиях.

Повышенное содержание фосфора также ухудшает кузнечную свариваемость стали. Это может привести например, к плохому завариванию пустот в слитках при обработке давлением, в связи с чем могут увеличиваться отходы (головная обрезь) от слитков. Сталь с высоким содержанием фосфора обладает и так называемой синеломкостью, т.е. хрупкостью при температурах 500—600° С.

КРЕМНИЙ — может быть в аморфной форме (порошок) или кристаллической; цвет темно-серый, слегка блестящий. В металлургическом производстве используется как компонент сплава (бронза, силумин), раскислитель и дегазатор для удаления кислорода из расплавленного металла (чугун и стали), как модификатор свойств стали или легирующий элемент и т.д. Традиционного увеличивает прочность стали.

СЕРА — светло-желтое порошкообразное вещество. Сера является вредной примесью, снижающей механическую прочность и свариваемость стали, а также ухудшающей ее электротехнические, антикоррозионные и другие свойства. Отрицательное влияние серы на свойства стали обычно сказывается уже при содержании 0,01—0,015% (в некоторых случаях и при более низком). Ухудшение механических и некоторых других свойств стали при повышенном содержании серы объясняется тем, что сера имеет практически неограниченную растворимость в жидком железе, а в твердом железе растворяется плохо. Низкое содержание серы является важнейшим показателем высокого качества спокойной и кипящей стали.

Однако сказанное относится в основном к тем сталям, которые не подвергаются обработке резанием. В сталях, обрабатываемых резанием, сера повышает обрабатываемость, поэтому, например, в отдельные марки сталей серу вводят специально (0,1-0,2%).
===

ВОЛЬФРАМ — блестящий светло-серый металл, являющимся самым тугоплавким из металлов. Пластичен. Сплавы вольфрама, ввиду его высокой температуры плавления, получают методом порошковой металлургии. Сплавы, содержащие вольфрам, отличаются жаропрочностью, кислотостойкостью, твердостью и устойчивостью к истиранию. Вольфрам — важный компонент лучших марок инструментальных сталей. Добавляет сплаву ударную вязкость и увеличивает прокаливаемость.

Для механической обработки металлов и неметаллических конструкционных материалов в машиностроении (точение, фрезерование, строгание, долбление), бурения скважин, в горнодобывающей промышленности широко используются твёрдые сплавы и композитные материалы на основе карбида вольфрама (например, победит, состоящий из кристаллов WC в кобальтовой матрице; широко применяемые в Украине марки — ВК2, ВК4, ВК6, ВК8, ВК15, ВК25, Т5К10, Т15К6, Т30К4), а также смесей карбида вольфрама, карбида титана, карбида тантала (марки ТТ для особо тяжёлых условий обработки, например, долбление и строгание поковок из жаропрочных сталей и перфораторное ударно-поворотное бурение крепкого материала). Широко используется в качестве легирующего элемента (часто совместно с молибденом) в сталях и сплавах на основе железа. Высоколегированная сталь, относящаяся к классу «быстрорежущая», с маркировкой, начинающейся на букву Р, практически всегда содержит вольфрам.
==

P.S. Более подробно о сталях, упомянутых выше и о других, используемых для изготовления клинков, парикмахерского или маникюрного инструмента можно прочесть в ЭТОЙ статье.

Создана 11.07.15, посл.обновление — 29.09.17

Влияние кобальта на превращение при отпуске и красностойкость литой быстрорежущей стали Текст научной статьи по специальности « Технологии материалов»

Похожие темы научных работ по технологиям материалов , автор научной работы — В. А. Кащук

Текст научной работы на тему «Влияние кобальта на превращение при отпуске и красностойкость литой быстрорежущей стали»

ТОМСКОГО ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА

ВЛИЯНИЕ КОБАЛЬТА НА ПРЕВРАЩЕНИЕ ПРИ ОТПУСКЕ 11

КРАСНОСТОЙКОСТЬ ЛИТОЙ БЫСТРОРЕЖУЩЕЙ СТАЛИ

(Представлено профессором доктором А. Н. Добровидовым)

Изготовление режущего инструмента при помощи литья проще и дешевле изготовления кованого и катаного инструмента [1J.

