загрузка...
загрузка...
На головну

Конструкційні леговані стали

  1. Був у Сталіна друг
  2. швидкорізальної сталі
  3. У 1945 році в Потсдамі Сталіну запропонували поїхати в Заксенхаузен, подивитися, де загинув його син.
  4. В історії хвороби Леніна за останній рік його життя, з лютого 1923 року по січень 1924 ніщо не підтверджує сенсаційного підозри, ніби Леніна отруїв Сталін.
  5. У пошуках «божевільною» ідеї, або як інертні гази перестали бути інертними
  6. Василь Сталін
  7. Ведична методологія сталінської економіки

До конструкційних сталей відносяться вуглецеві і леговані стали. Введення ЛЕ в ці стали істотно підвищує їх конструкційну міцність, що пов'язано з формуванням більш дрібного розміру зерна і більшою прокаливаемостью. Легування істотно підвищує опір грузлому руйнування і температурний запас в'язкості.

Конструкційні леговані стали діляться на будівельні та машинобудівні. Конструкційні машинобудівні леговані стали застосовуються в тих випадках, коли повинні бути забезпечені високі механічні властивості в виробах великих перетинів або складної конфігурації в результаті термічної або хіміко-термічної обробки.

Залежно від вмісту вуглецю та термічної обробки ці стали можна класифікувати наступним чином:

- 0,10 ... 0,25% С - цементуемие стали, що піддаються після цементації загартуванню з низьким відпусткою;

- 0,30 ... 0,50% С - покращувані стали, що піддаються загартуванню з високотемпературним відпуском;

- 0,5 ... 0,7% С - пружинні сталі, що піддаються загартуванню із середнім відпусткою;

- 0,95 ... 1,15% С - стали з високою зносостійкістю в умовах поверхневої втоми, шарікоподшипниковиє стали, що піддаються загартуванню з низьким відпусткою.

Цементуемие леговані сталипризначені для виготовлення деталей типу поршневих пальців, розподільних валів, шестерень і ін., що працюють під дією згинальних і крутних моментів, динамічних і знакозмінних навантажень в умовах тертя і зносу. Серцевина таких деталей не піддається впливу високих навантажень і тому наскрізна прокаливаемость не завжди необхідна, більш того, потрібно в'язка, що не загартована на мартенсит серцевина. При таких навантаженнях важливо забезпечити високу контактну витривалість.

Для підвищення міцності властивостей в цементуемих сталях збільшують зміст С до 0,25 ... 0,3%.

У додатках 1 і 2 (див. Лабор. Раб. По Спец сталей) наведені найбільш широко використовувані цементуемие стали, їх хімічний склад, режими термообробки і механічні властивості.

Завдяки цементації в поверхневому шарі вміст вуглецю підвищується до 0,8 ... 1,2%, що дозволяє піддавати ці стали загартуванню і після низького відпустки отримати високу твердість і контактну витривалість цього шару. ЛЕ вводяться в Цементовані стали в кількості 1 ... 7%. Основними з них є Cr (1 ... 2%), Cr в поєднанні з Ni (1 ... 4%) або з Mn. Хромонікелеві стали додатково можуть легованих Mo (до 0,4%) або W (~ 1%), а хромисті і хромомарганцовістие - невеликою кількістю (до 0,1%) V або Ti для отримання в сталях дрібного зерна.

Введення ЛЕ дозволяє збільшити міцність в результаті зміцнення фериту або аустеніту і за рахунок утворення в серцевині більш високоміцних структур сорбіту, тростіта або бейнита.

Після повільного охолодження стали після цементації (в рівноважному стані) науглероженного шар має мікроструктуру, представлену на рис. 3.2. Аустеніт поверхневого шару з вмістом вуглецю понад 0,8% С перетворюється в перліт і вторинний цементит (заевтектоідних зона). Шар, що містить »0,8% С, має структуру перліту (евтектоїдна зона). При утриманні в науглероженного шарі менше 0,8% С аустеніт перетворюється при охолодженні в ферит і перліт, утворюючи перехідну зону. За товщину науглероженного шару приймають сумарну товщину заевтектоідной, евтектоїдной і половини перехідної зони.

