Улучшаемые легированные стали
Улучшаемыми конструкционными сталями называют среднеуглеродистые стали, содержащие 0,3-0,5 % С, которые используются после закалки с высоким отпуском (улучшения). Химический состав сталей регламентирует ГОСТ 4543– 71.
После улучшения структура сталей представляет сорбит отпуска. В сорбите отпуска частицы цементита имеет сферическую («зернистую») форму, а феррит упрочнён легирующими элементами. Сочетание твёрдорастворного упрочнения феррита и дисперсионного упрочнения за счёт частиц карбида обеспечивает повышенную статическую (σв до 1350 МПа) и циклическую (σ-1 до 760 МПа) прочность улучшаемых сталей в сочетании с такими свойствами как:
– хорошая пластичность (δ = 10 – 14 %);
– малая чувствительность к концентраторам напряжений.
– достаточный запас ударной вязкости ) в сталях,
(KCU = 0,6 - 0,9 МДж/м2); содержащих
– низкий порог хладноломкости Ni
(t50 = -100 - -140ºС)
Все эти свойства, а также прокаливаемость, зависят от содержания легирующих элементов в стали. Легирующие элементы повышают устойчивость аустенита при охлаждении, поэтому наибольшим критическим диаметром обладают комплексно – легированные стали. При усложнении легирования повышается и временное сопротивление, и критический диаметр, а также понижается порог хладноломкости (табл. 2.17, 2.18.).
|
|
|
Таблица 2.17
Механические свойства некоторых улучшаемых сталей
| Марка стали | σв, МПа | σ-1, МПа | t50 °С |
| 30ХН2МА | 1000 | 450 | - 50 |
| 30ХГСА | 1100 | 500 | - 40 |
| 40ХН2МА | 1080 | 520 | - 40 |
| 45ХН2МФА | 1370 | 760 | - 60 |
Легирующие элементы улучшаемых сталей влияют также и на другие свойства, такие как:
– склонность к росту зерна при нагреве под закалку (в то время как марганец делает сталь склонной к перегреву, карбидообразующие элементы, такие как титан, ванадий, препятствуют росту зерна);
– теплостойкость (тугоплавкие элементы замедляют диффузионные процессы и повышают температуру распада мартенсита, что способствует сохранению твердости при нагреве до более высоких температур).
– склонность к отпускной хрупкости (хромистые, хромоникелевые, хромомарганцевые стали и др. склонны к отпускной хрупкости; в то время как легирование сталей молибденом или вольфрамом устраняют эту склонность.
Таблица 2.18
Критический диаметр легированных сталей
| Марка стали | dкрит, мм |
| 40Х | 20 – 25 |
| 40ХМ | 35 – 45 |
| 40ХМФА | 80 – 100 |
| 30Х2НМФА | 100 – 1000 |
Хромистые стали 40Х, 45Х, 50Х относятся к наиболее дешевым, однако имеют пониженную прокаливаемость (20 – 25 мм); и склонны к отпускной хрупкости.
|
|
|
Хромованадиевая сталь 40ХФ не склонна к росту зерна при нагреве под закалку, так как образующийся в присутствии ванадия специальный карбид VC сдерживает рост зерна. Как тугоплавкий элемент, ванадий позволяет применять для получения необходимой прочности более высокий отпуск, чем для хромистых сталей. Это, в свою очередь, способствует более полному снятию остаточных напряжений и повышению предела выносливости.
Марганцовистые стали 30Г2, 35Г2, 40Г2, 45Г2, 50Г2 имеют склонность к росту зерна при нагреве под закалку. Вследствие этого их применяют для изготовления деталей, работающих с небольшими ударными нагрузками.
Хромомарганцевые стали 30ХГТ, 40ХГТ, 35ХГФ как комплекснолегированные, имеют более высокую прокаливаемость (до 40 мм).
Хромокремнистые, хромокремниевомарганцевые стали 30ХС, 38ХС, 30ХГСА (хромансиль) применяются с учётом присущих им недостатков: небольшая прокаливаемость (25 – 40), сильная склонность к отпускной хрупкости. Кроме того, в присутствии кремния стали склонны к обезуглероживанию при нагреве под закалку, т.е. к выгоранию углерода из поверхностных слоёв деталей.
Хромомолибденовыестали 30ХМ, 35ХМ, 30Х3МФ, 40ХМФА не склонны к отпускной хрупкости из-за наличия молибдена; присутствие ванадия обеспечивает мелкое зерно; а сочетание трёх тугоплавких элементов (Cr, Mo, V) придаёт сталям теплостойкость. Критический диаметр хромомолибденовых сталей составляет 80 – 100 мм. Из них изготавливают особо ответственные детали.
|
|
|
Хромоникелевые стали 40ХН, 45ХН, 50ХН отличаются хорошей прокаливаемостью (40 – 50 мм), прочностью и вязкостью. Однако стали склонны к отпускной хрупкости.
Хромоникельмодибденовые стали 40Х2НМА, 30Х2НМФА, 38ХН3МФА, 18Х2Н4МА являются уникальным машиностроительным материалом: обладая всеми необходимыми свойствами, в том числе и высокой ударной вязкостью, они могут прокаливаться в сечениях до 100 мм.
Высокопрочные стали (σв ≥ 1500 МПа)
Стимулом к созданию высокопрочных сталей явилось развитие космической и авиационной промышленности, отраслей, в которых необходимо получение конструкций наименьшей массы при высокой прочности.
Высокая прочность сталей достигается специальным легированием и термообработкой, которые обеспечивают сочетание различных механизмов упрочнения.
Особенность высокопрочного состояние состоит в близости значений временного сопротивления разрыву и предела текучести, что увеличивает вероятность возникновения трещин в материале, поэтому одним из обязательных критериев выбора сталей является коэффициент вязкости разрушения К1с .
|
|
|
Основные требования к высокопрочным сталям состоят в обеспечении, наряду с требуемым уровнем прочности достаточной пластичности, ударной вязкости, и трещинностойкости. Таким комплексом свойств обладают стали следующих типов: мартенситно-стареющие, а также среднеуглеродистые низколегированные, упрочняемые закалкой с последующим низким отпуском или термомеханической обработкой (ТМО) (табл. 2.19, рис. 2.40).
Среднеуглеродистые низколегированные, упрочняемые закалкой с последующим низким отпуском(30ХГСН2А, 40ХГСН3ВА, 40ХН2СМА и др.) применяются в авиастроении – для деталей шасси, болтов, баллонов; в ракетостроении – для корпусов двигателей.
Таблица 2.19
Дата добавления: 2020-01-07; просмотров: 191; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!