Влияние легирующих элементов на рост зерна аустенита
Все легирующие элементы уменьшают склонность аустенитного зерна к росту. Исключение составляют марганецибор, которые способствуют росту зерна. Остальные элементы, измельчающие зерно, оказывают различное влияние: никель, кобальт, кремний, медь (элементы, не образующие карбидов) относительно слабо влияют на рост зерна; хром, молибден, вольфрам, ванадий, титан сильно измельчают зерно (элементы перечислены в порядке роста силы их действия).
Классификация сталей по структуре после охлаждения на воздухе
по структуре, получаемой после охлаждения на спокойном воздухе образцов небольшой толщины, можно выделить три основных класса сталей:
1) перлитный; 2) мартенситный; 3) аустенитный.
Стали перлитного класса характеризуются относительно малым содержанием легирующих элементов, мартенситного - более значительным и аустенитного - высоким содержанием легирующих элементов.
Получение трех классов стали обусловлено тем, что по мере увеличения содержания легирующих элементов устойчивость аустенита в перлитной области возрастает, а температурная область мартенситного превращения понижается, что и отражено на диаграммах изотермического распада аустенита (рис. 287).
Для легированных сталей перлитного класса (как и для углеродистых) кривая скорости охлаждения на воздухе будет пересекать область перлитного распада и будут получаться структуры - перлит, сорбит, тростит.
|
|
|
У сталей мартенситного класса область перлитного распада значительно сдвинута вправо. Поэтому охлаждение на воздухе не приводит к превращению в перлитной области — аустенит здесь переохлаждается без распада до температур мартенситного превращения, где и происходит образование мартенсита.
Дальнейшее увеличение содержания углерода и легирующего элемента не только сдвигает вправо область перлитного распада, но и снижает границу мартенситного превращения, переводя ее в область отрицательных температур. В этом случае сталь, охлажденная на воздухе до комнатной температуры, сохранит аустенитное состояние.
Классификация по составу
В зависимости от состава легированные стали классифицируются как никелевые, хромистые, хромоникелевые, хромоникель-молибденовые, хромомарганцевые, марганцевые, и тому подобные стали. Классификационный признак - наличие в стали тех или иных легирующих элементов.
Из сказанного выше следует, что оптимальные механические свойства достигаются в результате улучшения (или изотермической закалки), для чего аустенит должен быть при закалке переохлажден до температур образования мартенсита. В углеродистых сталях (Ст20—40) при применяемых на практике интенсивных закалочных средах (вода) сквозную закалку удается получить в сечениях до 10—15 мм.
|
|
|
Увеличить прокаливаемость термическими средствами (интенсификация охлаждения) нецелесообразно, так как возникает опасность получения закалочных дефектов и ухудшения вязких свойств.
Практически остается один способ углубления прокаливаемости — легирование.
Применение легированной и поэтому дорогой стали без термической обработки нерационально.
В виде общего вывода важно заметить, что у легированных сталей мартенситная структура может быть достигнута более медленным охлаждением, чем у углеродистых; более медленное охлаждение создает меньшие внутренние напряжения, что является фактором, повышающим конструктивную прочность.
Классификация сталей по назначению
Стали, содержащие до 0,25 % С, используют как котельные, строительные и для деталей машин, подвергаемых цементации. Низкое содержание углерода в котельных и строительных сталях обусловлено тем, что детали котлов и строительных конструкций соединяют сваркой, а углерод ухудшает свариваемость.
Для деталей машин, испытывающих ударные нагрузки, применяют стали, содержащие (0,30 - 0,50)% С (сталь 35, сталь 40, сталь 45, сталь 40ХН и т.д.). Эти стали подвергают термической обработке - закалке с последующим высокотемпературным отпуском (улучшению).
|
|
|
Для пружин и рессор используют стали, содержащие (0,50 - 0,70)% С. Эти стали также применяют только после соответствующей термической обработки.
Цементуемые стали
Некоторые детали работают в условиях поверхностного износа, испытывая при этом и динамические нагрузки. Такие детали изготавливают из низкоуглеродистых сталей, содержащих (0,10 - 0,30)% С, подвергая их затемцементации.
Для изделий небольших размеров, деталей неответственного назначения применяют стали 10, 15, 20. для деталей более сложной формы, сильно нагруженных, крупных применяют низколегированные стали с небольшим содержанием углерода. В качестве легирующих элементов в цементуемые стали добавляют хром, никель и др.
Изделия небольшого сечения и несложной формы, работающие при повышенных удельных нагрузках (втулки, валики, оси, кулачковые муфты, поршневые пальцы и т. д.), делают из хромистых сталей 15Х и 20Х, содержащих около 1% Сг.