  Мал. 3.2. Мікроструктура поверхневого шару цементованной стали, '200.

Загартування легованих сталей проводиться в маслі з огляду на більш низькою критичною швидкості гарту. Це зменшує небезпеку утворення тріщин і деформації виробів складної форми.

Вуглецеві (нелегіровані) цементуемие стали мають невисоку міцність (до 500 МПа) і низьку прокаліваемость, тому вони не можуть бути використані для виготовлення навантажених деталей великих розмірів і складної конфігурації. У цементуемих ж легованих сталях міцність досягає ?в = 800 ... 1500 МПа, s0,2 = 650 ... 1300 МПа при відносному подовженні d = 10 ... 14% і ударної в'язкості КСU = 0,6 ... 1,0 МДж / м2.

Найбільш поширеними є цементуемие стали марок 20Х, 18ХГТ, 12ХН3А, 18ХНВА, 18Х2Н4ВА (ГОСТ 4543-71).

Після термічної обробки структура поверхневого шару цементованной стали складається з мартенситу і підвищеної кількості (понад 10%) залишкового аустеніту і має твердість 50 ... 53 НRC. У разі високолегованої сталі для зменшення кількості більш м'якого залишкового аустеніту після гарту застосовується обробка холодом. Так, наприклад, остаточна термічна обробка деталей зі сталі 18Х2Н4ВА складається з гарту, обробки холодом і наступного відпуску при 180 ... 200 ° С, при цьому досягається твердість 58 ... 62 НRC. Сутність термічної обробки холодом полягає в охолодженні загартованої сталі до Мк <0 ° С, з метою найбільш повного перетворення залишкового аустеніту в більш твердий Мартенсом. Обробка холодом застосовується переважно для хромонікелевих сталей 12Х2Н4А, 12ХН2, 12ХН3А та ін. після цементації і гарту.

структура стали 12ХН3А після складної термообробки (загартування з 860 ° С в маслі, загартування з 770 ° С в маслі і відпустки при 150 ° С) представлена ??на рис. 3.3.

Мал. 3.3. Мікроструктура цементованной стали 12ХН3А після подвійної гарту і відпустки: а - Поверхня, '500; б - Серцевина, '500.

Структура поверхневого шару - дрібнокристалічний мартенсит (рис. 3.3, а). Структура серцевини являє собою малоуглеродистая мартенсит (рис. 3.3, б). Мартенсит утворився в серцевині внаслідок наскрізний прокаливаемости стали при даному перетині зразка. При цьому гарт з 770 ... 800 ° С для серцевини, що містить 0,1 ... 0,16% С є неповною.

Поліпшується леговані конструкційні стали. покращує називаються конструкційні стали, які піддаються термічній обробці - поліпшення, що полягає в загартуванні з подальшим високим відпуском на структуру зернистого сорбіту. В результаті такої обробки ці сталі володіють поєднанням високої міцності і пластичності, що забезпечують високу надійність виробів в роботі при впливі знакозмінних і динамічних навантажень. Тому покращувані стали є найбільш поширеними і застосовуються залежно від складу і властивостей для виготовлення шатунів, шестерень, осей, валів, дисків, роторів турбін і інших важко навантажених деталей.

У додатках 3 і 4 наведені найбільш широко використовувані покращувані стали, їх хімічний склад, режими термообробки і механічні властивості.

Покращувані стали умовно розділені на 5 груп.

До 1-ї групи відносяться вуглецеві стали. Стали даної групи можуть використовуватися також в нормалізованому стані. Зважаючи на малу прокаливаемости високі механічні властивості в них досягаються лише в невеликих перетинах (до 10 мм).

До 2-ї групи відносяться леговані стали переважно містять Cr і B, які підвищують прокаліваемость.

