Що таке легування

Легування - це додавання до складу деяких домішок матеріалів, з метою поліпшити фізичні та/або хімічні властивості основного матеріалу. Головною сферою застосування легування є металургія, проте його застосовують і при виготовленні напівпровідників, а також деяких видів скла та кераміки, але про все по порядку.

Історія легування

Хто саме був першовідкривачем цього процесу, встановити складно. Цікаво, що перш ніж самостійно додавати в сталь легуючі елементи, людство познайомилося із так званими природнолегованими сталями.

Звідки вони взялися? Все просто - впали з неба, у прямому значенні. Мається на увазі метеоритне залізо, яке застосовувалося ще до початку залізного віку. Метеоритне залізо містить до 8,5% нікелю - одного з легуючих елементів, що активно застосовуються сьогодні.

Ще одна легендарна легована сталь - булатна сталь і знаменита дамаська сталь як один із різновидів булату. Вони одним з основних легуючих елементів виступає вуглець.

Якщо говорити про збройову сталь, то варто згадати і твори японських зброярів: підвищена твердість і в'язкість виготовлених ними мечів у поєднанні з можливістю забезпечити гостроту кромки, ймовірно, пояснюються наявністю в молібденній сталі.

З активним розвитком хімії, яке почалося приблизно в середині 19 століття, почали поступово формуватись погляди про вплив різних хімічних елементів на властивості сталі.

Чому раніше технологія не застосовувалася цілеспрямовано? Вся справа в тому, що сам процес традиційного отримання стали складним і деякі добавки під час нього просто вигоряли.

Цілеспрямоване легування

Першим вдалимдосвідом цілеспрямованого легування вважається винахід Мюшеттом сталі, у складі якої було 1,85% вуглецю, 9% вольфраму та 2,5% марганцю.

Промислове виробництво сталі Мюшетта почалося 1871 року. Головним чином його легована сталь йшла виготовлення різців для металообробних верстатів. Крім цього, ця сталь пізніше стала прообразом сучасної лінійки швидкорізальних сталей.

Щодо першої легованої сталі масового виробництва та широкого спектру застосування, то нею стала Сталь Гадфільда. Вона характеризується високою зносостійкістю при великих тисках або ударних навантаженнях та пластичністю.

Цю сталь відкрив англійський металург Роберт Еббот Гадфільд у далекому 1882 році. Вміст вуглецю в Сталі Гадфільда нижче порівняно зі сталлю Мюшетта: 1,0 - 1,5%, тоді як марганцю значно більше - від 12 до 14%, а вольфраму взагалі немає. Без особливих змін хімічного складу цю сталь виготовляють у наші дні.

Сталь Гадфільда, технологію виплавки якої в СРСР освоїли до 1936 року, йде на виготовлення траків гусениць танків, тракторів, машин, щоки дробарок, рейкові хрестовини, стрілочні переклади, що працюють в умовах ударних навантажень та стирання, а також віконні ґрати для місць позбавлення.

Легуючі елементи

Найчастіше як легуючі добавки при виплавці різних сталей використовують такі метали:

хром,
кремній,
марганець,
нікель,
вольфрам,
ванадій,
ніобій,
титан.

Всі ці метали по-різному впливають на кінцеві властивості сплаву. До речі, легують не тільки сталь, наприклад, невеликі добавки кадмію в мідь збільшують зносостійкість дротів, а якщо додати цинк до міді.і бронзу - це підвищить міцність, пластичність та корозійну стійкість сплаву.

Титанові сплави, що широко застосовуються, також легують: додавання молібдену більш ніж удвічі підвищує температурну межу експлуатації титанового сплаву за рахунок зміни кристалічної структури металу.