Легирование литейных углеродистых сталей проводится с целью повышения механических свойств и приобретения ими специальных служебных свойств. К легированным сталям относят низко- и среднелегированные стали с содержанием легирующих компонентов соответственно до 2,5 и от 2,5 до 10%.
Химический состав легированных сталей в соответствии с ГОСТ 977—88 приведен ниже, а их механические свойства после термической обработки (закалки (нормализации) и отпуска) — в табл.
Чаще других применяют стали, легированные кремнием, марганцем, хромом и никелем, медью и др.
Известно много композиций марганцевой стали, различающихся содержанием углерода и марганца. Обычно их содержание колеблется в пределах соответственно 0,17...0,4 % и 1,0...2,0 %.
Марганцевые стали отличаются более высокой прочностью и особенно большей прокаливаемостью, чем углеродистые. Марганцевые стали широко используются при изготовлении отливок для железнодорожного транспорта, экскаваторов и других машин.
У хромовых сталей (40ХЛ и др.) также повышенные по сравнению с углеродистой сталью механические свойства и прокаливаемость. Для улучшения их структуры и свойств используют небольшие добавки молибдена, уничтожающие отпускную хрупкость при термической обработке. Хромовые стали применяют для получения отливок, работающих в условиях абразивного износа.
Большая прокаливаемость достигается при легировании стали одновременно марганцем, хромом и кремнием (хромансил).
Одновременное легирование хромом и никелем проявляется в измельчении зерна, в значительном увеличении прокаливаемо-сти, что позволяет изготовлять из этих сталей крупногабаритные отливки.
Стали, легированные медью, подвержены дисперсионному твердению, которое обеспечивает однородные свойства в тонких и толстых сечениях отливок.
Некоторые марки легированных сталей модифицируют бором, кальцием, церием и другими РЗМ. В результате улучшаются механические и литейные свойства стали. Как правило, добавки вводятся в малых количествах. Так, например, достаточно иметь 0,001...0,002 % в стали, чтобы получить резкое увеличение прокаливаемости и пластичности.
В одних случаях действие добавок связывается с модифицированием, в других — с микролегированием.
Графитизированная сталь, также относящаяся к легированным сталям, содержит 0,9... 1,5% С, 1,0... 1,4% Si, 0,5% Мп. В литом состоянии ее структура представлена перлитом и цементитом, т. е. весь углерод находится в связанном состоянии. При термической обработке (отжиг с нагревом до 900 °С и последующее медленное охлаждение в интервале температур 800...700°С) происходит распад структурно свободного цементита с выделением графита. Окончательная структура стали — перлит+графит. Такая графитизированная сталь обладает повышенными антифрикционными свойствами и используется для втулок, вкладышей, работающих в условиях абразивного износа.