Стали 3-ї групи крім Cr додатково можуть легованих Mn, Mo (стали 40ХР, 30ХГС, 30ХМ, 30ХГТ). Ti в сталях цієї групи сприяє подрібненню зерна.

В 4-ї групи входять стали з вмістом 1 ... 1,5% Ni. Вони мають підвищену прокаливаемостью, низьким значенням температури хладноломкости і високою конструкційної міцністю. Вони прогартовуються до 40 ... 70 мм.

Стали 5-ї групи містять 2 ... 3% Ni і додатково леговані Mo, W і рекомендуються для деталей перерізом> 70 мм.

Середній вміст вуглецю (0,30 ... 0,50%) в цих сталях необхідно для забезпечення достатнього ефекту зміцнення a - фази за рахунок дисперсних частинок карбідів в сорбите. У звичайних вуглецевих поліпшуються сталях через низьку прокаливаемости неможливо отримати високі властивості при перетинах виробів більше 30 мм.

До складу легованих поліпшуються сталей вводять один або кілька згаданих легуючих елементів. Сумарне їх зміст не перевищує 5 ... 7%. Оскільки основною метою введення ЛЕ є збільшення прокаливаемости, для виробів відносно невеликих перетинів застосовують низьколеговані сталі, що містять Cr (до 1,5%), Mn, Si (по 1%). Для виробів великого перерізу доцільно застосовувати більш леговані сталі, що містять до 1,5% Cr, 3 ... 4% Ni і до 0,4% Mo (або "1,0% W). Такі стали мають найбільшу прокаливаемостью. Особливо корисним ЛЕ в сталях для виробів, що працюють в складних умовах, є нікель, який не тільки збільшує прокаливаемость, а й підвищує ударну в'язкість і знижує критичну температуру крихкості, особливо при додатковому легуванні Mo. Mo і W також зменшують схильність стали до оборотної відпускної крихкості, особливо сильно проявляється після відпустки при 550 оС. Крім того, ці карбидообразующие елементи (Mo і W і ін.) Підвищують температуру відпустки і дозволяють отримувати більш високу пластичність. У отожженном стані ці сталі мають структуру, що складається з фериту і перліту. Кількість останнього більше, ніж в вуглецевих сталях з таким же вмістом вуглецю, внаслідок зменшення його концентрації в евтектоіда.

Леговані покращувані стали піддають гарту в маслі, а потім відпустки. Механічні властивості, якими володіють леговані покращувані стали, знаходяться в наступних межах: sв = 700 ... 1200 МПа; s0,2 = 600 ... 1100 МПа; y = 45 ... 60%; КСU = 0,5 ... 1,2 МДж ¤ м2.

Найбільш поширені марки поліпшуються сталей: 40Х, 40ХС, 30ХГСА, 38ХА, 38ХН3МА, 40ХНМА і ін. (ГОСТ 4543-71).

Як приклад розглянемо мікроструктуру стали 30ХГСА (хромансиль) В рівноважному стані, а також після гарту і високого відпустки.

Хімічний склад стали: 0,28 ... 0,35% С; 0,9 ... 1,2% Si; 0,8 ... 1,1% Mn; 0,8 ... 1,1% Cr. Видно, що сталь містить невелику кількість ЛЕ. У ній Mn, Si і Cr розподілені між ферритом і цементитом, утворюючи леговані ферит і цементит.

На рис. 3.4, а показана мікроструктура стали 30ХГСА після відпалу при 860 ° С, що складається з перліту і фериту, а на рис. 3.4, б - Мікроструктура після гарту з 860 ° С в маслі і відпустки при 520 ° С. Мікроструктура є сорбіт, що зберіг орієнтування мартенситу. Іноді цієї стали після гарту дається низький відпустку при 200 ° С. Тоді виходить структура відпущеного мартенситу, що володіє більш високою міцністю, але меншою ударною в'язкістю, ніж сорбіт.

а Бріс. 3.4. Мікроструктура стали 30ХГСА: а - Після відпалу при 860 ° С, '500; б - Після гарту з 860 ° С в маслі і відпустки при 520 ° С.