Инструмент из быстрорежущей стали, полученный отливкой в металлические формы (кокиль), получает закалку в процессе охлаждения отливки и не нуждается в термической обработке кроме отпуска. Новая технология изготовления открывает новые возможности для применения кобальтовых быстрорежущих сталей. Многие виды режущего инструмента простой формы при изготовлении способом литья в кокиль могут быть получены в законченном виде, требующем лишь заточки по режущим граням и трехкратного отпуска [2].

Таким образом, изучение влияния кобальта на процесс отпуска литой в кокиль быстрорежущей стали, а также определение красностойкости ее представляет практический и научный интерес. Ниже приводятся результаты исследований автора.

Исследуемые стали выплавлялись в индукционной высокочастотной печи. Шихтой служили отходы стали Р18, ферросплавы и специально приготовленный чугун. Сталь разливалась в металлические формы на центробежной машине.

Химический состав сталей приведен в табл. J.

Для изучения кинетики процессов превращения при отпуске стали образцы всех плавок отпускались 3 раза по 1 часу при 560°, а затем подвергались многократному часовому отпуску при температурах 560, 600, 625, 650 и 700°С.

Для каждой температуры нагрева использовались отдельные образцы.

Результаты измерения твердости литых образцов сталей плавок 1,4 и 7 после различного числа отпусков при разных температурах приведены в виде графиков слева на фиг. 1, 2 и 3. Справа на этих фигурах построены кривые для определения красностойкости „по Геллеру44, которая характеризуется максимальной температурой четырехкратного отпуска, после которого сталь сохраняет твердость, равную 60 Нр . Вертикальная пунктирная линия на правых графиках

показывает красностойкость сталей в С°.

В работе установлено, что в процессе многократного отпуска при 560° с увеличением содержания кобальта количество отпусков,

Фиг. I. Красностойкость и изменение твердости после многократных отпусков при разных температурах стали плавки 1.

количество отпускав с ВЬ/дерткКой 1 час

550′ 600° 650′ Ж Температура отпусков

!» плавки Содержание элементов, %

1 0,75 18,90 i 4,01 1,30 1

2 0,88 19,14 4,80 1,37 6,16

3 0,87 18,70 4,89 1,40 10,57

4 0,85 19,18 4,87 1,28 17,77

5 0,87 19,03 4,74 1,33 20,99

6 0,85 18,67 4,89 1,31 25,11

7 0,88 18,64 4,83 1 1,33 31,50

необходимое для достижения максимальной твердости, все увеличивается. Если для стали плавки 1 оно равнялось 1, то в сталях плавок 4 и 5 оно уже равняется соответственно 4 и 5 отпускам, а в стали плавки 6—10 отпускам. В стали плавки 7 даже в результате десятикратного отпуска не удается повысить твердость выше 50 .

Следует обратить внимание на то, что в стали плавки 2 так же, как в стали плавки 1, максимальная твердость достигается после 1-го отпуска, то есть здесь нет необходимости в увеличении кратности отпуска.

Сравнение графиков, приведенных на фиг. 1, 2 и 3, показывает, что с увеличением содержания кобальта в стали твердость ее в процессе мноюкратных отпусков при высокой температуре повышается. Так, после четырехкратного отпуска при 700° твердость стали плавки 1 равна 47 На у стали плавки 7 она равняется 61 Н#

Основным фактором, определяющим режущие свойства быстрорежущей стали, является ее красностойкость, т. е. способность сохранять высокую твердость при нагреве до температур начала красного свечения (порядка 600°).

Красностойкость опытной стали определялась по методике, разработанной Ю. А. Геллером. Образцы отпускались три раза при температуре 560° и затем подвергались четырехкратному нагреву при 560, 600, 625, 650 и 700°С с выдержкой по 1 часу. Значение красностойкости приведено в табл. 2.

