Легирование алюминием конструкционных сталей является в настоящее время наиболее простым и достаточно распространенным способом воздействия на структуру и, следовательно, на физико-механические свойства сталей. Введение в жидкую сталь небольших добавок алюминия способствует получению хорошей жидкотекучести и трещиноустойчивости, повышает плотность стали, может привести к измельчению первичной структуры и повышению некоторых физико-механических свойств стали, так как образующиеся при этом соединения Al2O3 в дисперсном состоянии играют роль модификаторов I рода. Вместе с этим повышенное содержание алюминия в стали значительно повышает склонность стали к пленообразованию, возрастает горячеломкость и пористость отливок, жидкотекучесть понижается. До сих пор нет единого мнения, как по количеству вводимого алюминия, так и по механизму его влияния на структуру и свойства стали [1,2].Согласно ГОСТу 21357–87 «Отливки из хладостойкой и износостойкой стали» — рекомендуемая массовая доля алюминия в пределах 0,03–0,06%.
Представляет интерес проследить, как сказывается различное содержание алюминия в стали на комплексе механических свойств. Исследовали влияние алюминия в пределах 0,01–0,1% на свойства стали 20ГЛ, используемой для изготовления отливок ответственного назначения, работающих при пониженных температурах.
Сталь, выплавляли в основной электродуговой печи следующим химическим составом, %: 0,17–0,18 С; 1,1–1,2 Mn; 0,35 Si; 0,025 S; 0,025 P; 0,18–0,20 Cr; 0,01 Ni; 0,06 Mo. Алюминий вводили в предварительно раскисленную сталь в период фракционной разливки металла. После термической обработки: нормализация + отпуск были проведены механические испытания. По результатам экспериментов были построены графики зависимости, представленные на рис. 1,2,3,4,5. Анализ результатов показывает, что увеличение содержания алюминия не оказывает существенного воздействия на прочностные характеристики стали: предел прочности (рис. 1) и предел текучести (рис. 2).
Более сложное влияние алюминий оказывает на ударную вязкость (рис. 3). При повышении концентрации алюминия от 0,01 до 0,02% и от 0,04 до 0,05% наблюдается повышение KCV (испытания проведены при t=–200 С). При содержании алюминия в границах 0,02–0,04 происходит снижение ударной вязкости (концентрации 0,03% соответствует минимальное значение). Повышенное содержание алюминия от 0,06 и до 0,1% также приводит к постепенному снижению KCV.
Таким образом, повышенное содержание алюминия в стали нецелесообразно. Оптимальным является содержание алюминия в количестве 0,015–0,02 % для стальных отливок, работающих в условиях переменных нагрузок при отрицательных температурах и с технологической, и с экономической точки зрения.