Главная  Промышленность 

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

(см. табл. 8.5) и низкого отпуска, т. е. термической обработки цементуемых деталей. При использовании этих сталей для деталей, от которых не требуется износостойкая поверхность, проводятся однократная закалка I и низкий отпуск.

Все стали, кроме 18Х2Н4МА, приведенные в табл 8.4, относятся к перлитному классу.

Хромистые стали 15Х, 20Х, а также содержащие дополнительно ванадий (15ХФ) или бор (20ХР), образуют группу дешевых сталей нормальной прочности. Для уменьшения коробления их закаливают не в воде, а в масле. В результате они приобретают структуру троостита или бейнита и упрочняются несколько меньше (см. табл. 8.5). Стали этой группы применяют для небольших деталей (сечением не более 25 мм), работающих при средних нагрузках.

К группе сталей повышенной прочности относятся комплексно-легированные, а также экономно-легированные стали с повышенным содержанием углерода (0,25-0,30%).

Хромоникелевые стали 12ХНЗА, 20ХНЗА, 12Х2Н4А, 20Х2Н4А применяют для крупных деталей ответственного назначения. После закалки в масле эти стали в сечениях до 100 мм имеют структуру низкоуглеродистого мартенсита в смеси с нижним бейнитом, которая обеспечивает сочетание высокой прочности и вязкости.

Хромоникельмолибденовая (вольфрамовая) сталь 18Х2Н4МА (18Х2Н4ВА) наиболее высоколегирована и имеет высокие механические и эксплуатационные свойства.

В этой стали отсутствует перлитное превращение, а температурный интервал бейнитного превращения практически сливается с мартенситным, поэтому при любом, даже очень медленном охлаждении получается структура мартенсита (или смеси мартенсита и бейнита). Отжиг для нее неприменим. В качестве смягчающей операции проводят высокий отпуск на сорбит.

% МПа 4>.

HDD H2f? -1000 800

6D0\- 60

200 О


300WD5DDt°C

Рис. 8.9. В.пияние температуры отпуска на механические свойства стали 18Х2Н4ВА

Сталь 18Х2Н4МА относится к мартенситному классу, закаливается на воздухе и прокаливается практически в любом сечении. Ее применяют для крупных деталей особо ответственного назначения. Сталь 18Х2Н4МА (18Х2Н4ВА) из-за присутствия молибдена (вольфрама) слабо разупрочняется при отпуске (рис. 8.9). Ее используют также в улучшенном состоянии при больших статических и ударных нагрузках.

Недостатками феднелегированных сталей, содержащих 3-4% Ni, являются высокая стоимость и усложненный цикл химико-термической обработки. В присутствии легирующих элементов точка для высокоуглеродистого цементованного слоя смещается значительно ниже 0°С, поэтому после закалки в нем сохраняется до 60% остаточного аустенита. Стали необходимо обрабатывать холодом для того, чтобы вызвать превращение остаточного аустенита в мартенсит и обеспечить высокую твердость поверхности.

Хромомарганцевые стали с титаном (18ХГТ, ЗОХГТ) и молибденом (25ХГМ) относятся к экономно-легированным и предназначены для замены хромони-келевых сталей. Вместо никеля они содержат марганец; титан и молибден



введены для измельчения зерна и снижения чувствительности к перегреву. Прокаливаемость сталей составляет 35-60 мм. В таких сечениях по прочности и твфдости они превосходят хромоникелевые, но уступают им по вязкости. Эти стали применяют для деталей крупносерийного и массового производства (зубчатых колес автомобилей).

Среднеуглеродистые (0,3-0,5% С) легированные стали (см. табл. 8.4) приобретают высокие механические свойства после термического улучшения-закалки и высокого отпуска (500-650 °С) на структуру сорбита. Улучшение этих сталей в отличие от нормализации обеспечивает повышенный предел текучести в сочетании с хорошей пластичностью и вязкостью, высоким сопротивлением развитию трещины. Кроме того, улучшение заметно снижает порог хладноломкости, который в этих сталях, в отличие от низкоуглеродистых, лежит при более высоких температурах.

Улучшаемые легированные стали применяют для большой группы деталей машин, работающих не только при статических, но и в условиях циклических и ударных нагрузок (валы, штоки, шатуны и др.), концентрации напряжений, а в некоторых случаях и при пониженных температурах. При выборе стали кроме предела текучести, вязкости, чувствительности к надрезу важное значение имеют также величины верхнего (Q и нижнего (t„) порогов хладноломкости, сопротивление усталости.

Высокие механические свойства при улучшении возможны лишь при обеспечении требуемой прокаливаемости, поэтому она служит важнейшей характеристикой при выборе этих сталей. Кроме прокаливаемости в сталях важно получить мелкое зерно и не допустить развития отпускной хрупкости.

