Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Сталь (польск. stal, от нем. Stahl) – деформирующийся (ковкий) сплав железа с углеродом (до 2,14 %) и другими элементами.
Стали, как наиболее широко используемые материалы, представлены в современной технике значительным числом марок (составов), исчисляемых тысячами, причем оно постоянно увеличивается в соответствии с возникающими новыми разнообразными требованиями многих отраслей промышленности. В связи с этим, характеризовать стали по одному какому-либо признаку, одинаковому для всех марок, сложно. Наиболее рациональным подходом при решении этой задачи является распределение сплавов по свойствам, наиболее характерным для отдельных групп с классификацией по следующим основным признакам:
– химическому составу;
– структуре;
– степени раскисления;
– качеству;
– назначению.
По химическому составу стали классифицируются на углеродистые и легированные. У обеих групп различаются низкоуглеродистые (С < 0,3 %), среднеуглеродистые (С = 0,3…0,7 %) и высокоуглеродистые (С > 0,7 %). У легированных сталей, в зависимости от введенных элементов, различаются группы хромистых, хромоникелевых и многих других. По количеству легирующих элементов стали могут быть низколегированными (менее 5 %), среднелегированными (5…10 %), высоколегированными (более 10 %).
По структуре стали систематизируются в отожженном и нормализованном состояниях. В зависимости от структуры в отожженном (равновесном) состоянии они могут быть следующих классов:
– доэвтектоидные, имеющие структуру избыточного феррита;
– эвтектоидные, структура которых состоит из перлита;
– заэвтектоидные, в структуре которых имеются вторичные (выделяющиеся из аустенита) карбиды;
– ледебуритные, содержащие в структуре первичные (эвтектические) карбиды;
– аустенитные, со структурой аустенита;
– ферритные, со структурой феррита.
Углеродистые стали могут быть первых трех классов, а легированные – всех классов.
По степени раскисления стали делятся на спокойные, полуспокойные и кипящие.
Раскислением называется процесс удаления кислорода из жидкого металла более активными (чем железо) элементами, иначе сталь хрупко разрушается при горячей деформации.
Спокойные стали раскисляются алюминием, марганцем и кремнием. Они содержат мало кислорода и затвердевают спокойно, без выделения газов. Содержание кремния в таких сталях обычно составляет 0,12…0,35 %, что повышает предел текучести, но снижает пластичность.
Кипящие стали раскисляются только марганцем. Перед разливкой они содержат повышенное количество кислорода, который при кристаллизации взаимодействуя с углеродом удаляется в виде углекислого газа. Выделение газа создает впечатление, что сталь кипит. Кипящие стали сравнительно дешевые. Они производятся низкоуглеродистыми и практически без кремния (менее 0,07 %).
Полуспокойные стали раскисляются алюминием и марганцем и занимают промежуточное положение между спокойными и кипящими.
По качеству стали классифицируются на стали обыкновенного качества, качественные, высококачественные и особовысококачественные. Под качеством понимается совокупность свойств, определяемых процессом ее производства, и зависит от химического состава, строения, содержания газов (кислорода, водорода, азота) и вредных примесей (серы и фосфора). Так как газы относятся к трудноопределяемым компонентам, то разделение сталей по качеству производится, в основном, по количеству вредных примесей. Стали обыкновенного качества содержат до 0,06 % серы и 0,07 % фосфора; качественные – до 0,04 и 0,03 % соответственно; высококачественные – не более 0,025 %; а особовысококачественные – не более 0,015 % каждого. Стали обыкновенного качества выпускаются только углеродистыми (С < 0,5 %), качественные и высококачественные – углеродистыми и легированными, особовысококачественные – легированными.
По назначению стали подразделяются на конструкционные, инструментальные и специальные.
Наиболее распространенной группой является группа конструкционных сталей, из которых изготавливаются изделия промышленных предприятий, транспорта, строительства. Эти стали выдерживают значительные нагрузки, обладают высокой прочностью и вязкостью, имеют высокую сопротивляемость динамическим и ударным воздействиям. Среди конструкционных сталей можно выделить цементуемые, улучшаемые, высокопрочные, рессорно-пружинные, строительные, арматурные, шарикоподшипниковые и другие.
Инструментальные стали подразделяются на стали для режущего и измерительного инструмента, штампов холодного и горячего деформирования.
К сталям специального назначения относятся жаростойкие и жаропрочные, коррозионностойкие, износостойкие, электротехнические и другие.
3.2.2. Углеродистые стали
|
Состав и свойства углеродистых сталей. Это сложные по химическому составу сплавы, основными составляющими которых являются железо (97,0…99,5 %) и углерод (до 2,14 %). Кроме того, в них находится ряд элементов, наличие которых вызвано технологическими особенностями производства (марганец, кремний) или невозможностью полного удаления (сера, фосфор, кислород, водород, азот), а также случайные примеси (хром, никель, медь и др.). Основное влияние на свойства сталей оказывает углерод. С его увеличением повышаются твердость и прочность, но при этом уменьшаются вязкость и пластичность (рис. 37). Прочность (sв) достигает максимального значения при содержании углерода примерно 0,9 %. С его увеличением повышается порог хладноломкости и уменьшается ударная вязкость. Углерод также оказывает влияние и на технологические свойства: при его повышении сталь снижает способность деформироваться в горячем и особенно холодном состояниях, затрудняется свариваемость. Примеси в сталях подразделяются на полезные, вредные и случайные. К полезным примесям относятся кремний и марганец, которые вводятся в сталь в качестве раскислителей при ее выплавке. После раскисления эти элементы частично переходят в сплав. Количество марганца обычно не превышает 0,5…0,7 %, а кремния 0,3…0,5 %. Они растворяются в феррите и тем самым повышают его твердость и прочность. |
|
К вредным примесям относятся сера, фосфор, кислород, водород, азот.
