Prvek |
Kalení |
Popouštění |
Uhlík |
Se vzrůstem koncentrace Roste tvrdost martenzitu nebo bainitu, zvyšuje se ale také možnost praskání materiálu při kalení. C zvyšuje tvrdost i nad eutektoidním bodem, kde se váže ve formě feritu.
Nejvíce ze všech prvků (společně s dusíkem) snižuje Ms a Mf, tudíž má také největší vliv na stabilizaci austenitu. Většina málo a středně legovaných ocelí obsahujících nad 0,3 hm.% C obsahuje austenit transformovaný při kalení na martenzit. |
V čistě uhlíkatých ocelích se C vylučuje z martenzitu jako Fe3C. Se vzrůstem teploty klesá jeho tvrdost, protože dochází k nárůstu zrn karbidu. Za vyšších teplot (nad 600°C) se formují kulová zrna karbidu. Legovací prvky snižují stupeň zhrubnutí struktury a zlepšují teplotní odolnost. S karbidotvornými prvky teplotní odolnost silně vzrůstá, společně s karbidy ostatních prvků dobře rozptýlenými v matrici způsobují druhotné vytvrzení. |
Křemík |
Křemík je u ocelí většinou zastoupen do 0,5 hm.%, obvykle však v rozmezí 0,2-0,3 hm.%. Si má malý vliv na prokalitelnost, ale je považován za nedůležitý vzhledem k běžně používaným koncentracím. To však může být důležité v špatně prokalitelných ocelích, kde větší změny zhoršovat soudržnost.
Některé oceli mohou obsahovat nad 1,8 hm.% křemíku, s výrazným vlivem na prokalitelnost, ale takto vysoký obsah Si je přidáván hlavně pro zvýšení odolnosti proti popouštění.
Si zvyšuje sklon ke grafitizaci (rozpad Fe3C na Fe+C). Má velkou afinitu ke kyslíku, což může být problém při oduhličování, protože jeho oxid je stabilnější než CO/CO2. |
Si zvyšuje odolnost proti popouštění, zvláště v kombinaci s molybdenem. Jeho tuhý roztok zvyšuje pevnost feritu. |
Mangan |
S vyjímkou speciálních slitin obsahují oceli nad 0,3 hm.% Mn. V legovaných ocelích je obsaženo do 1 hm.%, v uhlíkových ocelích mohou být až 2 hm.%. Velké množství ho může být ve speciálních ocelích, kde podporuje vznik austenitické struktury. Mn je jeden z nejlevnějších legovacích prvků s výrazným vlivem na tvrdost. V přítomnosti síry se tvoří sulfid manganatý. |
Mn má velmi malý vliv na odolnost proti popouštění, může podporovat vylučování prvků na hranicích zrn majících vliv na popouštěcí křehkost. |
Fosfor
|
P je obvykle považován za prvek s velkým vlivem na prokalitelnost. Nicméně je většinou jeho obsah udržován na velmi nízké úrovni, protože již od nízkých koncentrací má výrazný vliv na tvrdost a popouštěcí křehkost. |
Velmi rychle migruje k hranicím zrn a na rozhraní a zde je základní příčinou popouštěcí křehkosti u feritických ocelí.
P může být přidáván asi do koncentrací 0.1 hm.% do některých nerezových austenitických ocelí vytvrzovaných precipitací karbidů, kde podporuje vznik karbidů spíše mezi zrny, než uvnitř zrn. |
Síra |
V ocelích není přítomna elementární síra, je vázána s manganem do MnS. To může mít vliv na prokalitelnost, protože odčerpává mangan z roztoku. Pro většinu ocelí je množství síry příliš malé na to, aby měla vliv na vlastnosti manganu. Nicméně je fakt, že austenitické oceli s vyšším obsahem síry musí obsahovat i více manganu. Sulfidické vměstky slouží jako nukleační centra pro vznik feritu (za vhodných okolností), takže vytváří jako-kalenou strukturu. Sulfid manganatý má obrovský vliv na opracovatelnost. |
Nemá vliv. |
Nikl |
Netvoří karbidy, proto může být používán jako prvek nezvyšující austenitizační teplotu (A3). Ve skutečnosti nikl tuto teplotu dokonce snižuje, pokud je použit ve vyšších koncentracích. To je pro kalení příznivý vliv, ale v porovnání s některými jinými legovacími prvky je menší. Kritický rozsah teplot je menší a niklové oceli začínají s austenitickou přeměnou při nižších teplotách než uhlíkové oceli. |
Ve srovnání s karbidotvornými prvky má nikl malý vliv na odolnost proti popouštění, ale ve vyšších koncentracích může ovlivňovat vznik karbidů. Protože Ni snižuje teplotu AC1 nejúčiněji, při vyšších koncentracích může docházet k austeniticko-martenzitické přeměně již během popouštění.
|
Karbidotvorné prvky (Cr, Mo, V, W)
|
Všechny karbidotvorné prvky mají výrazný kladný vliv na tvrdost a prokalitelnost. Stabilita karbidů roste v řadě Cr, Mo, V, W a protože karbidy jsou stabilní i za vysokých teplot, zůstávají rozpuštěny v matrici kde zvyšují austenitizační teplotu.
