Строительные низколегированные стали

Низколегированными строительными называются стали, содержащие не более 0,22 % С и сравнительно небольшое количество неде­фицитных легирующих элементов: до 1,8 % Мn, до 1,2 % Si, до 0,8 % Сr, а также до 0,8 % Ni, до 0,5 % Сu, до 0,15 % V, до 0,03 % Тi, до 0,15 % N и других.

К этим сталям относятся стали 09Г2, 09Г2С, 10Г2С1, 14Г2, 17ГС, 15ГФ, 15Г2СФ, 10Г2Б, 15ХСНД, 10ХНДП и многие другие. Стали в виде листов, сортового фасонного проката применяют в строительстве и машиностроении для сварных конструкций, в основном без дополнительной термической обработки.

Конструкционные (машиностроительные) цементируемые (нитроцементируемые) легированные стали

Цементацию (нитроцементацию) широко применяют для упрочнения среднеразмерных зубчатых колес, валов коробки пере­дач автомобилей, валов быстроходных станков, шпинделей и мно­гих других деталей машин.

Для изготовления деталей, упрочняемых цементацией, приме­няют низкоуглеродистые (0,15—0,25 % С) стали. Содержание легирующих элементов в сталях не должно быть слишком высоким, но должно обеспечить требуемую прокаливаемость поверхност­ного слоя и сердцевины. При этом следует иметь в виду, что карбидообразующие элементы (Сr, Мn и др.) уменьшают раствори­мость углерода в аустените. Это способствует образова­нию в цементованном слое карбидов, при меньшем содержании уг­лерода, обеднению аустенита легирующими элементами и умень­шению прокаливаемости цементованного слоя, как следствие этого, ухудшению механических свойств. Марганец и хром, ко­торыми нередко легируют цементуемые стали, повышают прока­ливаемость сердцевины и в меньшей степени цементованного слоя. Сильно повышает прокаливаемость цементованного слоя молибден.

После цементации, закалки и низкого отпуска цементованный слой должен иметь твердость 58—62 HRС, а сердцевина 30—42 HRС. Сердцевина цементуемых сталей должна обладать высокими механическими свойствами, особенно повышенным пре­делом текучести, кроме того, она должна быть наследственно мелкозернистой.

К данной группе сплавов можно отнести следующие:15Х, 20Х, 20ХФ, 12ХН3Ф,18ХГТ и др.

Конструкционные (машиностроительные) улучшаемые легированные стали

Многие детали машин (коленчатые валы, валы, оси, штоки, шатуны, ответственные детали турбин и компрессорных машин и др.) изготовляют из среднеуглеродистых сталей (0,3—0,5 % С) и подвергают закалке и высокому отпуску (улучшение). Стали закаливаются от 820—880°С (в зависимости от состава) в масле (крупные детали охлаждают в воде) и проходят отпуск при 550—680°С. После такой обработки структура стали — сорбит. Стали должны иметь высокий предел текучести, малую чувствительность к концентраторам напряжений, в изделиях, работающих при многократно прилагаемых нагрузках, высокий предел выносливости и достаточный запас вязкости. Кроме того, улучшаемые стали должны обладать хорошей прокаливаемостью и малой чувствительностью к отпускной хрупкости. К этим сталям относятся 30Х, 40ХФА, 40ХГТР, 30ХГС, 30ХН3А и др.

Шарикоподшипниковые стали

Подшипники качения являются ответственными дета­лями многих машин (станков, автомобилей, тракторов, вагонов электродвигателей и др.), определяющих их точность и производи­тельность.

Подшипники качения работают в условиях качения шариков (или роликов) по наружному и внутреннему кольцам. Наиболее часто причиной отказа подшипников являются излом, разруше­ние тел качения и рабочих поверхностей колец, а также усталостное выкрашивание рабочих поверхностей элементов подшипника.

Для изготовления тел качения и подшипниковых колец не­больших сечений обычно используют высокоуглеродистую хроми­стую сталь ШХ15 (0,95—1,05 % С и 1,3—1,65 % Сr), а больших сечений — хромомарганцевокремнистую сталь ШХ15СГ (0,95— 1,05 % С, 0,9—1,2 % Сr, 0,4—0,65 % Si и 1,3—1,65 % Мn), прокаливающуюся на большую глубину. Стали обладают высо­кой твердостью, износостойкостью и сопротивлением контактной усталости. К сталям предъявляют высокие требования по содер­жанию неметаллических включений, так как они вызывают пре­ждевременное усталостное разрушение. Недопустима также кар­бидная неоднородность.

Стали изготовляют в виде прутков, труб и проволоки. Для горячей штамповки стали поставляются без отжига, для холодной механической обработ­ки — в отожженном состоянии. После отжига стали получают однородную структуру мелкозернистого перлита с мелкими вклю­чениями вторичных карбидов. Такая структура обеспечивает удовлетворительную обрабатываемость резанием и достаточную пластичность при холодной штамповке шариков и роликов. Кольца, шарики и ролики проходят закалку в масле (30—60°С) от 840— 860°С и отпуск при 150—170°С. Перед отпуском для уменьше­ния количества остаточного аустенита детали подшипника охлаж­даются до температуры не выше 20—25°С. Это повышает стабиль­ность их размеров. Для подшипников, которые должны иметь особо высокую стабильность размеров, иногда применяют обра­ботку холодом при -70¸-80°С.

Для получения оптимального сочетания прочности и кон­тактной выносливости кольца и ролики подшипников должны иметь после закалки и отпуска твердость 61—65 HRС для стали ШХ15 и 60—64 НRС для стали ШХ15СГ, а шарики —62—66 HRС.

Износостойкие стали

Для деталей, работающих на износ в условиях абразив­ного трения и высоких давлений и ударов (например, для траков некоторых гусеничных машин, щек дробилок, черпаков земле­черпательных машин, крестовин железнодорожных и трамвай­ных путей и т. д.), применяют высокомарганцевую литую аустенитную сталь 110Г13Л, содержащую 0,9—1,3 % С и 11,5—14,5 % Мn.

Структура этой стали после литья состоит из аустенита и из­быточных карбидов (Fе, Мn)₃С, выделяющихся по границам зерен, что снижает прочность и вязкость стали. В связи с этим литые изделия закаливают с нагревом до 1100°С и охлаждением в воде. При таком нагреве растворяются карбиды, и сталь после закалки приобретает более устойчивую аустенитную структуру. Она об­ладает следующими механическими свойствами: s_В = 800-1000 МПа; s_0,2 = 250-350 МПа; δ = 35-45 %; ψ = 40—50 %; 180—220 НВ. Сталь с аустенитной структурой сильно упрочняется под дей­ствием холодной деформации.

Сталь 110Г13Л обладает высокой износостойкостью только при ударных нагрузках.