|
|
Сера вызывает хрупкость стали при ее горячей обработке. Такое явление называется красноломкостью. Красноломкость связана с образованием сульфида железа FeS, который с Fe образует легкоплавкую эвтектику Эвт [FeS+Fe]. Температура плавления эвтектики 988 °С и располагается она по границам зерен. При горячей обработке стали (с температурой нагрева 1000 °С и выше) эвтектика расплавляется и сталь хрупко разрушается. Поэтому количество серы в сталях строго ограничивается. Красноломкость понижает марганец, который связывает серу в сульфиды MnS, при этом образование легкоплавкой эвтектики исключается. Частицы сульфидов располагаются в виде отдельных включений, вытянутых в направлении прокатки. Наличие таких включений приводит к снижению пластичности и ударной вязкости. Фосфор, растворяясь в феррите, повышает его прочность, но очень сильно понижает пластичность, вызывая в стали хладноломкость – уменьшение ударной вязкости при понижении температуры (рис. 38). Порогом хладноломкости называется температура, при которой ударная вязкость резко падает. Различаются верхний и нижний пороги хладноломкости. Верхний порог соответствует температуре, при которой в изломе испытуемого образца стали имеется 90 % вязкой составляющей, а нижний порог соответствует наличию в изломе лишь 10 % вязкой составляющей. Критическая температура хрупкости соизмеряется с 50 % вязкой составляющей. |
Каждая 0,01 % фосфора повышает порог хладноломкости на 25 °С. Вредное влияние фосфора усугубляется еще и тем, что он обладает большой склонностью к ликвации. Участки, обогащенные фосфором, отличаются повышенной хрупкостью. Поэтому даже в углеродистых сталях обычного качества количество фосфора не превышает 0,045 %.
Вредные примеси в виде газов находятся в сталях в небольших количествах и трудно определяются. Такие примеси называются скрытыми.
Газовые примеси частично растворены в железе, частично находятся в виде неметаллических включений (оксидов и нитридов) или расположены в свободном состоянии в раковинах, трещинах и других пустотах. Оксиды и нитриды – твердые и хрупкие соединения, которые являясь концентраторами напряжений, снижают пластичность сталей. Водород, несмотря на то, что он не растворяется в стали, вызывает надрывы, называемые флокенами.
Случайные примеси – это элементы попадающие в стали при выплавке из руд или вторичного сырья.
Назначение и маркировка углеродистых сталей. На рис. 39 приведена классификация углеродистых сталей по назначению.
Конструкционные углеродистые стали обычного качества составляют до 70 % всего проката. Они широко применяются в промышленности, строительстве, на транспорте, в том числе и железнодорожном. Например, сталь Ст3 используется в вагоно- и локомотивостроении для изготовления рам тележек рефрижераторных вагонов, балок надрессорных тележек, подпятников, шкворней, опорных и хребтовых балок, кузовов крытых цельнометаллических вагонов, дверей вагонов всех типов, крышек разгрузочных люков полувагонов и т.д.
Рис. 39. Классификация углеродистых сталей по назначению
Согласно ГОСТ 380-94 конструкционные углеродистые стали обычного качества подразделяются на три группы: А, Б и В (рис. 39). В каждой группе имеется несколько марок.
Группа А (поставляемая по механическим свойствам) включает семь марок – Ст0, Ст1, Ст2, Ст3, Ст4, Ст5, Ст6.
Группа Б (поставляется по химическому составу) имеет также семь марок – БСт0, БСт1, БСт2, БСт3, БСт4, БСт5, БСт6.
Группа В, которая поставляется как по механическим свойствам, так и по химическому составу, включает только пять марок: ВСт1, ВСт2, ВСт3, ВСт4, ВСт5.
Стали всех групп с номерами марок 1, 2, 3, 4 по степени раскисления изготавливаются кипящими, полуспокойными и спокойными. При их маркировке в конце обозначения приводятся буквы кп (кипящая), пс (полуспокойная) или сп (спокойная). Например, сталь БСт3кп – сталь углеродистая конструкционная обычного качества, поставляется по химическому составу, третьей марки, кипящая.
Полуспокойные стали с номерами марок 1…6 производятся с обычным и повышенным содержанием марганца (от 0,7 до 1,0 %). В этом случае при их обозначении после цифры добавляется буква Г (например, БСт 4Гпс).
Стали марок Ст0 и БСт0 по степени раскисления не разделяются.
Стали марок ВСт1, ВСт2, ВСт3 всех категорий и всех степеней раскисления (в том числе и с повышенным содержанием марганца) поставляются с гарантией свариваемости.
Постановлением Государственного комитета Российской Федерации по стандартизации, метрологии и сертификации от 2 июня 1997 г. № 205 с 1 января 1998 г. введен в действие межгосударственный стандарт ГОСТ 380-94 в качестве государственного стандарта, распространяемого на углеродистую сталь обыкновенного качества, предназначенную для изготовления проката горячекатаного: сортового, фасонного, толстолистового, тонколистового, широкополосного и холоднокатаного тонколистового, а также слитков, блюмов, слябов, сутунок, труб, поковок и штамповок, лент, проволоки, метизов и др.
Согласно отмеченному стандарту углеродистая сталь обыкновенного качества изготавливается следующих марок: Ст0, Ст1кп, Ст1пс, Ст1сп, Ст2кп, Ст2пс, Ст2сп, Ст3кп, Ст3пс, Ст3сп, Ст3Гсп, Ст3Гпс, Ст4кп, Ст4пс, Ст4сп, Ст5пс, Ст5сп, Ст5Гсп, Ст6пс, Ст6сп. Химический состав этих сталей соответствует нормам, приведенным в табл. 2.
Межгосударственный стандарт 380-94 соответствует международным стандартам ИСО 630-80 «Сталь конструкционная. Пластины, широкие фаски, бруски и профили» и ИСО 1052-82 «Сталь конструкционная общего назначения» в части требований к химическому составу. В табл. 3 показано сопоставление марок сталей типа «Ст» и «Fe».
Стали марок Fe 490, Fe 590, Fe 690 изготавливаются полуспокойными и спокойными. Для сталей марок Fe 310, Fe 360, Fe 430, Fe 510 массовая доля марганца – не более 1,6 %; кремния – не более 0,55 %.