№ плавки 1 2 3 4 5 6 7

Красностойкость в °С 630 j 645 660 670 1 680 690 710

Для определения наилучшего температурного интервала отпуска, а также степени устойчивости остаточного аустенита и мартенсита с повышением температуры отпуска образцы стали всех плавок подвергались отпуску при последовательно повышающейся температуре в интервале 100 —770°С с выдержкой 1 час при каждой температуре иагрева.

Изменения твердости в процессе последовательных отпусков приведены в табл. 3.

Твердость, Нп АС

S температура отпусков в °С

er* g после отлив 100 200 ЗСО 400 500 550 1 575 ! 600 650 700 750 770

1 66,0 66,0 65,0 63,5 63,5 66,0 67,0 | 66,0 64,0 60,0 52,0 47,0 _

2 65,0 65,0 63,0 62,0 63,0 67,5 67,5 67,0 66,0 64,0 58,0 49,5 —

3 63,0 63,0 62,0 60,0 62,0 68,0 68,0 57,5 67,0 65,0 60,0 50,5 —

4 54,0 55,0 57,0 54,0 56,0 63,0 68,0 70,5 70,0 66,5 61,5 53,5 —

5 49.0 50,0 48,0 48,0 48,0 60,0 64,0 69,0 71,0 68,5 63,0 55,0 —

6 40,0 40,0 40,0 39,0 39,0 42,0 43,5 47,0 51,0 61,5 64,0 56,5 —

7 38,5 38,5 38,5 38,5 38,5 41,0 43,0 45,0 46,5 49,0 58,5 60,0 58,5

При анализе данных табл. 3 следует обратить внимание на такие особенности быстрорежущей стали с кобальтом: если в стали плавки 1 повышение твердости после провала ее в интервале 300 — 400° начинается с 400° (63,5 Н/?с) и достигает максимума при 550° (67,0

то в стали плавки 7 оно начинается также с 400° (38,5 Н^), а достигает максимума только при 750° (60,0 Повышение твердости

после провала в интервале 300—400° можно объяснить превращением остаточного аустенита в мартенсит и частично дисперсионным твердением а-фазы. Главным фактором повышения твердости является, по нашему мнению, превращение остаточного аустенита, так как повышение твердости на 21,5 которое имеет место в стали плавки 7,

трудно объяснить за счет одного дисперсионного твердения.

Из табл. 3 видно, что с увеличением содержания кобальта в стали максимум вторичной твердости сдвигается к более высоким температурам отпуска, и расширяется температурный интервал, в котором наблюдается вторичная твердость. Устойчивость остаточного аустенита с увеличением содержания кобальта растет.

Правда, следует отметить поведения сталей плавок 2 и 3 при последовательных отпусках. В этих сталях превращение остаточного аустенита начинается при той же температуре, что и у стали плавки 1, и заканчивается при 500°. Такое поведение этих сталей указывает на уменьшение >стойчивости остаточного аустенита в них по сравнению с устойчивостью остаточного аустенита стали PI8.

Различное влияние кобальта на устойчивость остаточного аустенита (уменьшение устойчивости в сталях с содержанием кобальта до 10%, увеличение ее в сталях с большим содержанием кобальта) можно объяснить различной температурой и различным дилатометрическим эффектом мартенситного превращения при отпуске сталей с содержанием кобальта до 10% и сталей с большим содержанием кобальта.

В исследовании Мишеля и Беназе [3] приводятся температуры и дилатометрический эффект мартенситного превращения при отпуске быстрорежущей стали с различным содержанием кобальта (до 20%) и отмечается, что при одинаковом режиме отпуска, чем больше в стали будет кобальта, тем ниже будет лежать точка мартенситного

превращения при первом отпуске и тем меньше будет дилатометрический эффект. Кроме того, в исследовании Мишеля и Беназе отмечается, что быстрорежущая сталь без кобальта более устойчива против отпуска, чем 5% кобальтовая сталь, и что высокую устойчивость против отпуска быстрорежущая сталь получает при содержании кобальта более 10%.