Леговані рессорно-пружинні сталі.Специфічні умови роботи і особлива форма ресор і пружин висувають високі вимоги до сталей. Від таких сталей не потрібна висока пластичність (відносне подовження d = 5 ... 10% і звуження поперечного перерізу y = 20 ... 35%), оскільки виникнення пластичної деформації в них не допускається. Рессорно-пружинні сталі характеризуються високим відношенням межі текучості до межі міцності.

Для виготовлення пружин, ресор і подібних до них деталей вибирають конструкційні стали з підвищеним вмістом вуглецю. Зміст З у них може бути підвищений до 0,5 ... 0,8%, що дозволяє істотно підвищити межу міцності і межа пружності. Рессорно-пружинні сталі відносяться до перлітного класу. Основними ЛЕ в цих сталях є Mn ( »1%) і Si (0,5 .. ..3%), інтенсивно підвищують пружні властивості. Додатково в ці стали вводять Cr, Ni, V і W. Міцність легованих рессорно-пружинних сталей досягає sв = 1200 ... 1900 МПа і навіть вище.

Рессорно-пружинні сталі по ГОСТ 14959-79 поділяються на вуглецеві и леговані. Вуглецева рессорно-пружинна сталь дешевше легованої, але відрізняється малою прокаливаемостью. Тому ці стали використовують тільки для виготовлення пружин малого перетину. За ступенем легування і міцності ці стали можна розбити на три групи: 1) зниженою міцності; 2) середньої міцності; 3) високої міцності (додаток 5).

До першої групи відносяться вуглецеві сталі (сталь 65, 70, 75, 85) З підвищеним вмістом Mn (до 0,5 ... 0,8%), марганцовистого сталь 65Г і кремніймарганцевистих сталь 55ГС з 0,5 ... 0,8% Si і 0,6 ... 0,9% Mn.

більшість сталей другої групи містять 1,5 ... 2,0% Si за винятком сталей марок 50ХФА і 50ХФ2, Які додатково легується Cr і V при пониженому вмісті Si.

У сталях третьої групи при тому ж або більш високому вмісті Si (70С3А містить 2,4 ... 2,8% Si) і вуглецю містяться також Cr, W, V і Ni. Відмінні характеристики сталей другої і третьої груп пояснюються введенням Si при підвищеному вмісті вуглецю.

Пружинні стали піддають гарту з 820 ... 830 ° С переважно в маслі (стали 50С2 і 55С2 іноді гартуються в воду) з подальшим середньому відпусткою при 410 ... 480 ° С на структуру троостита.

Найбільш поширеними є рессорно-пружинні сталі марок 65Г, 55С2, 60С2А, 70С3А, 60С2ХА і ін. (ГОСТ 14959-79).

Розглянемо більш докладно структуру деяких пружинних сталей.

Марганцовистого сталь 65Г. Діаграми ізотермічного перетворення аустеніту в марганцовістойсталі різних марок за формою кривих не відрізняються від діаграм вуглецевої сталі, але лінії перетворення в області температур 500 ... 600 ° С зрушені вправо, що вказує на підвищену стійкість аустеніту (рис. 3.5, а). Тому марганцовистого сталь навіть без термічної обробки (в стані прокату) або після нормалізації має тонку структуру перлитного типу і підвищені в порівнянні з вуглецевою сталлю міцність, пружність і твердість. Більш глибока прокаліваемость марганцовистой пружинної стали забезпечує її більш високу міцність, пружність і твердість. Вона добре обробляється різанням, штампується в холодному стані. У той же час, до недоліків марганцевистих сталей можна віднести їх схильність до зростання зерна при нагріванні і відпускну крихкість. Ці недоліки усуваються додатковим легуванням.