Таблица 2
Химический состав сталей
|
Марка стали |
Массовая доля элементов, % |
Марка стали |
Массовая доля элементов, % |
||||
|
C |
Mn |
Si |
C |
Mn |
Si |
||
|
Ст 0 |
< 0,23 |
- |
- |
Ст 3Гпс |
0,14…0.22 |
0,8…1,1 |
< 0,15 |
|
Ст 1кп |
0,06…0,12 |
0,25…0,50 |
<0,05 |
Ст 3Гсп |
0,14…0,20 |
0,8…1,1 |
0,15…0,30 |
|
Ст 1пс |
0,06…0,12 |
0,25…0,50 |
0,05…0,15 |
Ст 4кп |
0,18…0,27 |
0,4…0,7 |
< 0,05 |
|
Ст 1сп |
0,06…0,12 |
0,25…0,50 |
0,15…0,30 |
Ст 4пс |
0,18…0,27 |
0,4…0,7 |
0,05…0,15 |
|
Ст 2кп |
0,09…0,15 |
0,25…0,50 |
<0,05 |
Ст 4сп |
0,18…0,27 |
0,4…0,7 |
0,15…0,30 |
|
Ст 2пс |
0,09…0,15 |
0,25…0,50 |
0,05…0,15 |
Ст 5пс |
0,28…0,37 |
0,5…0,8 |
0,05…0,15 |
|
Ст 2сп |
0,09…0,15 |
0,25…0,50 |
0,15…0,30 |
Ст 5сп |
0,28…0,37 |
0,5…0,8 |
0,15…0,30 |
|
Ст 3кп |
0,14…0,22 |
0,30…0,60 |
< 0,05 |
Ст 5Гпс |
0,22…0,30 |
0,8…1,2 |
< 0,15 |
|
Ст 3пс |
0,14…0,22 |
0,40…0,65 |
0,05…0,15 |
Ст 6пс |
0,38…0,49 |
0,5…0,8 |
0,05…0,15 |
|
Ст 3сп |
0,14…0,22 |
0,40…0,65 |
0,15…0,30 |
Ст 6сп |
0,38…0,49 |
0,5…0,8 |
0,15…0,30 |
Таблица 3
Сопоставление марок сталей типа «Ст» и «Fe»
по международным стандартам ИСО 630-80 и ИСО 1052-82
|
Марки стали |
|||
|
«Ст» |
«Fе» |
«Ст» |
«Fe» |
|
Ст 0 |
Fe 310 |
– |
Fe 360 – D |
|
Ст 1кп |
– |
Ст 4кп |
Fe 430 – A |
|
Ст 1пс |
– |
Ст 4пс |
Fe 430 – B |
|
Ст 1сп |
– |
Ст 4сп |
Fe 430 – C |
|
Ст 2кп |
– |
– |
Fe 430 – D |
|
Ст 2пс |
– |
Ст 5пс |
Fe 510 – B, Fe 490 |
|
Ст 2сп |
– |
Ст 5Гпс |
Fe 510 – B, Fe 490 |
|
Ст 3кп |
Fe 360 – A |
Ст 5сп |
Fe 510 – C, Fe 490 |
|
Ст 3пс |
Fe 360 – B |
Ст 6пс |
Fe 590 |
|
Ст 3Гпс |
Fe 360 – B |
Ст 6сп |
Fe 590 |
|
Ст 3сп |
Fe 360 – C |
– |
Fe 690 |
|
Ст 3Гсп |
Fe 360 – C |
|
|
Конструкционные углеродистые качественные стали подразделяются (рис. 39) на стали с нормальным содержанием марганца (до 0,7 %) и с повышенным (0,7…1 %). По содержанию углерода – на низкоуглеродистые (С < 0,3 %), среднеуглеродистые (С = 0,3…0,7 %) и с повышенным содержанием углерода (С > 0,7 %). При одинаковом содержании углерода конструкционная качественная сталь является более пластичной и вязкой, чем сталь обычного качества.
Низкоуглеродистые качественные стали, обладающие невысокой прочностью, но высокой пластичностью применяются для изготовления различных малонагруженных деталей. Из листового и полосового проката особо пластичной стали (с содержанием углерода 0,05…0,1 %) выполняются изделия холодной штамповкой и глубокой вытяжкой.
Среднеуглеродистые стали применяются после нормализации, улучшения, закалки с низким отпуском и поверхностного упрочнения для изготовления различных деталей в общем и транспортном машиностроении.
Стали с повышенным содержанием углерода обладают значительной прочностью, высокими упругими свойствами и износостойкостью. Они используются после закалки и отпуска для изготовления деталей, работающих в условиях трения при наличии высоких статических и вибрационных нагрузок.
Обозначаются качественные конструкционные стали словом «сталь» и двузначным числом, показывающим примерное содержание углерода в сотых долях процента. При этом для сталей с содержанием углерода менее 0,2 %, не подвергнутых полному раскислению, в конце обозначения добавляются буквы кп (для кипящих сталей) или пс (для полуспокойных).
Для сталей подвергнутых полному раскислению (спокойных) буквы в конце их наименований не добавляются. Слово «сталь» при обозначении допускается опускать.
Примеры обозначений:
– сталь 60 – конструкционная углеродистая качественная спокойная сталь с примерным содержанием углерода 0,6 %;
– 10пс – конструкционная углеродистая полуспокойная качественная сталь с примерным содержанием углерода 0,1 %;
– 75Гпс – конструкционная углеродистая качественная полуспокойная сталь с примерным содержанием углерода 0,75 % и повышенным содержанием (0,7…1 %) марганца.
Углеродистые качественные стали специального назначения относятся к сталям, к которым предъявляются повышенные требования, учитывающие особые условия работы конструкций.
На железнодорожном транспорте важное место в этой группе занимают стали для мостостроения, рельсовые, осевые, бандажные, колесные, котельные и другие.
Так стали для мостостроения отличаются большой степенью раскисленности и хорошей свариваемостью. Они обладают значительной ударной вязкостью, которая определяется после искусственного старения с учетом возможных изменений свойств при длительной эксплуатации мостов.
Рельсовые стали обладают высокой контактной прочностью и износостойкостью. Они имеют плотную макроструктуру без пороков усадочного характера, высокую сопротивляемость ударным нагрузкам. Для повышения стойкости против износа и образования контактно-усталостных дефектов, рельсы подвергаются термическому упрочнению.
Стали для осей локомотивов и вагонов близки по составу к углеродистой конструкционной качественной стали марки 40. Она применяется в нормализованном состоянии.
Стали для цельнокатаных колес вагонов и бандажей локомотивов близки по составу к сталям 55 и 60. Колеса подвергаются закалке с отпуском.
К группе сталей специального назначения относятся также автоматные стали, которые имеют повышенную обрабатываемость режущим инструментом благодаря наличию в них значительного содержания серы (до 0,3 %) и фосфора (до 0,15 %). В целях повышения обрабатываемости кроме серы и фосфора в стали вводятся свинец, селен, теллур. Такие стали дают возможность в 2…3 раза сократить расход режущего инструмента. Однако, механические свойства (пластичность, вязкость) у автоматных сталей весьма низкие. Поэтому они используются в основном при изготовлении на станках-автоматах малоответственных изделий.