Результаты настоящей работы совпадают с вышеуказанными данными исследования Мишеля и Беназе,

Так как стали с различным содержанием кобальта обладают неодинаковой устойчивостью остаточного аустенита, то при выборе оптимальных режимов отпуска этих сталей следует учитывать это обстоятельство. Опытным путем нами были подобраны оптимальные режимы отпуска для достижения максимальной твердости (табл. 4).

№ плавки Режимы отпуска Твердость, Но с

2 Отпуск 530°С—20 мин, 550°С—20 мин. 68,0

3 Отпуск 550еС — 20 мин, 560°С—30 мин. 69,0

4 Отпуск 560°С — 30 мин, 575°С—30 мин.„ 70,0

5 Отпуск 575°С — 30 мин, 600°С-30 мин. 70,5

6 Отпуск 650°С—45 мин, 560°С-2Х кр. 1 час. 70,0

7 ; Отпуск 670°С—1 час, 560°С—2х 1 кр. 1 час. 66,5

1. Кобальт увеличивает количество остаточного аустенита при закалке стали.

2. Различное содержание кобальта по-разному действует на устойчивость остаточного аустенита. До 10% кобальт уменьшает устойчивость остаточного аустенита, а свыше 10%—увеличивает ее.

3. С увеличением содержания кобальта в стали в процессе отпуска при последовательно повышающейся температуре максимум вторичной твердости сдвигается к более высоким температурам отпуска, л температурный интервал, в котором наблюдается вторичная твердость, расширяется.

4. Кобальт значительно повышает красностойкость литой быстрорежущей стали.

1. Лебедев Т. А. и Ре вис И. А. Структура и свойства литого инструмента из быстрорежущей стали» Машгиз, 1949.

2. Тихонов И. Т. Изв. Томского политехнического института, том 68, вып. 1,

3. Michel A. et .Benazet P., Revue de Metallurgie, 1932, № 5.

Кобальт износостойкий жаропрочный металл, применяется как легирующая добавка к сталям, сплавам. В качестве износостойкого покрытия. В постоянных магнитах

Металл кобальт

На данный момент существует огромное множество природных и добываемых искусственно металлов, которые активно используются в промышленных сферах и научных целях. Некоторые из них содержатся в организме человека, растениях, тканях животных, почве и воде. К этой группе относят и кобальт. Он известен человечеству с древних времен, так как с его участием люди создавали краски и стекла в Вавилоне, Китае, Египте. Вплоть до сегодняшних дней он востребован, распространен и важен для экономики, промышленности, сельского хозяйства и медицины.

Основные сведения

Кобальт – это химический компонент с обозначением «Со» в таблице Менделеева. В периодической системе он находится на 27 позиции. В природном виде состоит из двух нуклидов: 59 Со и 57 Со. На воздухе вступает в реакцию с кислородом и окисляется. При воздействии высоких температур хорошо объединяется с галогенами. Устойчивость и переменную валентность проявляет в простых соединениях. Пирофорная форма в мелко измельченном виде легко поддается возгоранию на воздухе.

История открытия

Применение металла в древности было обосновано его свойствами. Оксиды использовались для окрашивания стекла и эмали в насыщенный синий оттенок. При этом рецепт красителя держался в строжайшей тайне вплоть до XVII века. Добывался он из рудников в Саксонии, откуда и пришла легенда о происхождении.

В переводе с саксонского название означает термин «подземный гном. С этим персонажем связаны первые упоминания о металле. В те времена не всегда добываемая руда содержала серебряные частицы, хотя по всем показателям соответствовала нужному материалу. Такое явление считали колдовством и проделками подземного жителя.

По мнению ученых современников такое волшебство объяснить просто: получаемая руда была не серебряной, а содержала кобальтовые минералы с мышьяком. Внешне их легко спутать.

В 1735 году Г. Брандт принялся за изучение нечистой руды. В ходе работ у него получилось отделить кобальт металл. Он получил серебристо-серый с розоватым окрасом элемент, которому и дал название, используемое и по сей день.

