Легированные стали нормальной и повышенной прочности.



Мы поможем в написании ваших работ!


Мы поможем в написании ваших работ!



Мы поможем в написании ваших работ!


ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?

Легированные стали нормальной и повышенной прочности.



Эти стали, могут быть низкоуглеродистыми (до 0,3%) и среднеуглеродистыми (от 0,3 до 0,5%).Первые из них относятся к цементуемым, а вторые к улучшаемым.

Цементуемые стали (ГОСТ 4543-71).

В механизмах передачи и распределения энергии зубчатые колеса, кулачки и другие детали подвергаются многократному циклическому воздействию переменных нагрузок. Рабочие участки деталей, находящиеся в контакте с другими деталями, воспринимают и передают значительные усилия и поэтому должны иметь высокую прочность и стойкость по отношению к контактной усталости. Кроме этого, эти участки должны обладать запасом вязкости.

Для получения необходимого комплекса свойств используют химико-термическую обработку (цементацию, нитроцементацию). При этом упрочненный слой имеет толщину не менее 0,5-0,6 мм (суммарная толщина заэвтектоидной, эвтектоидной и переходной зон.). После закалки и низкого отпуска на внутренней границе упрочненного слоя твердость составляет HRC50, а на поверхности детали – 58-63HRC. Оптимальная структура упрочненного слоя – мартенситная матрица с содержанием в ней карбидов, повышающих износостойкость, и остаточный аустенит (10-15%), который ускоряет приработку, например, зубчатых пар. Наиболее типичными цементуемыми сталями являются 20Х, 20ХГР, 20ХМ, 15ХГН2ТР.

Отдельную группу образуют теплопрочные комплексно-легированные цементуемые стали, которые сохраняют высокую твердость и прочность при температурах больше 2000С благодаря повышенному содержанию Cr и легированию Mo, W, V. Примеры сталей: 14ХГСН2МА, 12Х2НВФМА, 20Х3МВФА. Такие стали, используют для тяжелонагруженных шестерен летательных аппаратов.

Особенностью цементации этого класса цементуемых сталей является насыщение поверхностного слоя до 1,2-1,6% С. Это приводит к увеличению количества карбидов, и, как следствие, к повышению износостойкости и предела контактной выносливости рабочего слоя.

Улучшаемые стали (ГОСТ 4543-71).

Из них изготавливаются детали, подвергающиеся статистическим, циклическим и ударным нагрузкам: коленчатые валы, шатуны, штоки, валы, роторы турбин, тяжелонагруженные детали компрессоров и редукторов.

Улучшаемые стали представляют собой группу легированных сталей с содержанием С=0,3-0,5%. Оптимальные свойства эти стали приобретают после закалки и высокого отпуска при 500-6000 С на структуру сорбит отпуска. Такая структура по сравнению с нормализованным состоянием обеспечивает повышение σ0,2 , σ-1, сопротивления распространению трещин и снижение температуры полухрупкости (Т50).

Вместе с тем у среднеуглеродистых сталей с прочностью σВ большей или равной 1300МПа из-за низкой пластичности повышается их чувствительность к надрезам в напряженных зонах. В результате в местах концентрации напряжений зарождаются усталостные трещины, которые быстро выводят изделия из строя. Для предотвращения влияния концентратов используют дополнительное упрочнение поверхности деталей либо поверхностным пластическим деформированием (ППД), либо индукционной закалкой, либо азотированием.

Такая обработка создает в поверхностных слоях сжимающие напряжения, которые уменьшают уровень растягивающих напряжений от внешних нагрузок, а с другой стороны упрочнение приводят к затруднению микропластических деформаций поверхностных слоев, приводящих к зарождению усталостных трещин.

В зависимости от химического состава улучшаемые стали подразделяются на хромистые (30Х, 35Х, 38ХА, 40ХА, 50ХА), марганцовистые (30Г2, 50Г2), хромомарганцевые (40ХГТР), хромокремнистые (38ХС, 40ХС).

Очень важным показателем улучшаемых сталей является прокаливаемость. Так, у сталей 40ХНМ и 38ХН3МА она достигает 100 мм, что позволяет использовать эти стали для очень широкой номенклатуры деталей.

Стали легированные высокой прочности.

Высокопрочное состояние, при достаточном сопротивлении хрупкому разрушению, обеспечивается в среднеуглеродистых комплексно-легированных высоко - или особовысококачественных сталях после закалки, низкого отпуска и термомеханической обработки, а также в мартенситно-стареющих и метастабильных аустенитных сталях.

К первым из них (среднеуглеродистым, комплексно – легированным) относятся, например, хромансили (30ХГН2А, 30Х2ГСН2ВМ) при обязательном обеспечении повышенного металлургического качества и получении мелкозернистого состояния. С этой целью в них вводят Ni и карбидообразующие элементы, которые тормозят процессы разупрочнения при отпуске, что, в свою очередь, позволяет повысить его температуру, увеличив вязкость без потери σВ.

В настоящее время в качестве высокопрочных сталей используют мартенситно-стареющие стали, относящиеся к сталям интерметаллидного упрочнения. Обычно в их состав входит 17-25% Ni, 8-12% Co, до 1,5% Ti, а также Mo, Al, углерода меньше 0,03%, чтобы не образовались карбиды. Например, Н18К8М5Т, Н18К12М5ТЮ.

Наличие Ni, Ti необходимо для образования интерметаллидных фаз типа NiTi или Ni3 Ti, выделяющихся при старении сталей.

Ввиду высокого содержания легирующих элементов и практически отсутствующего углерода закалку можно проводить с любой скоростью.

Полученный после закалки мартенсит обладает высокой прочностью, но большой пластичностью. Поэтому в таком закаленном состоянии сталь подвергают обработке давлением, резанием и т.д. Окончательные прочностные свойства сталей формируются при старении (480-5000С).

Мартенситно-стареющие стали очень дорогие, но, несмотря на это, применяют для наиболее ответственных деталей авиационно-космической техники, в ракетостроении, судостроении, где требуются высокие удельные характеристики и эксплуатационная надежность.

Еще одним классом высокопрочных сталей являются, трип стали или ПНП – стали (пластичность, наведенная превращением), относящиеся к метастабильным аустенитным сталям.

Высокая прочность, пластичность и вязкость в них достигается получением после закалки с нагревом до 1000-11000С метастабильного аустенита. Причем химический состав должен обеспечивать понижение МН ниже комнатной температуры, при этом  МД должна быть выше комнатной (МД  - температура, выше которой деформация не вызывает мартенситного превращения). Структурное окончательное состояние достигается за счет деформации при температуре ниже МН,  в процессе которой аустенит переходит в высокопрочное мартенситное состояния. Типичная трип сталь - 30Х9Р8М4Г2С2.



Последнее изменение этой страницы: 2021-04-04; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы!

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 44.192.254.246 (0.01 с.)