Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Легированные конструкционные стали.




В различных разделах курса «Термическая обработка металлов», имеющих отношение к сплавам на железной основе, сравнивались углеродистые и легированные стали. Здесь уместно сравнить особенности свойств легированных и углеродистых сталей, так как именно это будет определять условия их конкретного использования.

1. Положительные особенности легированных сталей обнаруживаются преимущественно в термически обработанном состоянии. Поэтому из легированных сталей изготавливаются детали, подвергаемые термической обработке.

2. В термически обработанном состоянии (закалка + отпуск) все легированные стали обнаруживают более высокие показатели сопротивления пластическим деформациям σт по сравнению с углеродистыми сталями при равном содержании углерода.

3. Большинство легирующих элементов стабилизируют аустенит (увеличивают его устойчивость). В связи с этим при прочих равных условиях прокаливаемость легированных сталей выше, чем углеродистых. Поэтому нагруженные детали крупного сечения следует изготавливать из легированной конструкционной стали, выбирая при этом сталь такого состава, которая в заданном сечении прокаливается насквозь.

4. В связи с тормозящим действием легирующих элементов на распад аустенита выявляется и другая положительная особенность легированных сталей - возможность применения при закалке «мягких» охладителей (масла).

 

Задача № 5. Какие преимущества имеет закалка в масле по сравнению с закалкой в воде?

 

Ответ: 1) уменьшаются фазовые и термические напряжения; 2) повышается твердость; 3) повышается вязкость.

Закалка в масле в значительной степени снижает брак по закалочным трещинам и короблению. Поэтому при необходимости проведения термической обработки изделий сложной формы, даже когда эти изделия имеют небольшое сечение, применение легированных сталей предпочтительно, так как уменьшается вероятность брака.

6. Повышение запаса вязкости и сопротивления хладноломкости легированной стали после закалки и отпуска происходит за счет легирования (особенно никелем), вследствие чего увеличивается эксплуатационная надежность деталей машин.

7. В высокоотпущенном состоянии влияние легирующих элементов на хрупкую прочность определяется тем, как эти элементы влияют на коагуляцию карбидов и на ферритную фазу. Особенно благоприятное воздействие оказывает никель, резко снижающий порог хладноломкости. Такое влияние никеля имеет место и в сложнолегированных сталях, в составе которых присутствует этот элемент. Влияние легирования на температурный порог хладноломкости среднеуглеродистых сталей можно видеть из табл. 4.

Однако легированные стали имеют и специфические недостатки.

1. Многие легированные стали подвержены обратимой отпускной хрупкости.

2. В высоколегированных сталях после закалки имеется повышенное количество остаточного аустенита, что снижает твердость и сопротивление усталости. Для устранения Аост требуется дополнительная обработка.

3. Легированные стали склонны к дендритной ликвации, так как скорость диффузии легирующих элементов в железе мала.

Поэтому при кристаллизации дендриты обедняются легирующими элементами, междендритный материал обогащается ими. После ковки, прокатки таких сталей образуется характерная строчечная структура, и увеличивается неоднородность свойств стали вдоль и поперек направления деформирования. Сталь с такой структурой обладает также плохой обрабатываемостью резанием.

 

Задача № 6.Что необходимо сделать, чтобы при прокатке не образовалась строчечная структура?

 

Ответ: 1) подвергнуть слитки диффузионному отжигу; 2) подвергнуть прокат отжигу; 3) подвергнуть слитки неполному отжигу.

 

4. Весьма опасным пороком легированных сталей являются флокены (особенно в сталях, легированных никелем). Флокены представляют собой светлые пятна в изломе. В поперечном сечении флокены обнаруживаются в виде мелких трещин с различной ориентацией. Причиной возникновения флокенов является выделение водорода, растворенного в стали.

Растворимость водорода в стали уменьшается с понижением температуры. При медленном охлаждении стали, водород, выделяющийся из нее, успевает продиффундировать через толщу слитка и флокены не образуются. При сравнительно быстром охлаждении водород не успевает продиффундировать и остается в стали, создавая большие внутренние давления, приводящие к образованию трещин.

В случае если в стали происходят также фазовые превращения, которые протекают разновременно в различных участках слитка из-за неоднородности состава, то появляются дополнительно еще и фазовые напряжения, усугубляющие флокенообразование. Мерами борьбы с флокенами являются: уменьшение содержания водорода в стали при ее выплавке, медленное охлаждение слитков в районе температур флокенообразования (от 200 °С и ниже), а также изотермический отжиг слитков. Сталь, в которой флокены уже образовались, можно исправить прокаткой или ковкой заготовки на более мелкие сечения. При горячей обработке давлением флокены свариваются. Флокено - чувствительные стали отмечены знаком «+» в табл. 4.

5. Легированные стали стоят дороже углеродистых. Кроме того, стали, содержащие никель, являются дефицитными. В табл. 3 и 4 в графе «Индекс стоимости» приводятся данные об относительной стоимости некоторых легированных сталей. За единицу стоимости принята стоимость стали Ст3.

Основные принципы легирования конструкционных сталей. При ознакомлении с легированными сталями следует сопоставлять их свойства со свойствами углеродистых сталей и между собой, используя табл. 2, 3 и 4.

Формы табл. 3 и 4 в максимальной степени приближены к формам таблиц, приведенным в справочниках, где свойства стали указываются в зависимости от сечения. В табл. З и 4 указывается также прокаливаемость стали при закалке в воде и в масле.

В табл. 3 и 4 приводятся свойства наиболее распространенных низко- и среднеуглеродистых конструкционных сталей.