Обозначение углеродистых сталей специального назначения многообразно. Некоторые из них обозначаются аналогично углеродистым качественным (50, 55, 60 и др.), у других – к содержанию углерода добавляется определенный индекс. Например, у литейных конструкционных качественных сталей в конце приводится буква Л (сталь 20Л), а у автоматных – в начале проставляется буква А (сталь А12), рельсовые стали маркируются буквой М (М75, М76) и т.д.
Углеродистые качественные инструментальные стали делятся на две группы:качественные и высококачественные (рис. 39). Качественные стали маркируются буквой У и следующей за ней цифрой, показывающей среднее содержание углерода в десятых долях процента. Например, У8 означает, что это углеродистая инструментальная качественная сталь со средним содержанием углерода 0,8 %. Высококачественные инструментальные стали имеют более низкое содержание серы и фосфора, чем качественные. Обозначаются они аналогично последним, но в конце проставляется буква А. Например, У12А – углеродистая инструментальная высококачественная сталь со средним содержанием углерода 1,2 %.
Для режущего инструмента (фрезы, зенкеры, сверла, пилы, ручные ножовки, шаберы, напильники, бритвы и т.д.) обычно используются заэвтектоидные стали У10, У11, У12, У13. Такие инструменты, как зубила, отвертки, топоры, кернеры и др. изготавливаются из сталей У7, У8.
Углеродистые стали используются в качестве режущих только в том случае, когда обработка идет с малыми скоростями, не вызывающими в зоне резания температур, превышающих 200 °С. При более высоких температурах первоначальная высокая твердость (обеспечиваемая закалкой инструмента) резко снижается и режущие свойства теряются.
3.2.3. Легированные стали
Легированием (от нем. legieren – сплавлять, от лат. ligo – соединяю) называется введение в состав металлических сплавов так называемых легирующих элементов для изменения их структуры, придания определенных физических или механических свойств. Легирующие добавки, как правило, вводятся в расплавленный металл.
Легированные стали – стали, которые помимо обычных компонентов (углерода, марганца, кремния, серы, фосфора) содержат и другие (легирующие) элементы, либо кремний или марганец в повышенном, кроме обычного, количестве. Легирующие элементы вводятся в основном в виде ферросплавов или лигатур. При суммарном содержании легирующих элементов до 5 % сталь считается низколегированной, от 5 до 10 % – среднелегированной и более 10 % – высоколегированной.
Легированные стали производятся качественными, высококачественными и особовысококачественными. Наиболее часто они подвергаются закалке и отпуску, так как в отожженном состоянии по механическим свойствам практически не отличаются от углеродистых.
Влияние легирующих элементов на структуру и свойства сталей. Основной структурной составляющей конструкционных сталей является феррит (не менее 90 % по объему), который во многом определяет их свойства. Поэтому улучшение свойств при легировании обусловлено в первую очередь влиянием легирующих элементов на свойства феррита. Кроме того, легирующие элементы воздействуют на образование и дисперсность карбидных фаз, устойчивость мартенсита при отпуске, прокаливаемость, размеры зерен.
Многие легирующие элементы образуют с углеродом карбиды, а с железом – твердые растворы. Элементы с малым атомным радиусом (азот, бор) образуют (как и углерод) твердые растворы внедрения, а остальные – твердые растворы замещения. Если атомные радиусы элементов отличаются от атомного радиуса железа до 15 %, то эти элементы имеют повышенную растворимость в Fea или Feg вплоть до неограниченной (например, хром и никель).
Легирующие элементы, растворяясь в феррите, упрочняют его. Наиболее сильно повышают твердость кремний, марганец и никель. Меньшее влияние на твердость оказывают молибден, вольфрам и хром (рис. 40,а). Упрочняя феррит, большинство легирующих элементов (за исключением никеля) снижают его ударную вязкость (рис. 40, б). Марганец и хром, при их содержании до 1,5 %, ударную вязкость несколько повышают. Однако, при дальнейшем возрастании количества она снижается, достигая уровня нелегированного феррита, примерно при 3,5 % хрома и 1,5 % марганца. Следовательно, для достижения заданных свойств легированных сталей количество легирующих компонентов должно быть рациональным.
Рис. 40. Влияние легирующих элементов на свойства феррита: а – твердость; б – ударная вязкость
Наряду с железом в легированных сталях всегда присутствует углерод, с которым многие легирующие элементы могут вступать во взаимодействие, образуя карбиды.
Легирующие элементы по отношению к углероду располагаются в ряд по возрастающей степени сродства к углероду и устойчивости карбидных фаз: Fe → Mn → Cr → Mo → W → Nb → V → Zr → Ti.
Все карбиды, встречающиеся в сталях, в зависимости от строения кристаллической решетки подразделяются на две группы:
– карбиды первой группы имеют сложные кристаллические решетки, сравнительно легко растворяются в аустените при нагреве. При этом они более устойчивы (при высоких температурах), чем легированный цементит;
– во вторую группу входят специальные карбиды, которые являются фазами внедрения. Эти карбиды имеют простые кристаллические решетки и обладают высокой устойчивостью. В реальных условиях они почти не растворяются в аустените.
Все карбидные фазы имеют высокую температуру плавления и большую твердость. В этом отношении карбиды второй группы превосходят карбиды первой группы.
Не образуют карбидов кремний, алюминий, медь, никель. Эти элементы находятся в сталях в твердых растворах (аустените или феррите). Отмеченные элементы при определенных условиях снижают устойчивость карбидов других элементов. Особенно сильно они влияют на устойчивость цементита, способствуя его распаду на феррит и свободный углерод (графит). Такие элементы называются графитизирующими. Наиболее графитизирующее действие оказывает кремний.
Легирующие элементы в промышленных сталях могут находиться в свободном состоянии; в форме интерметаллических соединений с железом или между собой; в виде оксидов, сульфидов и других неметаллических включений.
Не образуют соединений с железом свинец, серебро и медь. Кроме того, серебро и свинец нерастворимы в твердом железе, а растворимость меди составляет приблизительно 1 %. Поэтому при наличии в стали даже незначительного количества свинца, серебра или меди они будут находиться в виде металлических включений. Стали легированные серебром, свинцом (кроме автоматных сталей) и медью (при содержании ее более 1 %) промышленного использования не имеют.
Большинство применяемых легирующих компонентов могут образовывать интерметаллические соединения, что имеет большое значение для формирования структуры и свойств высоколегированных сталей.
