Сталь, яка містить крім постійних домішок (манган, силіцій) один або кілька спеціальних елементів з вмістом понад 1 %, називають Легованою.
До легованих сталей спеціально вводять легувальні елементи, які помітно змінюють їхні механічні і фізико-хімічні властивості. До таких елементів належать хром, нікель, молібден, вольфрам, ванадій, кобальт, титан та ін. Манган у кількості понад 1 % і силіцій понад 0,5 % Також є легувальними.
Властивості легованих сталей визначаються кількістю введених легувальних елементів і характером їх взаємної дії з основними компонентами — залізом і вуглецем. За цією ознакою легувальні елементи можна поділити на дві групи: елементи, які не утворюють карбідів (Ni, Co, Si, Al, Си); карбідоутворювальні елементи (Cr, Μn, Mo, W, V, Ті, Zn, Nb).
Введення легувальних елементів сприяє досягненню якіснішої термічної обробки, оскільки вони надають аустеніту великої стійкості.
ВПЛИВ ЛЕГУВАЛЬНИХ ЕЛЕМЕНТІВ НА СТРУКТУРУ І ВЛАСТИВОСТІ СТАЛІ
Хром — дешевий легувальний елемент. Його широко застосовують для легування (в конструкційних сталях до 3 %). Він підвищує твердість і міцність сталі при одночасному незначному зниженні пластичності і в'язкості. Він частково розчиняється у фериті й одночасно утворює міцні карбіди. Хром підвищує опір корозії — при вмісті понад 13 % С г сталь стає неіржавною. Крім того, хром підвищує жароміцність, а також змінює магнітні властивості сталі. Завдяки високій зносостійкості хромистої сталі з неї виготовляють підшипники кочення. Хром вводять у сплав швидкорізальної сталі.
Нікель — цінний легувальний елемент (у конструкційних сталях 1...5 %) — надає сталі міцності, високої пластичності і в'язкості. Його використовують у значній кількості, якщо потрібно одержати немагнітну сталь і сталь підвищеної антикорозійності. Розчиняючись у фериті, нікель зміцнює його. Для легування інструментальних сталей нікель не застосовують.
Вольфрам — дорогий метал. Він дуже підвищує твердість сталі і надає їй червоностійкості — здатності зберігати твердість за підвищених температур. Його вводять переважно в інструментальні і швидкорізальні сталі.
Ванадій — карбідоутворювальний елемент — підвищує твердість сталі і надає їй червоностійкості, сприяє утворенню дрібнозернистої структури, підвищує пружність. Його вводять в інструментальні й швидкорізальні сталі, в невеликій кількості (0,1...0,3%) — у конструкційні сталі.
Молібден — карбідоутворювальний елемент — підвищує твердість і міцність сталі за підвищених температур. Він сприяє утворенню дрібнозернистості. Молібден вводять у конструкційні, інструментальні й жароміцні сталі.
Манган — недорогий легувальний елемент — є постійною домішкою сталі. В конструкційних сталях мангану не більше ніж 2 %. Він підвищує міцність і твердість сталі. З підвищенням вмісту мангану сталь стає зносо - і магнітостійкою.
Силіцій — постійна домішка сталі. У разі введення в сталь до 1 % силіцію міцність її збільшується при збереженні в'язкості (ресорні і пружинні сталі). Він збільшує кислотостійкість, жароміцність. Силіцій вводять у конструкційні, електротехнічні та інші сталі.
Кобальт — підвищує жароміцність, магнітні властивості, збільшує опір ударам.
Титан — підвищує міцність, сприяє подрібненню зерен, поліпшує оброблюваність і опір корозії.
КЛАСИФІКАЦІЯ МАРКУВАННЯ І ЗАСТОСУВАННЯ ЛЕГОВАНИХ СТАЛЕЙ
Класифікація легованих сталей. Леговані сталі класифікують за призначенням, хімічним складом, якістю та структурою.
За призначенням леговані сталі поділяють на конструкційні, інструментальні і сталі з особливими фізичними і хімічними властивостями.
Конструкційні сталі застосовують для виготовлення деталей машин і будівельних конструкцій. Конструкційні сталі повинні мати високі механічні властивості.
Інструментальні сталі і сплави застосовують для виготовлення різних виробничих інструментів (різальних, вимірювальних і ударно - штамнових).
Інструментальні сталі повинні мати високу твердість і зносостійкість.
Сталі і сплави з Особливими фізичними і хімічними властивостями застосовують для виготовлення деталей, які працюють в особливих умовах. Ці сталі об'єднано в шість груп: неіржавні (корозійностійкі), з високим електроопором, електротехнічні, з особливим тепловим розширенням, магнітні і для роботи за високих температур (жаростійкі й жароміцні).
За хімічним складом сталі поділяють залежно від того, які легувальні елементи і в якій кількості містяться в сталі.
За якістю леговану сталь поділяють на якісну, високоякісну і особливо високоякісну, яка містить сірку (до 0,015 %), фосфор (до 0,025 %). Залежно від головних легувальних елементів сталь поділяють на групи, наприклад Хромиста (15Х, 40Х), Марганцевиста (15Г, 30Г2), Хромонікелева (12ХНЗ, 20ХН), Хромомангановосиліцієва (25ХГС). Залежно від вмісту легувальних елементів леговані сталі поділяють на три групи: Низьколеговані (загальним вмістом легувальних елементів до 3 %), Середньолеговані (3...10 % легувальних елементів) і Високолеговані (понад 10 % легувальних елементів).
За структурою у відпаленому стані леговані сталі бувають Доевтектогдні, які мають у структурі вільний ферит; заевтектоїдні — надмірні карбіди і ледебуритні — первинні карбіди, які відокремилися з рідкої фази. За структурою після охолодження на повітрі леговані сталі поділяють на Перлітні, Мартенситні й Аустенітні. Ця класифікація надзвичайно важлива, оскільки за структурою сталей повністю встановлюють їхні властивості. Наприклад, сталь, яка має перлітну структуру, характеризується невеликою твердістю і високою пластичністю, а сталь, яка має мартенситну структуру, надто тверда і крихка.
Маркування легованих сталей. Для маркування сталей стандартом прийнято такі умовні позначення легувальних елементів: X — хром, Η — нікель, В — вольфрам, Φ — ванадій, Μ — молібден, Γ — манган, Д — мідь, К — кобальт, С — силіцій, Ю — алюміній, Ρ — бор, Б — ніобій, Π — фосфор, Τ — титан, Ц — цирконій.