Малюнок 3 Залежність твердості (а) і ударної в'язкості (б) фериту від вмісту легуючих елементів.
Легуючі елементи істотно впливають на температуру переходу фериту в крихке стан (порігхладноломкості).
На малюнку 4 показано зміна положення порога хладноломкости (Т50) заліза під впливом легуючих елементів.
Малюнок 4 Вплив легуючих елементів на температуру переходу фериту в крихке стан (порігхладноломкості Т50).
Символ Т50 означає середину температурного інтервалу крихкості (50% тендітної складової в зламі), яку приймають за пори хладноломкости. Більшість легуючих елементів підвищують пори хладноломкости. Нікель, на відміну від інших елементів, знижує пори хладноломкости при всіх концентраціях. Ферит є основою сорбіту структури, одержуваної після гарту високого відпустки. Підвищення міцності властивостей фериту викликає підвищення міцності властивостей сорбіту легованих сталей.
Поліпшення механічних властивостей пов'язано також зі сприятливим впливом легуючих елементів на прокаліваемость, подрібнення зерна, уповільнення процесів, що викликають знеміцнення сталі при відпустці. Шляхом легування можна отримати сталь, яка після відповідної термічної обробки матиме кращий комплекс механічних властивостей в порівнянні з вуглецевою сталлю: більш високу міцність при однаковій в'язкості, або більш високу в'язкість при однаковій міцності, або велику міцність і велику в'язкість при підвищених температурах.
Легуванням можна також змінити фізико-хімічні властивості стали, і отримати сталь корозійностійкої, жароміцних, немагнітну, магнітну, з особливими тепловими і електричними властивостями.
Розглянемо вплив окремих легуючих елементів:
Хром, широко застосовуваний для легування (в конструкційних сталях до 3% Cr), підвищує твердість, і міцність стали при одночасному незначному зниженні пластичності і в'язкості. Присутність хрому збільшує прокаливаемость, стали. Завдяки високій зносостійкості хромової сталі, з неї виготовляють підшипники. Хром вводиться до складу швидкорізальної сталі. При вмісті понад 13% хрому сталь стає нержавіючої. Подальше збільшення вмісту хрому надає, стали антикорозійні при високих температурах, а також магнітоустойчівость.
Азот - в останні роки з'явився інтерес до азоту як легуючого елементу. Наявність азоту в високолегованих сталях типу хромаль, фуродіт, фехраль усуває транскрісталлізацію в злитках, покращує умови гарячої механічної обробки, сприяє подрібненню зерна, підвищує міцність і ударну в'язкість. У аустенитной і жаротривкої стали він здатний замінити нікель. Азот в подібних сталях знаходиться як в твердому розчині, так і в формі складних з'єднань карбонитридов. При виплавці сталі, його зазвичай вводять у вигляді азотистого ферохрому, що містить не менше 0,9% азоту.
Селен - температура плавлення і кипіння дорівнює 220 і 700 °. Внаслідок низької температури кипіння селен взаємодіє з рідкої сталлю в газоподібному стані. В системі залізо-селен виявлені два з'єднання: FeSe і FeSe2. селен з киснем утворює оксиди SeО2 і SeО3, а з сіркою - ряд твердих розчинів. Присутність селену в стали підвищує її пластичні властивості, зберігає високу корозійну стійкість. В сталь його вводять у вигляді комплексних сплавів і ферроселена, що містить 50% селену.
Молібден - з залізом сплавляється в будь-яких пропорціях, утворюючи, п'ять твердих фаз і одне інтерметалевих з'єднання Fe7Mo6. Молібден, зміцнюючи ферит, знижує його пластичні властивості. Під його впливом значно зростає прокаліваемость, стали, особливо в присутності інших легуючих елементів. Він знижує її чутливість до швидкості охолодження при високому відпустці і в деяких випадках повністю знищує відпускну крихкість, що спостерігається, у багатьох сортів конструкційної легованої сталі. Молібден в кількості 0,2-0,4% використовують головним чином як добавку до доевтектоїдної легованої сталі складного складу: хромонікелевої, хромомарганцевих і т.д. Його використовують також при виробництві молібденових і хромомолібденових теплостійких сталей. Молібден є сильним карбидообразующих елементом. З вуглецем він утворює міцний карбід Мо2С, важкорозчинний в залозі. Володіє дуже невеликим спорідненістю до кисню, з яким утворює ряд сполук: МоО3 і проміжний окисел Мо4О11. молібден швидко відновлюється з цих оксидів в присутності заліза. З сірої він утворює ряд сполук, з яких найбільш важливим є поєднання МоS2, зустрічається в природі у вигляді мінералу молібдену. Сульфід молібдену МоS2 плавиться при температурі 1650-1700 °. При утриманні до 2% молібден не впливає на розподіл сірки в стали. З азотом він утворює неміцний нітрид Мо2N. У ферромолібдене розчиняється близько 0,003% азоту.
Кобальт - в рідкому і твердому стані кобальт утворює з залізом безперервний ряд розчинів. Можливе утворення карбідів Со3С і Со2С. Володіючи низькою спорідненістю до кисню, він практично не окислюється в умовах сталеплавильного виробництва. З численних кисневих з'єднань кобальту безперечно існування трьох оксидів: СоО, Со3О4 і Со2О3. з сіркою він також утворює кілька з'єднань, найбільш стійкими з яких є Со3S і CoS. З азотом утворює нітрид Co2N і Co3N. Кобальт є неодмінною складовою частиною твердих, жаротривких, магнітних, кислототривких сплавів. Добавки його до інструментальним сталям покращують їх ріжучі властивості майже пропорційно доданому кількості кобальту до 13%. В сталь він зазвичай сідає у вигляді металевого кобальту.