а бМал. 3.5. Діаграми ізотермічного перетворення аустеніту:а - Марганцовистого сталь 65Г; б - Кремниста сталь 55С2

Кремниста конструкційна сталь. Кремній є дешевим ЛЕ. Кремниста конструкційна сталь марок 55С2 і 60С2 містить 1,5 ... 2% Si, широко застосовується для виготовлення ресор і пружин. Після термічної обробки вона набуває високу твердість і пружні властивості. Діаграма ізотермічного перетворення переохолодженого аустеніту стали цих марок (рис. 3.5, б) Також відрізняється невеликим зрушенням ліній перетворення аустеніту вправо (хоча і менш виражено). Крем'янисті стали марок 55С2 і 60С2 по прокаливаемости однакові з марганцовистое. Однак збільшення вмісту Si в стали до 2 ... 2,5% підвищує температуру переходу її в крихке стан, викликає різке зниження в'язкості, підвищуючи крихкість.

Кремниста сталь 60С2 для автомобільних ресор. До термічної обробки в стані прокату мікроструктура цієї стали складається з перліту з незначними включеннями фериту (рис. 3.6, а). Після гарту з 860 ° С в маслі і відпустки при 500 ° С виходить в структурі тростит або сорбіт відпустки з твердістю 415 ... 363 НВ (рис. 3.6, б).

 а бМал. 3.6. Мікроструктура рессорно-пружинних стали 60С2, х 750:а - Після прокатки, б - Після термічної обробки.

Рессорно-пружинні сталі повинні мати наскрізну прокаливаемость, однакову структуру і властивості по всьому перетину, високі межі пружності або пропорційності, плинності і витривалості, підвищену релаксаційну стійкість. Марки деяких рессорно-пружинних сталей і їх хімічний склад наведено в додатку 6.

Сталь шарикоподшипниковая.Сталь підшипникова (ГОСТ 801-78) призначена для виготовлення деталей підшипників кочення (кілець, кульок, роликів), а також для виробів, від яких потрібна висока зносостійкість при зосереджених змінних навантаженнях (кулачки, деталі насосів високого тиску та ін.).

Сталь для підшипників кочення повинна мати високу твердість, зносостійкість і опірність контактної втоми. Такими властивостями володіють високовуглецеві хромисті стали високої якості при вкрай малій кількості неметалевих включень і незначну карбідну неоднорідність.

Випускаються такі марки підшипникових сталей: ШХ4, ШХ15, ШХ15СГ і ШХ20СГ. В позначенні марки стали букви позначають: "Ш" -шарікоподшіпніковая, "Х" - хромистая. Цифра показує вміст хрому в десятих частках. Зміст вуглецю в цих сталях становить (0,95 ... 1,15%), який забезпечує високу твердість в робочому стані. Ці стали легується Si і Mn для підвищення прокаливаемости, проте ЛЕ в марці стали вказуються тільки при їх перевищенні більше 0,4% Si і Mn окремо.

Стали, позначені марок букви З і Г позначають, що вони леговані Si (до 0,85%) і Mn (до 1,7%). Хром підвищує твердість і зносостійкість стали і також забезпечує високу прокаліваемость. Причому, хром зменшує критичну швидкість загартування і збільшує прокаливаемость стали тим в більшій мірі, ніж вище його зміст. Крім того, в присутності Cr в стали утворюється легований цементит (Fe, Cr)3 C, підвищується ступінь дисперсності його частинок і, певною мірою, збільшується масова частка частинок цементиту в термічно обробленої сталі. Для ще більшого збільшення прокаливаемости в сталь ШХ15 додатково додають Si (0,4 ... 0,65%) і Mn (0,9 ... 1,2%). Сталь цього складу позначається як ШХ15ГС.