V porovnání s ocelemi legovanými Ni a Mn může být vyšší izotermální transformační teplota využita při žíhání (resp. popouštění).
Oceli s vyšším obsahem uhlíku a karbidotvorných prvků mohou být vytvrzovány nerozpuštěnými karbidy zadrženými v matrici. Toto vytvrzení je však nižší než u prvků vytvrzujícími díky rozpuštění ve struktuře.
|
Karbidotvorné prvky zvyšují odolnost proti popouštění, protože pouze k modifikaci vytvořených karbidů a případně vzniku směsných karbidů. Protože vznikající karbidy jsou stabilní, nedochází ke zhrubnutí struktury. Složení karbidů je silně závislé na teplotě. Vznik karbidů za nižších teplot je pomalý, protože je malá difuzní rychlost legovacích prvků, se vzrůstem teploty roste počet prvků v karbidu. Ve vícesložkových ocelích je složení karbidů při různých teplotách zcela odlišné.
K sekundárnímu vytvrzení tvorbou karbidů dochází u ocelí s vysokým obsahem Cr, Mo, V, W a s dostatkem uhlíku. Optimální teplota pro sekundární vytvrzení vzrůstá se vzrůstem stability vznikajících karbidů.
Cr a Mo, často spolu s V a Al, jsou často obsaženy v nitridovaných ocelích. Reakcí s dusíkem během nitridování dochází totiž k tvorbě nitridů, které velmi výrazně zvyšují tvrdost. |
Chrom
|
Cr má velký vliv na prokalitelnost a tvrdost, ale jeho karbidy jsou poměrně nestabilní. Je to levný karbidotvorný prvek a proto je hojně využíván všude, kde je možné jej použít. |
Viz. .
|
Molybden
|
Mo má velký vliv na tvrdost a pevnost, větší než Cr. Tvoří stabilnější karbidy než chrom, proto je doporučená vyšší austenitizační teplota pro úplné rozpuštění. |
Mo má silnější vliv na odolnost proti popouštění než Cr. Částečně proto, že oddaluje nástup popouštěcí křehkosti, a v nitridovaných ocelích také proto, že tvoří stabilní nitridy. |
Vanad
|
VC je velni obtížně rozpustný. Proto oceli obsahující vanad musí být zahřívány na velmi vysokou teplotu pro jeho úplné rozpuštění. Velmi silný vytvrzovací efekt nastává až když je vanad rozpuštěn. V normalizačně žíhaných ocelích tvoří feriticko-perlitickou strukturu při chlazení do koncentrací 0.2 hm.% V. Po rozpuštění a vzniku karbidů vzniká při chlazení konečná velmi tvrdá struktura. |
V má silný vliv na odolnost proti popouštění v kalených ocelích. Tento efekt je zvláště výrazný u ocelí žíhaných při vysokých teplotách (550-650 C), zatímco vliv Cr a Mo se uplatňuje do mnohem nižších teplot.
|
Wolfram
|
W není obsažen v běžných konstrukčních ocelích. Může být v malých koncentracích ( 1 hm.%) v ocelích pro břity a v tepelně opracovaných pásovinách. WC je velmi tvrdý a stabilní, ale v oceli se rozpouští až za velmi vysokých teplot. Nízkolegované uhlíko-wolframové oceli se obvykle zpracovávají bez úplného rozpuštění primárně vznikajícího karbidu (výsledná struktura není zcela homogenní). Legování velkým množstvím wolframu se používá hlavně u rychlořezných ocelí. |
Viz. karbidotvorné prvky.
|
Bor
|
Legování borem je používáno pro jeho unikátní schopnost vytvrzovat oceli již ve velmi malých množstvích kolem 0.001-0.003 hm%, majících přesto obrovský kladný vliv na prokalitelnost. Dalším přídavkem B se již vlastnosti nezlepšují.
Bor zvyšuje prokalitelnost díky potlačení vzniku feritu, což je také důvodem výraznějšího vlivu u nízkouhlíkových ocelí, tento vliv se uplatňuje až do eutektoidního bodu (0.8 hm.% u nelegovaných ocelí). Bor nesnižuje teplotu MS. |
B nemá vliv na teplotní odolnost. Rozpouští se v karbidech.
|
Hliník
|
Pokud je hliník přítomen v dostatečné koncentraci, má nepříliš výrazný vliv na prokalitelnost. Přesto je ve většině ocelí Al zastoupen v malých koncentracích (0.0015-0.06 hm.%), kde je využívána jeho schopnost zvyšovat teplotu, při které dochází ke zhrubnutí zrna a tím udržuje jemnozrnnou strukturu během tepelného zpracování. Pokud je použit ke zjemnění zrna, dochází ke snížení prokalitelnosti (jemnozrnné oceli jsou obecně hůře prokalitelné). |
V nitridovaných ocelích s obsahem do asi 1 hm.%Al vzniká velmi tvrdý nitrid hlinitý, který výrazně vytvrzuje ocel.
|