Ниже приводятся общие направления влияния легирующих элементов на свойства сталей.

В качестве конструкционных машиностроительных сталей весьма часто используются стали, легированные хромом (0,8 ... 1,2 % Сг). Они имеют более высокую прокаливаемость, чем углеродистые стали.

Хром способствует получению высокой и равномерной твердости стали. Порог хладноломкости хромистых сталей составляет 0 °С ... -100 °С. В обозначении порога хладноломкости первое значение температуры соответствует температуре, выше которой излом стали совершенно вязкий, а ниже температуры второго значения (-100 °С) - излом полностью хрупкий. Ниже рассматривается влияние дополнительного легирования на свойства хромистых сталей.

 

 

 

 

 

 

Для повышения прокаливаемости хромистые стали дополнительно легируют бором (В ~ 0,003 %). Такие стали имеют порог хладноломкости на уровне соответствующих углеродистых сталей (+20 0C ... -60 0C), так как бор повышает порог хладноломкости.

Повышение прокаливаемости достигается также введением в
хромистые стали марганца (D95м стали 40ХГР порядка 25 мм). Однако марганец содействует росту зерна, повышает порог хладноломкости до +40 0C ... -60 0C.

Для измельчения зерна в состав хромомарганцевых сталей
вводится титан (~ 0,1 %). Стали 18ХГТ, 30ХГТ являются распространенными и служат для изготовления относительно небольших шестерен.

Введение в хромистые стали молибдена (0,15 ... 0,45 %) повышает прокаливаемость, понижает порог хладноломкости до-20 ... —120 0C; Mo повышает статическую, динамическую и усталостную прочность стали. Mo устраняет склонность стали к внутреннему окислению при нагреве ее в среде эндогаза. Ванадий в хромистых сталях (0,1 ... 0,3 %) измельчает зерно и повышает вязкость.

Введение в хромистые стали никеля сильно повышает прокаливаемость, понижает температурный порог хладноломкости тем больше, чем больше никеля в составе стали. Дополнительная добавка молибдена снижает отпускную хрупкость, к чему склонны хромистые стали, содержащие никель. Хромоникелевые стали обладают наилучшим комплексом свойств. Но никель – дефицитный металл, поэтому на практике ограничивают использование сталей, содержащих никель.

Легированием хромомарганцевых сталей кремнием создают
стали под называнием хромансиль (20ХГС, 30ХГСА). Эта группа
сталей имеет высокий комплекс свойств прочности и вязкости, хорошо сваривается, штампуется и обрабатывается резанием.

Для повышения прокаливаемости и механических свойств
(вязкости) хромансили дополнительно легируют никелем (сталь
ЗОХСНА). Высокий комплекс прочности и вязкости имеют детали
из хромансилов также после изотермической закалки (сталь ЗОХГС
после изотермической закалки при 280...3100 C имеет (σв = 165 кГ/мм2, σ0,2 = 130 кГ/мм2, δ=9%, ψ=40% и αн = 4 кГ·м/см2).

Эти стали широко используются в самолетостроении. До 40-х гг.
из стали 30ХГСА изготавливались все наиболее ответственные детали самолетов (шасси, лонжероны и др.). С появлением реактивных
самолетов и сверхтяжелых лайнеров свойства этой стали перестали удовлетворять требованиям промышленности, так как нагрузка на
материал значительно увеличилась. Так, при посадке современного
самолета стойки шасси принимают ударную нагрузку, равную
2 ... 3 весам самолета. Поэтому основным материалом в современном самолетостроении являются никелевые хромансили типа
ЗОХГСНА.

 

 

8. Для наиболее ответственных деталей применяются сложнолегированные хромо-никель-молибденовые стали типа 18Х2Н4В(М)А и
40ХНМА.

9. С повышением содержания углерода во всех сталях повышается порог хладноломкости, что необходимо иметь в виду при выборе
стали.

Термическая обработка конструкционных сталей. По термической обработке конструкционные стали разделяются на: цементуемые (термообработка: после цементации закалка + низкий отпуск), улучшаемые (термообработка: закалка + высокий отпуск). Особую группу составляют пружинные стали (термообработка: закалка + средний отпуск).

Температурный режим закалки определяется значением критических точек стали и устанавливается по данным справочников. Охлаждение при закалке деталей из углеродистых и малолегированных сталей проводится в воде (лучше в растворахNaOH). Охлаждение сталей с повышенной прокаливаемостью, как правило, осуществляется в масле. Для некоторых сталей, например 18Х2Н4В(М)А, которые являются сталями мартенситного класса, прокаливаемость практически на любые сечения может быть достигнута и при охлаждении на воздухе. Для сталей, склонных к обратимой отпускной
хрупкости, рекомендуется повышенная скорость охлаждения от высоких температур отпуска.

 

Задача № 7. Какую из приведенных в ответе сталей следует использовать для изготовления весьма ответственной детали, работающей в полевых условиях, если после отпуска на 6000C все стали подходят по механическим свойствам (σт ,δ и др.) (см. табл. 4)?

 

О т в е т: 1) 4OX; 2) 40ХГН; 3) 34ХНМ.

 

Задача № 8. При какой температуре следует проводить высокий
отпуск стали 40ХГ, чтобы избежать обратимой отпускной хрупкости?

 

Ответ: 1) 4500C; 2) 6000C; 3) 5000C.

 







Дата добавления: 2015-09-15; просмотров: 1440. Нарушение авторских прав


Рекомендуемые страницы:


Studopedia.info - Студопедия - 2014-2020 год . (0.004 сек.) русская версия | украинская версия