Как уже указывалось, стали применяют с низким содержанием углерода с тем, чтобы после цементации, закалки и низкого отпуска получить твердый поверхностный слой и вязкую сердцевину. Твердость поверхности после такой обработки будет около HRC 60,а сердцевины - HRC 15-30.
|
|
|
В деталях из углеродистой стали вследствие ее слабой прокаливаемости высокую твердость получает лишь поверхностный цементованный слой, а сердцевина не упрочняется.
В соответствии со сказанным цементуемые стали следует разделять на три группы: углеродистые стали с неупрочняемой сердцевиной, низколегированные стали со слабо упрочняемой сердцевиной и относительно высоколегированные стали с сердцевиной, сильно упрочняемой при термической обработке.
Чем больше сечение детали, тем более легированную сталь следует выбирать. Во избежание развития отпускной хрупкости, что особенно опасно для крупных деталей, которые невозможно быстро охлаждать при отпуске, следует использовать стали, содержащие молибден (0,15 - 0,30%).
Сложные по конфигурации детали, особенно если они подвергаются ударным воздействиям, желательно изготавливать из сталей, содержащих никель.
Улучшаемые стали
Улучшаемыми называют среднеуглеродистые конструкционные стали (0,3 - 0,5)% С, подвергаемые закалке и последующему высокотемпературному отпуску.
После такой термической обработки стали приобретают структуру сорбита, хорошо воспринимающую ударные нагрузки. Углеродистые улучшаемые стали (35, 40, 45 и 50) обладают небольшой прокаливаемостью (до 10 мм), поэтому механические свойства с увеличением сечения изделия понижаются.
Для мелких деталей после термической обработки получают σв = (600 – 700) МПа. Если от деталей требуется более высокая поверхностная твердость (шпиндели, валы, оси и т. д.), то после закалки их подвергают отпуску на твердость HRC 40 - 50. Для получения высокой поверхностной твердости используют закалку ТВЧ (шестерни, коленчатые валы, поршневые пальцы и т. д.).
Для получения высоких механических свойств в деталях сечением более 25 - 30 мм применяют легированные стали, которые обладают большей прокаливаемостью, более мелким зерном, их критическая скорость закалки меньше, следовательно, меньше закалочные напряжения, выше устойчивость против отпуска.
Высокопрочные стали
эти стали обладают высокой прочностью и вместе с этим необходимыми пластичностью и вязкостью. В обычных конструкционных сталях предел прочности σв как правило, получают не более 1100 – 1200 МПа, так как при большей прочности сталь практически становится хрупкой.
Стали, в которых подбором химического состава и оптимальной термической обработки получают σв = (1800 – 2000) МПа, называют высокопрочными.
Высокопрочное состояние может быть получено несколькими способами. Один из таких способов - легирование среднеуглеродистых сталей (0,4 - 0,5)% С хромом, вольфрамом, молибденом, кремнием и ванадием. Эти элементы затрудняют разупрочняющие процессы при нагреве до (200 – 300)°С. При этом получают мелкое зерно, что в спою очередь понижает порог хладноломкости, увеличивает сопротивление хрупкому разрушению. Например, сталь, содержащая 0,4 % С; 5 % Сг; 1 % Мо и 0,5 % V, после закалки в масле и низкого отпуска при 200 °С имеет σв = 2000 МПа при δ = 10%.
Пружинно – рессорные стали
Основное требование к материалам, используемым для изготовления пружин, рессор, торсионных валиков и т.д. – сохранение в течение длительного времени упругих свойств. Пружинные стали должны иметь высокий предел упругости (σу), высокое сопротивление разрушению и усталости при пониженной пластичности.
Термически упрочняемые пружинно-рессорные стали обычно содержат (0,5 – 0,7)% С. Для менее ответственных пружин и пружин с мелким сечением витков применяют углеродистые стали. Для пружин более ответственного назначения и при большем сечении витков применяют легированныепружинные стали. Чаще всего пружинные стали легируют кремнием. Задерживая распад мартенсита при отпуске и упрочняя феррит, кремний создает высокое значение предела упругости. Кремнемарганцовистые и хромомарганцовистые стали (55СГ2, 50ХГ и др.) имеют хорошую прокаливаемость, и их применяют для изготовления пружин из прутков диаметром до 25 мм. Крупные наиболее ответственные пружины изготовляют из сталей 65С2ВА, 60С2ХФА.
Режим термической обработки назначают в зависимости от состава стали и условий работы пружин. Наиболее высокая упругая прочность достигается в результате среднего отпуска на троостит. При этом отношение σу / σв становится близким к единице (рис. 153).
Для повышения выносливости пружин и рессор широко применяют дробеструйную обработку.
Дата добавления: 2018-04-15; просмотров: 788; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!