|
| |
|
Главная Промышленность Рис. 8.8. Влияние леги- Wfi рующих элементов на zzdd -свойства феррита: я - твердость; б - ударную вязкость iguQ .  Легирующий элемент мартенсита при отпуске, прокаливаемость, размер зерна. В конструкционных сталях феррит - основная структурная составляющая (не менее 90% по объему), во многом определяющая их свойства. Легирующие элементы, растворяясь в феррите, упрочняют его. Наиболее сильно повышают твердость медленно охлажденного (нормализованного) феррита (рис. 8.8, а) кремний, марганец, никель, т. е. элементы, имеюшие отличную от Fe„ кристаллическую решетку. Слабее влияют молибден, вольфрам и хром, изоморфные Fe„. Упрочняя феррит и мало влияя на пластичность, большинство легирующих элементов снижают его ударную вязкость, особенно если их концентрация выше 1 % (рис. 8.8, б). Исключение составляет никель, который не снижает вязкости. Марганец и хром при содержании до 1% повьпиают ударную вязкость; при большей концентрации она снижается, достигая уровня нелегированного феррита, примерно при 3% Сг и 1,5% Мп. При увеличении в стали углерода усиливается влияние карбидной фазы, дисперсность которой определяется термической обработкой и составом стали. Карбидообразующие элементы и частично кремний задерживают вьщеление и коагуляцию карбидов при отпуске, увеличивая дисперсность карбидной фазы. Кроме того, они затрудняют разупрочнение закаленного феррита, замедляя тем самым снижение прочности стали при отпуске. К важнейшим факторам, способствующим повышению конструкционной прочности, относятся снижение при легировании критической скорости закалки и увеличение прокаливаемости. Наиболее эффективно повышает прокаливаемость введение нескольких элементов: Сг + Мо, Cr + Ni, Cr + Ni + Mo и др. При комплексном легировании высокие механические свойства можно получить практически в сечении любого размера, поэтому комплексно-легированные стали применяют для крупных деталей сложной формы. Возможность менее резкого охлаждения при закалке таких деталей уменьшает в них внутренние напряжения и опасность образования трещин. Большинство легирующих элементов измельчает зерно, что способствует повышению работы развития трещины и снижению порога хладноломкости. При одинаковом размере зерна легирующие элементы оказывают индивидуальное влияние на температуру перехода в хрупкое состояние и работу развития трещины. Наиболее сильно понижает порог хладноломкости и увеличивает сопротивление распространению трещины никель. Введение 1 % Ni снижает порог хладноломкости термически улучшенной стали на 60-80 °С и увеличивает критерий Ирвина К на 10-13 МПа-м". Такое благоприятное влияние обусловлено тем, что никель снижает энергию взаимодействия дислокаций с атомами внедрения, облегчает их подвижность. Остальные элементы, за исключением небольших добавок хрома, марганца и молибдена, повышают порог хладноломкости. Таким образом, для обеспечения высокой конструкционной прочности количество легируюших элементов в стали должно быть рациональным. После достижения необходимой прокаливаемости избь1точное легирование (за исключением никеля) снижает трешиностой-кость и облегчает хрупкое разрушение. Хром вводят в количестве до 2%. Он растворяется в феррите и цементите, оказывая благоприятное влияние на механические свойства стали, что предопределило его широкое применение в конструкционных сталях. Никель наиболее ценный и в то же время наиболее дефицитный легирующий элемент. Его вводят в количестве от I до 5%. Марганец вводят в количестве до 1,5% и используют нередко как заменитель никеля. Он заметно повьш1ает предел текучести стали, однако делает сталь чувствительной к перегреву, поэтому для измельчения зерна вместе с ним вводят карбидообразуюшие элементы. Кремний - некарбидообразуюший элемент, количество которого ограничивают 2%. Кремний сильно повышает предел текучести, несколько затрудняет разупрочнение стали при отпуске; снижает вязкость и повышает порог хладноломкости при содержании свыше 1 %. Молибден и вольфрам-дорогие и остродефицитные карбидообразуюшие элементы, которые большей частью растворяются в цементите. Основная цель введения 0,2-0,4% Мо и 0,8-1,2% W-уменьшение склонности к отпускной хрупкости второго рода, улучшение свойств комплексно-легированных сталей в результате измельчения зерна, повышения стойкости к отпуску, увеличения прокаливаемости. Ванадий и титан-сильные карбидо-образователи. Их добавляют в небольшом количестве (до 0,3% V и 0,1% Ti) в стали, содержащие хром, марганец, никель, для измельчения зерна. Повышенное содержание этих элементов (так же, как молибдена и вольфрама) недопустимо, так как приводит к образованию специальных труднорастворимых при нагреве карбидов. Избыточные карбиды снижают прокаливаемость и, располагаясь по границам зерен, способствуют хрупкому разрушению. Бор вводят в микродозах (0,002-0,005%) для увеличения прокаливаемости. Микролегирование бором эквивалентно введению 1% Ni; 0,5% Сг; 0,2% Мо. Легированные стали нормальной и повышенной статической прочности. Йз сталей нормальной и повышенной прочности наибольшее применение в машино- и приборостроении имеют низкоуглеродистые (цементуемые) и среднеу-глеродистые (улучшаемые) стали, содержащие, как правило, в сумме не более 5% легирующих элементов. Низкоуглеродистые (0,1-0,3% С) легированные стали (табл. 8.4) используют в состоянии наибольшего упрочнения, т. е. после закалки и низкого отпуска со структурой (в зависимости от состава стали) низкоуглеродистого мартенсита или бейнита. Повышенные прочностные свойства этих структур сочетаются с хорошей пластичностью, вязкостью, малой чувствительностью к надрезам и высоким сопротивлением развитию вязкой трещины. Функциональное назначение низкоуглеродистых сталей-цементуемые (ни-троцементуемые) детали (зубчатые колеса, кулачки и т. п.), работающие в условиях трения. После насыщения поверхности углеродом, закалки и низкого отпуска низкоуглеродистые стали ТАБЛИЦА 8.4. Массовая доля элементов (%) в легированных конструкционных сталях (ГОСТ 4543-71)
Среднеуглеродистые стали
0,03-0,09 Ti 0,002-0,005 В 0,1-0,18 V 0,7-1,1 А1 Примечания: I. Концентрация марганца и кремния как постоянных примесей не указана, 2. Сера и фосфор находятся в пределах норм для качественных и высококачественных сталей. наряду с твердой поверхностью (HRC 5%-ЬЪ) имеют достаточно прочную и вязкую сердцевину, устойчивую к воздействию циклических и ударных нагрузок. Работоспособность цементованных деталей зависит от свойств поверхностного слоя и сердцевины. При одинаковых свойствах цементованного слоя (определяются концентрацией в нем углерода) работоспособность деталей повышается по мере увеличения предела текучести и твердости сердцевины. При недостаточном уровне этих свойств под цементованным слоем происходит пластическая деформация, которая вызывает его преждевременное разрушение. Благоприятное сочетание прочности, пластичности и вязкости, а также высокая хладостойкость (порог хладноломкости лежит в области отрицательных температур) обусловливают применение низкоуглеродистых сталей и без поверхностного упрочнения. Механические свойства низкоуглеродистых сталей без поверхностного упрочнения приведены в табл. 8.5. Механические свойства определены после двойной закалки I и П ТАБЛИЦА 8.5. Режимы термической обработки в механические свойства иизкоуглеродистых сталей
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 [ 48 ] 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