Многие элементы (особенно имеющие сродство к кислороду большее, чем у железа) образуют оксиды и другие неметаллические соединения. Такие элементы используются в качестве раскислителей при выплавке сталей.
Кроме большого сродства к кислороду, некоторые элементы имеют большее, чем у железа, сродство к сере, в результате чего образуются сульфиды.
В общем случае количество оксидов, сульфидов и других неметаллических включений в обычных промышленных сталях невелико и зависит от способа их получения.
На железнодорожном транспорте наиболее широкое применение находят стали, содержащие следующие легирующие элементы:
– хром в количестве до 0,3 % в низколегированных сталях; 0,7…3,5 % в среднелегированных и 9…35 % в высоколегированных хромистых и хромоникелевых. Этот элемент повышает коррозионную стойкость и твердость, содействует образованию тугоплавких окислов. Он относится к недефицитным легирующим компонентам, что предопределяет его широкое использование;
– марганец также относится к относительно дешевым и широко распространенным легирующим элементам. До 1,5 % нередко используется как заменитель никеля. Он существенно повышает предел текучести, однако делает сталь чувствительной к перегреву. Поэтому для измельчения зерна вместе с ним вводятся карбидообразующие компоненты. В значительных количествах (11…14 % в сталях типа Г13Л) обеспечивает высокую вязкость, износостойкость и повышенную наклепываемость;
– кремний, количество которого ограничивается 1,5…2 %, дешевый, не образующий карбидов элемент. Значительно повышает жидкотекучесть (что ухудшает свариваемость), несколько затрудняет разупрочнение стали при отпуске, повышает порог хладноломкости при содержании свыше 1 %;
– никель вводится в количестве 0,2…35 %. Сильно повышает вязкость, хладостойкость, коррозионную стойкость, пластические и прочностные свойства сталей, измельчает зерна;
– молибден и вольфрам относятся к дорогим и дефицитным карбидообразующим элементам. Вводятся в количествах 0,15…0,8 % молибдена и 0,18…1,8 % вольфрама. Они увеличивают твердость и прочность стали при ударных нагрузках и высоких температурах, измельчают зерно, повышают стойкость к отпуску, увеличивают прокаливаемость;
– титан и ванадий вводятся в количествах 0,02…1 % и 0,05…0,8 % соответственно. Относятся к сильным карбидообразующим компонентам. Вводятся в стали, содержащие хром, марганец, никель для измельчения зерна. Повышают прочность и вязкость. Однако, при повышенном их содержании образуются специальные труднорастворимые при нагреве избыточные карбиды, которые снижают прокаливаемость и располагаясь по границам зерен способствуют хрупкому разрушению.
– бор используется для микролегирования сталей с целью увеличения прокаливаемости. Вводится в количестве 0,002…0,005 %. Микролегирование бором эквивалентно 1 % никеля; 0,5 % хрома и 0,2 % молибдена.
Назначение и классификация легированных сталей. По назначению легированные стали можно подразделить на конструкционные (общего назначения, для машиностроения, строительные, высокопрочные, коррозионностойкие, жаропрочные и др.), инструментальные и стали с особыми физическими свойствами.
Конструкционные легированные стали делятся на улучшаемые, цементуемые, для азотирования, для поверхностной закалки и ряд других.
Улучшаемые стали содержат 0,3…0,5 % углерода, до 1 % хрома и до 5 % других легирующих элементов, которые должны обеспечивать сквозную прокаливаемость изделий и заданный уровень свойств по всему сечению, так как все улучшаемые стали подвергаются закалке и высокотемпературному отпуску. Для измельчения зерна вводятся по 0,1 % титана, ванадия, ниобия, циркония. Для уменьшения хрупкости, стали легируются молибденом или вольфрамом. Для изготовления деталей сложных конфигураций в стали вводится никель.
Цементуемые стали содержат углерода 0,1…0,3 %. Для повышения твердости цементованного слоя и увеличения глубины прокалки в стали вводятся хром и бор, а для изделий с большими сечениями дополнительно легируются хромом и никелем. Для уменьшения стоимости цементуемых сталей никель иногда заменяется марганцем.
Для поверхностной закалки применяются стали с содержанием 0,4…0,5 % углерода и 1,5…2 % хрома.
Азотированию подвергаются стали с наличием 0,3…0,4 % углерода легированные хромом и молибденом (1,7…2,1 % каждого). Кроме этих элементов, в стали зачастую вводятся дополнительно алюминий или титан, которые образуют в насыщенном азотом слое очень твердые и химически прочные нитриды.
В группу легированных сталей для машиностроения можно включить пружинно-рессорные, шарикоподшипниковые и износостойкие.
Пружинные стали должны обладать высоким пределом текучести (не менее 1000 МПа) при твердости 39…44 НRС для чего они легируются кремнием, хромом, марганцем, ванадием, бором. Так, например, для пружин подвижного состава железнодорожного транспорта основным материалом является сталь с содержанием, %: 0,57…0,65 углерода; 0,6…0,9 марганца и 1,5…2 кремния; а для рессор грузовых автомобилей – 0,46…0,54 углерода; 0,5…0,8 марганца; 0,17…0,37 кремния; 0,8…1,1 хрома и 0,1…0,2 ванадия.
Железнодорожный транспорт и транспортное машиностроение являются крупнейшими потребителями подшипников. Для изготовления шариков, роликов и колец подшипников качения используются высокоуглеродистые (С = 0,4…1,15 %) стали легированные хромом от 0,4 до 1,95 %. Крупногабаритные подшипники изготавливаются из шарикоподшипниковых сталей, которые кроме хрома содержат кремний и марганец. К шарикоподшипниковым сталям предъявляются очень жесткие требования по содержанию неметаллических включений, так как они являются основной причиной разрушения подшипников качения. Изделия из шарикоподшипниковых сталей подвергаются закалке с последующим низким отпуском до твердости 61…66 НRС.
Необходимые свойства износостойких сталей обеспечиваются закалкой на мартенсит с включениями карбидов очень высокой твердости. Однако есть сталь, имеющая сравнительно небольшую твердость (180…220 НВ), которая в условиях трения, сопровождаемая большим удельным давлением, обладает значительным сопротивлением износу. Это высоколегированная марганцовистая сталь Г13, содержащая 1…1,4 % углерода; 11…14 % марганца и 0,7 % кремния. Эту сталь иногда называют сталью Гадфильда по имени инженера, предложившего ее состав в 1886 г. Сталь хорошо работает в условиях ударного износа, так как способна упрочняться в местах приложения нагрузки. Она имеет широкое применение на железнодорожном транспорте. Из этой стали изготавливаются работающие в очень тяжелых условиях крестовины стрелочных переводов, ковши экскаваторов, детали камнедробилок, некоторые детали электровозов – втулки подвески тормозного башмака, боковые опоры, детали крепления тягового электродвигателя и др.