Окремі деталі підшипників (кульки, ролики, кільця) отримують ковкою, штампуванням, розкочуванням, а потім обробкою різанням. Тому перед обробкою різанням ці деталі піддають пом'якшувальному відпалу при температурі 790 ... 810 ° С протягом 2 ... 6 год з охолодженням до 650 ... 550 ° С в печі, потім на повітрі. Ці деталі піддаються так само нормалізації з нагріванням до 920 ... 950 ° С з короткочасної витримкою (10 ... 25 хв), при якій усувається вкрай небезпечна сітка вторинного цементиту і при необхідності виходить тонкопластінчатий перліт. Потім слід високий відпустку при 650 ... 700 ° С з витримкою 1 ... 3 год і охолодженням на повітрі. Цю операцію проводять у разі, коли при роботі підшипників виникають дуже високі контактні напруги-ня. Остаточна термічна обробка деталей підшипників складається з гарту в маслі і низькотемпературного відпуску. Температура нагрівання під загартування для сталей ШХ15 і ШХ15СГ - 830 ... 880 ° С, з витримкою 20 ... 80 хв залежно від перетину з охолодженням в маслі. Відпустка на твердість не нижче 61 ... 65 HRC, проводиться при 150 ... 160 ° С з продовж-ності 2 ... 3 год в зале-мости від розміру деталі.

Мал. 3.7. Мікроструктура стали ШХ15 після гарту і низького відпустки (мартенсит, карбіди), х 500.

Структура стали в робочому стані - дрібнокристалічний мартенсит з рівномірно розподіленими включеннями карбідів типу (Fe, Cr)3C. Така структура стали ШХ15 після гарту і низького відпустки представлена ??на рис. 3.7. Після такої термічної обробки сталь ШХ15 має наступні характеристики: sв = 2500 ... 2600 МПа; КСU = 200 ... 250 кДж / м2 (Для зразків без надрізу).

Перераховані марки сталей мають різну прокаліваемость. сталь ШХ15 рекомендується для виготовлення деталей підшипників з товщиною стінки не більше 20 мм, сталь ШХ15СГ - Для виробів з розміром перетину більше 20 ... 30 мм. з ШХ15 виготовляють так само інші деталі (валики, кулачки, копіри, осі важелів) високої зносостійкості, твердості і контактної міцності.

Для виготовлення підшипників, втулок, осей, ножів вищої якості, що працюють в агресивних середовищах (морська вода, волога пара, розчини деяких кислот і лугів), рекомендується коррозионностойкая сталь 95Х18 мартенситного класу (режим термообробки - загартування в маслі з температури 1000 ... 1050 ° С, відпуск при 140 ... 150 ° С з витримкою 2 ... 4 год на твердість не нижче 56 HRC).

Підшипники, які відчувають в процесі роботи великі динамічні навантаження (підшипники з діаметром зовнішнього кільця 500 мм і більше), виготовляють з цементуемих сталей 18ХГТ, 12Х2Н4А, 20Х2Н4А. При цьому товщина цементованного шару залежить від умов їх служби в цих підшипниках.

К зносостійким сталей відноситься високомарганцовістой сталь марки 110М13Л, відома під назвою стали Гадфільда. Вона містить 0,9 ... 1,2% С; 11,5 ... 14,5% Мn; 0,4 ... 0,9% Si, <0,3% Сr і невелика кількість сірки, фосфору, хрому, нікелю і міді. Висока зносостійкість цієї стали поєднується з хорошою пластичністю і ударною в'язкістю. Для отримання такого поєднання властивостей деталі зі сталі 110М13Л піддають гарту при 1050 ... 1100 ° С у воді.

Властивості її після гарту: ?в = 800 ... 1000 МПа; ? = 40 ... 50%; ? = 35 ... 45%.

сталь 110М13Л використовують для виливків, що працюють в умовах ударно-абразивного зносу, зокрема для зубів ковшів, екскаваторів, траків гусеничних машин, залізничних стрілок і хрестовин, бронеплит і дробарок і т. п.

?




Основні типи діаграм стану | Зв'язок властивостей сплавів з типом діаграм стану | Діаграма стану залізо-цементит | Класифікація і маркування ливарних сталей. | Види термічної обробки і їх класифікація | Перетворення в сталі при нагріванні | Види відпалу і нормалізація | Загартування і відпустку стали | Термомеханічна обробка стали | Вплив легуючих елементів на структуру і властивості стали |

загрузка...
© um.co.ua - учбові матеріали та реферати