Механические свойства улучшаемых сталей определяются температурой отпуска, так как в зависимости от легирования разупрочнение при отпуске одних сталей идет быстрее, других-медленнее. Однако при обработке на одинаковую прочность (например, полученной подбором температуры отпуска) стандартные механические свойства, определяемые при растяжении, получаются достаточно близкими (табл. 8.6). Различие состоит в параметрах надежности, которые более чувствительны к изменению структуры и состава стали.

Хромистые стали 40Х, 45Х, 50Х (см. табл. 8.4) относятся к дешевым конструкционным материалам. С увеличением содержания углфода в них повышается прочность, но снижаются пластичность и вязкость, повышается порог хладноломкости (см. табл. 8.6). Хромистые стали склонны к отпускной хрупкости, устранение которой требует быстрого охлаждения от температуры высокого отпуска. Стали прокаливаются на глубину 15-25 мм и применяются для деталей небольшого сечения. Причем стали 45Х, 50Х из-за невысокой вязкости рекомендуются для изделий, работаю-

ТАБЛИЦА 8.6. Термическая обработка и механические свойства улучшаемых легированных сталей

Сталь

Температура закалки, °С

Отпуск

•0,2

кси,

МДж/

Температура,

Среда охлаждения

Не менее

Вода,

1000

-100

масло

То же

1100

ЗОХГСА

»

1100

40ХН

»

1000

-100

40ХНМА

»

1100

-120

38ХНЗМА

Воздух

1200

1100

-140



щих без значительных динамических нагрузок.

Хромокремнемарганцевые стали ЗОХГСА, 35ХГСА содержат по 1% Сг, Мп и Si и называются хромансилями. Это дешевые стали, сочетаюшие хорошие технологические и механические свойства. Хромансили свариваются всеми видами сварки, хорошо штампуются, удовлетворительно обрабатываются резанием, прокаливаются в сечениях 30- 40 мм. Их широко применяют в автомобилестроении: валы, сварные конструкции, детали рулевого управления.

Хромоникелевые стали 40ХН, 45ХН, 50ХН обеспечивают высокий комплекс механических свойств в деталях сечением 40-50 мм. Из-за присутствия никеля эти стали, в отличие от хромистых, имеют более высокий температурный запас вязкости и меньшую склонность к хрупкому разрушению.

Хромоникельмолибденовые (вольфрамовые) стали 40ХНМА, 38ХНЗМА, 38ХНЗМФА. а также 18Х2Н4МА (18Х2Н4ВА) относятся к глубокопрока-ливающимся сталям, предназначенным для деталей с поперечным сечением 100 мм и более. Их комплексное легирование обусловлено тем, что применение чисто хромоникелевых сталей нецелесообразно, так как они имеют сильно выраженную склонность к отпускной хрупкости. Для ее устранения в деталях большого сечения недостаточно быстрого охлаждения от температуры высокого отпуска. Поэтому хромоникелевые стали легируют молибденом (вольфрамом).

Стали относятся к мартенситному классу, закаливаются на воздухе, обладают малой склонностью к хрупкому разрушению, хорошо работают при динамических нагрузках и в условиях пониженных температур. Кроме того, стали слабо разупрочняются при нагреве и могут применяться при температурах до 30О-400°С. Они предназначены для деталей наиболее ответственного назначения (валы и роторы турбин.

тяжелонагруженные детали компрессорных машин, редукторов).

Недостатки этой группы сталей: высокая стоимость, пониженная обрабатываемость резанием, склонность к образованию флокенов.

Легированные высокопрочные стали. В лучших низко- и среднеуглеродистых сталях после типичной для них термической обработки прочность, оцениваемая временным сопротивлением, ограничивается значениями ниже 1500 МПа. При

> 1500 МПа эти стали имеют высокую чувствительность к концентраторам напряжений и эксплуатационно ненадежны.

Развитие техники, стремление к созданию машин наименьшей массы требуют применения высокопрочных сталей, имеющих > 1500 МПа. Для предупреждения хрупкого разрушения таким сталям необходим определенный запас вязкости (минимально допустимая величина КСи = 0,2 МДж/м). Кроме того, расчет рабочих напряжений в деталях из этих сталей необходимо вести не только по значению Oq, но и по предельно допустимому размеру дефекта с использованием критерия К\с. При использовании высокопрочных сталей важно также соблюдение определенных требований к конструированию деталей и технологии обработки их поверхности. При проектировании необходимо избегать конструктивных концентраторов напряжений, а при изготовлении не допускать на поверхности глубоких рисок, царапин, обеспечивать минимальную ее шероховатость.

Высокопрочное состояние в сочетании с достаточно высоким сопротивлениш хрупкому разрушению может быть получено при использовании: 1) средне-углеродистых комплексно-легированных сталей после низкого отпуска или термомеханической обработки; 2) мартен-ситно-стареющих сталей; 3) метастабильных аустенитных сталей.

Среднеуглеродистые комплексно-легированные низкоотпущенные стали. По-



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