К коррозионностойким относятся стали обладающие высокой стойкостью против коррозии в атмосферных условиях, в морской и речной воде, в растворах солей и кислот. Основным легирующим компонентом нержавеющих сталей является хром. При его содержании 12…13 % повышается электрохимический потенциал до положительных значений, структура становится однофазной ферритной. Кроме того, от коррозии предохраняет тонкая, но очень прочная пленка окислов Cr2O3, которая образуется на поверхности деталей. Антикоррозионные свойства хромистых сталей повышаются введением в их состав никеля. В соответствии с этим различаются хромистые и хромоникелевые нержавеющие стали. Часто в хромоникелевые стали вводится титан (до 0,7 %), чтобы связать углерод в стойкие карбиды титана и тем самым предотвратить образование карбидов хрома, которые обедняют границы зерен хромом и сталь становится склонной к межкристаллитной коррозии.
Из-за дефицитности никеля разработан ряд нержавеющих сталей с меньшим его содержанием. Для сохранения аустенитной структуры в их состав вводится большое количество марганца.
На железнодорожном транспорте коррозионностойкие стали используются для изготовления лопаток турбин, химической аппаратуры, котлов цистерн, предназначенных для перевозки серной и азотной кислоты, поливинилхлорида, расплавленной серы, плодоовощных соков и т. д.
Жаростойкие стали должны обладать высокой сопротивляемостью образования окалины при воздействии различных газов в условиях повышенной температуры. Для этих целей в состав сталей вводятся хром, алюминий и кремний, которые образуют прочные пленки окислов (Cr2O3, Al2O3, SiO2), защищающих металл от кислорода и печных газов при температурах до 1000 °С.
Жаростойкие стали не являются жаропрочными, поэтому не могут выдерживать значительные нагрузки при высоких температурах в течение длительного времени.
К жаропрочным относятся стали, сохраняющие достаточно высокую прочность и окалиностойкость при высоких температурах. Все жаропрочные стали легируются хромом, который играет роль упрочнителя. Для работы до 580 °С используются стали перлитного класса (0,12…0,2 % углерода; 0,3…0,5 % хрома; 0,4…0,6 % молибдена). Более жаропрочными являются стали мартенситного класса (0,12…0,19 % углерода; 10…11,5 % хрома; 0,6…0,8 % молибдена).
К жаропрочным сталям относятся сильхромы, легированные хромом и кремнием: 0,35…0,45 % углерода; 8…10 % хрома; 2…3 % кремния.
Из них изготавливаются клапаны двигателей внутреннего сгорания. Наиболее жаропрочные аустенитные стали содержат большие количества хрома, марганца, никеля и добавки молибдена, вольфрама, ванадия, ниобия, бора. Такие стали упрочняются либо за счет карбидов, либо за счет промежуточных фаз. В сталях с карбидным упрочнением находится до 0,3…0,55 % углерода.
Для работы изделий при температурах выше 700 °С используются сплавы на основе никеля, кобальта и молибдена, а также металлокерамические на основе тугоплавких соединений.
В качестве строительных сталей наиболее часто используются низколегированные сплавы с содержанием, %: углерода не более 0,22; марганца до 1,8; кремния 1,1…1,2; хрома и никеля до 0,8; меди 0,3…0,5; ванадия и азота до 1,5; титана до 0,3.
Легирующие элементы, растворяясь в феррите, измельчают карбидную фазу, уменьшают размер зерен, увеличивают склонность аустенита к переохлаждению. Все это приводит к высоким значениям пределов прочности и текучести, сохранению высокой пластичности. Введение в сталь меди и никеля увеличивает коррозионную стойкость в атмосферных условиях, понижает порог хладноломкости. Существенно повышают механические и технологические свойства ванадий (0,05…0,12 %) и азот (0,015…0,025 %). При их взаимодействии образуется нитрид ванадия, позволяющий получить очень мелкое зерно и низкий порог хладноломкости.
Строительные стали имеют хорошую свариваемость, высокие значения прочности и ударной вязкости, как при обычных, так и при пониженных температурах. Низколегированные горячекатаные стали используются и в качестве арматурных для изготовления обычных и предварительно напряженных конструкций (стержневая арматурная сталь).
Инструментальные легированные стали должны обладать высокой твердостью (60…65 НRС), прочностью и износостойкостью. В некоторых случаях от инструментов требуется повышенная коррозионная стойкость.
В зависимости от условий эксплуатации инструментальные стали подразделяются на стали для измерительных инструментов, стали для режущих инструментов и штамповые.
Для измерительных инструментов (плиток, шаблонов, калибров) используются стали, имеющие высокую твердость, износостойкость, сохраняющие постоянство размеров. Наиболее часто применяются высокоуглеродистые хромистые стали с содержанием углерода 0,95…1,3 % и хрома 1,3…1,65 %.
Легированные стали для режущих инструментов имеют невысокую теплостойкость и пригодны только для резания с небольшой скоростью. Они имеют 0,85…1,4 % углерода и легированы хромом, марганцем, кремнием, вольфрамом. Стали могут работать при температурах не выше 250 °С. Они используются для изготовления напильников, плашек, холодных вырубных штампов. Стали с повышенным содержанием вольфрама (2…4,5 %) после закалки имеют очень высокую твердость (64…67 НRС) и применяются для пил по металлу и граверных инструментов.
Быстрорежущие стали, в отличие от других инструментальных, имеют высокую теплостойкость, то есть способность сохранять высокую твердость, прочность и износостойкость при повышенных температурах, возникающих в зоне резания. Это дает возможность повышать скорости резания (в 2…4 раза) и стойкость инструмента (в 10…30 раз) по сравнению со сталями, не обладающими высокой теплостойкостью. Основными легирующими элементами быстрорежущих сталей являются, %: углерод 0,8…1; вольфрам 5,5…19; хром 3…4,5; ванадий 1…2,5; молибден 0,5…5,5. Их фазовый состав в отожженном состоянии представляет собой легированный феррит и карбиды. В феррите растворена большая часть хрома, а вольфрам, молибден и ванадий практически полностью находятся в карбидах.