Физические и химические свойства

Данный металл является ферромагнетиком, а точка Кюри составляет 1121 градусов. Внешне он серебристо-белый, блестит розовыми бликами и тяжелый. Электроотрицательность составляет 1,88 по шкале Полинга. Желтый оттенок присутствует при тонком покрытии окисления. Другие параметры приведены в списке:

• атомная масса составляет 58,93 а.е.м.;
• диаметр атома приравнивается к 250 пм.;
• плотность Кобальта 8,9 г/см³;
• предельная тепловая емкость 0,456 Дж/(K·моль);
• теплопроводность 100 Вт/(м·K);
• температура плавления кобальта 1493 градусов по Цельсию;
• t кипения 2957 градусов по Цельсию;
• теплота плавления достигает 15,48 кДж/моль;
• сопротивление кобальта 6.247*10-8;
• молярный объем 6,7 см³/моль.

Среди химических данных находятся: ковалентный радиус составляет 130 пм, радиус иона достигает (+6e) 62 (+4e) 70 пм, электродный потенциал равен 0, а степеней окисления существует несколько – 6, 5, 4, 3, 2.

Марки металла и сплавов

На данный момент задействовано несколько вариантов марки:

1. К0, К1Ау, К1А, К1, К2. Это группа металла, где уровень содержания элемента составляет не менее 99,98% для К0 и как минимум 98,3% для К2. Они производятся в форме слитков, листов, полос и пластов. Для изготовления на заводах эксплуатируют свойства электролиза, а также рафинирования.
2. ПК-1у. Представляет собой марку с уровнем включения данного элемента как минимум в 99,35%. Она реализуется в порошковой форме, добываемой путем проведения электролиза.

Обе категории востребованы в промышленности и пользуются спросом.

Достоинства и недостатки

Некоторые свойства кобальта обеспечивают металл рядом положительных характеристик. К преимуществам можно отнести хорошие показатели жаропрочности и стойкости к тепловым воздействиям, прочность даже при нагревании. Помимо этого элемент стоек к размагничиванию, так как это воздействие не влияет на него ни при повышении температуры, ни при механических нагрузках. Из минусов отмечается в основном одно – высокая цена, так как этот металл относится к категории дорогостоящих.

Области применения

Данный элемент широко применяется в промышленной сфере, сельском хозяйстве, медицине. В чистой форме используется редко: радиоактивный металл нужен для γ-дефектоскопии и γ-терапии и для производства измерительных инструментов.

В основном он включается в сплавы для получения очень твердых и прочных материалов, постоянных магнитов. Такие варианты нужны для создания элементов авиационной техники, при строительстве ракет, в электротехнической и атомной отрасли.

Также элемент играет роль легирующей добавки в металлопрокате. Он улучшает режущие способности сталей и повышает температуру потери твердости. Благодаря такому влиянию его включают в состав тугоплавких и стойких к нагреву сплавов.

В атомной промышленности с его участием создают конструкционные элементы реакторов. Также применение кобальта достаточно интенсивно в области создания сплавов, стойких к кислотам и коррозии. В сочетании с никелем он применяется для нанесения защитного покрытия на готовые изделия, механизмы и детали.

В химической и нефтехимической промышленности металлический порошок нужен как катализатор, а в лакокрасочной, стекольной и керамической – для окрашивания.

Для медицины он также ценен, так как участвует в ходе лучевого лечения раковых заболеваний и стерилизации приборов. В сельском хозяйстве радиоактивный изотоп применяется для удаления насекомых в урожае, а соли элемента играют роль удобрения и подкормки для животных.

Продукция из данного металла

Рассмотрев, что такое кобальт и как его применяют, важно указать в каком виде его выпускают. На сегодня наибольшей популярностью на потребительском рынке пользуется порошок, слитки и пластины из этого элемента. Реже выпускают проволоку. Такая продукция эксплуатируется в случаях, когда нужны материалы повышенной прочности, жаростойкости, твердости и детали с высоким магнитным сопротивлением.