Конструкционные легированные стали.

Конструкционные стали должны обладать высокой конструкционной прочностью и обеспечивать длительную и надежную работу в условиях эксплуатации. Поэтому особенность требований к конструкционнымматериалам состоит в необходимости обеспечения комплекса механическихи эксплуатационных свойств, а не одной какой-либо характеристики.

Материалы для изготовления деталей машин и механизмов должны наряду с высокой прочностью и пластичностью хорошо сопротивляться ударным нагрузкам и обладать запасом вязкости. При воздействии знакопеременных нагрузок материалы должны обладать высоким сопротивлением усталости. В условии работы при трении материалы должны хорошо сопротивляться износу.

Помимо надежности конструкционные материалы должны также иметь высокие технологические свойства.

Перечисленными свойствами в достаточной мере обладают легированные стали. Основными преимуществами легированных сталей перед углеродистыми являются более высокая прочность и повышенная ударная вязкость за счет введения легирующих элементов.

Легированные конструкционные стали используются в различных рабочих условиях и обладают очень широким диапазоном свойств. Поэтому их принято подразделять еще на несколько подгрупп.

Низколегированные строительные стали содержат малое количество углерода: 0,1 – 0,25%. Также содержат небольшое количество легирующих элементов: 1 -3%.

Эти стали используются в строительстве, мостостроении, вагоностроении, сельхозмашинах, корпусов судов в судостроении, для изготовления нефте- и газопроводов.

Детали строительных конструкций обычно соединяют сваркой. Поэтому основным требованием является хорошая свариваемость.

Стали хорощо свариваются при содержании углерода не более 0,25%.

Цементуемые стали содержат не более 0,2% углерода и невысокое содержание легирующих элементов: 1 – 5%. Эти стали используются для изготовления деталей, которые работают под действием динамических нагрузок в условиях поверхностного износа. Такие условия работы требуют от материала высокой прочности поверхностного слоя. При этом сердцевина может оставаться непрочной.

Чтобы повысить твердость и прочность поверхностного слоя, поверхность металла дополнительно насыщают элементом внедрения – углеродом. Такая обработка называется цементация. Поверхностный слой насыщается углеродом, что приводит к повышению твердости и прочности. Эти стали легируют хромом, никелем, марганцем.

Улучшаемые конструкционные стали содержат 0,3 – 0,5% углерода и легирующие элементы в количестве не более 5%. Эти стали используются только после термической обработки – улучшения (см. лекцию по термообработке).

После термической обработки улучшаемые стали имеют высокую прочность, вязкость, устойчивость против ударных нагрузок. Улучшаемые стали широко используются для изготовления деталей, работающих в условиях воздействия статических, динамических и знакопеременных нагрузок. Для этих сталей характерно сочетание высокой твердости, прочности и одновременно хорошей пластичности и вязкости. При этом они обладают хорошими технологическими свойствами.

Пружинные стали содержат 0,5 – 0,7%. Основные легирующие элементы – марганец и кремний.

Основные требования, предъявляемые к этим сталям, высокий предел выносливости и упругие свойства. Из этих сталей изготавливают пружины и рессоры, в которых пластическая деформация недопустима, поэтому высокие значения пластичности и вязкости не требуются. Пружинные стали применяются после термической обработки.

Шарикоподшипниковые стали содержат высокое содержание углерода: около 1%. Из них изготавливают подшипники качения, которые испытывают высокие знакопеременные нагрузки. Стали для подшипников должны обладать высокой твердостью и износостойкостью в сочетании с высоким пределом усталости.

Основными легирующими элементами являются хром, марганец, кремний. Шарикоподшипниковые стали применяются после термической обработки.

Высокопрочные стали характеризуются очень высокими значениями прочности в сочетании с высокой вязкостью и пластичностью. Такое сочетание свойств достигается легированием никелем, молибденом, титаном, кобальтом, а также термической обработкой, обеспечивающей специальные механизмы упрочнения.