Для придания быстрорежущей стали высокой теплостойкости осуществляется ее закалка и многократный отпуск. Последний необходим для того, чтобы при цикле «нагрев–охлаждение» происходило более полное превращение остаточного аустенита в мартенсит и повышение твердости.
Из быстрорежущих сталей изготавливаются фасонные резцы, сверла, развертки, зенкеры, метчики, протяжки, фрезы, долбяки, шеверы, инструменты для холодного и полугорячего выдавливания легированных сталей и сплавов.
Штамповые стали предназначены для изготовления инструментов и штампов холодного и горячего деформирования. Штампы для деформирования металлов при нормальных температурах должны иметь высокую твердость, износостойкость, прочность и достаточную вязкость. В связи с тем, что в процессе деформирования достигается большая скорость штампы разогреваются до температуры 200…350 °С, что требует от инструментов значительной теплостойкости. Наиболее часто для изготовления таких штампов используются стали с содержанием углерода 0,5…1,65 %, хрома 1,5…12,5 %, ванадия 0,1…0,9 %. Кроме того, для измельчения зерна, достижения высокой устойчивости аустенита, увеличения прокаливаемости, уменьшения карбидной неоднородности в стали включаются кремний, марганец, молибден, вольфрам в количествах от 0,5 до 2,5 %.
Износостойкость и устойчивость против нагрева может быть повышена азотированием при температуре 520…560 °С перед закалкой.
Стали для изготовления штампов деформирующих металл в горячем состоянии должны иметь, кроме высоких механических свойств при повышенных температурах, высокие окалиностойкость и разгаростойкость, т.е. способность выдерживать многократные нагревы и охлаждения без образования разгарных трещин. Кроме того, необходима высокая теплопроводность для лучшего отвода тепла, передаваемого обрабатываемой заготовкой. Основными легирующими элементами наиболее распространенных сталей для штампов горячего деформирования являются углерод (0,3…0,6 %), хром (0,6…5,5 %) и вольфрам (0,4…8,5 %). Для формирования других заданных свойств, в стали добавляются такие элементы, как никель (1,4…1,8 %), молибден (0,15…1,5 %), ванадий (0,6…1,1 %), кремний (0,8…1,2 %).
Обозначение легированных сталей.
Конструкционные легированные стали обозначаются цифрами и буквами. В начале наименования цифрами указывается среднее содержание углерода в сотых долях процента. Далее следуют буквы, показывающие наличие в стали легирующих элементов (табл. 4). Цифры после каждой буквы обозначают содержание соответствующего элемента в процентах, округленного до целого числа. При содержании легирующего элемента до 1,5 % цифра за соответствующей буквой не проставляется.
Если в стали ограничено содержание серы и фосфора (S < 0,03 %; P < 0,03 %) и сталь относится к группе высококачественных, то в конце ее обозначения ставится буква А.
Особовысококачественные стали, которые подвергались электрошлаковому переплаву, обеспечивающему эффективную очистку от сульфидов и оксидов, обозначаются добавлением в конце наименования через тире буквы Ш.
Таблица 4
Обозначения легирующих элементов
|
Легирующий элемент |
Обозначение элемента |
Легирующий элемент |
Обозначение элемента |
|
Хром |
Х |
Никель |
Н |
|
Марганец |
Г |
Кобальт |
К |
|
Вольфрам |
В |
Бор |
Р |
|
Кремний |
С |
Ниобий |
Б |
|
Алюминий |
Ю |
Цирконий |
Ц |
|
Медь |
Д |
Фосфор |
П |
|
Титан |
Т |
Селен |
Е |
|
Ванадий |
Ф |
Редкоземельные |
Ч |
|
Молибден |
М |
Азот |
А (если находится в середине наименования) |
Литейные конструкционные легированные стали обозначаются аналогично качественным углеродистым и легированным, только в конце наименования проставляется буква Л.
Примеры обозначений конструкционных легированных сталей:
12ХН – сталь конструкционная, легированная, с содержанием, %: 0,09…0,15 углерода; 0,4…0,7 хрома; 0,5…0,8 никеля;
30Х3МФА – сталь конструкционная, легированная, высококачественная, в состав которой входят, %: углерод 0,27…0,34; хром 2,3…2,7; молибден 0,2…0,3; ванадий 0,06…0,12; сера и фосфор менее 0,03 каждого;
10Х12Н3М2ФА–Ш – сталь конструкционная, легированная, особовысококачественная с содержанием следующих элементов, %: углерода 0,08…0,12; хрома 11…12,5; никеля 2,5…2,9; молибдена 1,5…2; ванадия 0,25…0,4; серы менее 0,015; фосфора менее 0,02;
20ГСЛ – сталь конструкционная, легированная, литейная с содержанием, %: углерода 0,16…0,22; марганца 1…1,34 кремния 0,6…0,8; серы и фосфора менее 0,03.
Строительные стали обозначаются буквой С (строительная) и цифрами, соответствующими минимальному пределу текучести. Буква К в конце наименования указывает на повышенную коррозионную стойкость стали, буква Т на термоупрочненный прокат, а буква Д на повышенное содержание меди.
Примеры обозначений:
С255 – строительная сталь с пределом текучести sт = 255 Н/мм2;
С345Т – строительная сталь с пределом текучести sт = 345 Н/мм2, термоупрочненная;
С390К – строительная сталь с пределом текучести sт = 390 Н/мм2, с повышенной коррозионной стойкостью.
Автоматные стали обозначаются буквой А (автоматная) за которой следуют цифры, указывающие на среднее содержание углерода в сотых долях процента. Последующие буквы и цифры показывают наличие легирующих элементов и их количество в процентах. При отсутствии цифры за обозначением легирующего элемента, количество последнего составляет менее 1,5 %. Если сталь легирована свинцом, то обозначение начинается с букв АС.
Примеры обозначений:
А40Г – сталь автоматная, состава, %: углерода 0,37…0,45; кремния 0,15…0,35; марганца 1,2…1,5; серы 0,18…0,3; фосфора менее 0,05;
АС25ХГМ – сталь автоматная, состава, %: углерода 0,23…0,29; хрома 0,9…1,2; марганца 0,9…1,2; молибдена 0,2…0,3; свинца 0,15…0,3; серы и фосфора менее 0,05.
Подшипниковые стали обозначаются так же, как и легированные, только в начале ставится буква Ш. Для сталей, подвергнутых электрошлаковому переплаву, в конце обозначения через тире добавляется буква Ш.
Примеры обозначений:
ШХ15 – сталь шарикоподшипниковая, с содержанием углерода 0,95…1,05 %; хрома 1,3…1,6 %; кремния 0,17…0,37 %; марганца 0,2…0,4 %; серы и фосфора менее 0,02 % каждого;
ШХ20СГ-Ш – сталь шарикоподшипниковая, подвергнутая электрошлаковому переплаву, с содержанием, %: углерода 0,95…1,1; хрома 1,9...2,1; кремния 0,6…0,8%; марганца 1,3…1,5; серы менее 0,015; фосфора менее 0,02.
Инструментальные легированные стали обозначаются в основном также, как и конструкционные. Отличие состоит лишь в том, что содержание углерода указывается не в сотых, а в десятых долях процента. Если содержание углерода составляет 0,9…1 %, то соответствующая цифра в начале ее наименования не указывается.
Примеры обозначений:
4Х2В5МФ – сталь легированная, инструментальная, с содержанием следующих элементов, %: углерода 0,3…0,4; хрома 2,2…3; вольфрама 4,5…5,5; молибдена 0,6…0,9; ванадия 0,6…0,9; серы и фосфора менее 0,03 каждого;
ХВГ – сталь легированная инструментальная состава, %: углерод 0,9…1,05; хром 0,9…1,2; вольфрам 1,2…1,6; марганец 0,8…1,1; сера и фосфор менее 0,03 каждого.
Быстрорежущие стали обозначаются буквой Р и цифрой, указывающей на среднее содержание в стали вольфрама. Далее следуют буквы и цифры, соответствующие наличию и количеству других легирующих элементов. В отличие от легированных сталей в наименованиях быстрорежущих не указывается процентное содержание хрома, так как он имеется во всех марках в количестве около 4 %. Содержание ванадия пропорционально содержанию углерода. Если ванадия в стали содержится более 2,5 %, тогда он обозначается буквой Ф и числом, соответствующим его количеству в процентах.
Примеры обозначений:
Р18 – быстрорежущая сталь, с содержанием следующих элементов, %: углерода 0,73...0,83; вольфрама 17…18,5; кремния 0,2...0,54 марганца 0,2...0,5; хрома 3,8...4,4; ванадия 1...1,4; серы и фосфора менее 0,03 каждого;
Р6М5 – быстрорежущая сталь, содержащая, %: углерод 0,82…0,9 %; вольфрам 5,5…6,5; кремний 0,2…0,5; марганец 0,2…0,5; хром 3,8…4,4; молибден 4,5…5,3; ванадий 1,7…2,1; сера – менее 0,025; фосфор – менее 0,03;
11Р3АМ3Ф2 – быстрорежущая сталь, с содержанием, %: углерода 1,02…1,12; вольфрама 2,5…3,3; кремния 0,2…0,5; марганца 0,2…0,5; хрома 3,8…4,4; азота 0,05…0,1; молибдена 2,5…3,; ванадия 2,3…2,7; серы и фосфора менее 0,03 каждого.
3.2.4. Стали и сплавы с особыми физическими свойствами
В эту группу можно включить электротехнические кремнистые стали, стали и сплавы для постоянных магнитов, стали с заданными упругими свойствами, сплавы с малым термическим расширением, сплавы с большим электросопротивлением.
Электротехнические стали содержат не более 0,1 % углерода и 1…4 % кремния и имеют ферритную структуру. Основное назначение таких сталей – для изготовления деталей электрических машин, работающих в переменном магнитном поле. Кремнистые стали являются типичными магнитомягкими материалами, т.е. легко перемагничиваются, имеют повышенное электросопротивление, что снижает потери энергии на вихревые токи при работе в переменных магнитных полях, имеют высокую магнитную проницаемость.
Обозначаются электротехнические стали буквой Э (электротехническая сталь) и следующими за ней цифрами. Цифры 1,2,3,4, стоящие на первом месте за буквой Э, указывают на степень легирования стали кремнием. Цифры стоящие на втором месте (1…8) отражают гарантированные электрические и магнитные свойства. Для холоднокатаной стали к цифрам добавляются один или два нуля (0 – сильно текстурованная, 00 – малотекстурованная). Например: Э1200 – электротехническая сталь, слаболегированная кремнием (Si = 0,8…1,8 %), с пониженными магнитными потерями, холоднокатаная, малотекстурованная. Если сталь имеет очень низкие удельные потери, то в обозначение дополнительно вводится буква А (Э43А, Э330А).
Низколегированные электротехнические стали (1…2 % Si) используются для изготовления статоров, роторов и якорей электродвигателей небольшой мощности. Стали с содержанием кремния 3…4 % – для сердечников силовых трансформаторов и статоров мощных электрических машин. Сплавы с большой магнитной проницаемостью предназначены для магнитопроводов слаботочных приборов в электро- и радиотехнике.
Сплавы для постоянных магнитов являются магнитотвердыми, так как для их перемагничивания требуется значительная напряженность магнитного поля обратного направления. Сравнительно маломощные магниты изготавливаются из углеродистых сталей У10, У12 со структурой слабоотпущенного мартенсита. Более высокие магнитные свойства имеют специальные хромистые и хромистокобальтовые стали, содержащие 1 % углерода и 4,5…5,5 % хрома и кобальта. Еще более высокими характеристиками обладают сплавы железо – никель – алюминий, называемые альни. Они содержат 20…25 % никеля, 11…13 % алюминия, не более 0,05 % углерода. Одними из лучших магнитотвердых сплавов на железной основе являются альнико, содержащие 15…20 % никеля, 20…25 % кобальта, 9…11 % алюминия, 4…5 % меди. Эти сплавы обозначаются ЮНДК.
Сплавы с заданными упругими свойствами обладают прямолинейной зависимостью модуля упругости от температуры до 200 °С, что позволяет корректировать работу приборов, в которых эти сплавы используются в качестве упругих элементов. Примером подобных сплавов может служить элинвар (41…43 % никеля, 5…6 % хрома, 2…3 % титана,
0,8…1 % алюминия). В электровакуумной технике широко применяется сплав ковар (29 % никеля, 18 % кобальта, остальное – железо).
Сплавы с большим электросопротивлением предназначены для работы в качестве нагревательных элементов в печах сопротивления и поэтому обладают высокой жаростойкостью. В состав этих сплавов входят хром и алюминий. Например, сплав фехраль содержит до 0,1 % углерода, 12…14 % хрома и 3…4 % алюминия. Он может работать на воздухе при высоких температурах несколько сотен часов.