Стали, упрочняемые по всему сечению

Эти стали используют для изготовления деталей, испытывающих высокие нагрузки растяжения, изгиба, кручения. Их подразделяют на три группы.

Улучшаемые стали (см. 8.4) содержат и не более легирующих элементов ( и др.). Эти стали предназначены для изготовления ответственных деталей машин (валов, штоков, рычагов и др.), работающих в условиях циклических или ударных нагрузок, концентрации напряжений, а в некоторых случаях и при пониженной температуре.

Поэтому они должны иметь достаточный предел текучести в сочетании с высокой ударной вязкостью, малой чувствительностью к надрезу.

Высокопрочные стали имеют предел прочности применяются для изготовления наиболее ответственных деталей в авиации (детали сварного каркаса, детали фюзеляжа, шасси), ракетной технике, судостроении и др. Среди них можно выделить:

· среднеуглеродистые комплекснолегированные низкоотпущенные стали , , и др. ();

· среднеуглеродистые стали , , , и др., получающие высокую прочность () после термомеханической обработки;

· мартенситостареющие стали – безуглеродистые () сплавы железа с , легированные и др.: , , и др. (). Их упрочняющая обработка состоит в закалке и старении. Старение – процесс выделения избыточных фаз из пересыщенного твердого раствора, приводящий к существенному упрочнению сплава (по режиму старение аналогично отпуску, но приводит к прямо противоположным результатам; различают естественное старение при обычной температуре и искусственное при повышенной, последнее происходит значительно быстрее). В данном случае при старении происходит выделение из мартенсита упрочняющих интерметаллидных фаз.

Широкое применение высокопрочных сталей сдерживается их высокой стоимостью.

Рессорно-пружинные стали предназначаются для изготовления упругих элементов общего назначения.

В пружинах, рессорах и других деталях пружинного типа при значительных нагрузках и изгибе не допускается даже малая остаточная деформация. В связи с этим соответствующие стали должны иметь высокий предел упругости (текучести) и выносливости (см. 10.3). Этим требованиям удовлетворяют стали с повышенным содержанием углерода (), которые подвергают закалке и среднему отпуску на тростит ( и др.). Хорошие результаты дает изотермическая закалка на структуру нижнего бейнита.

Повысить предел выносливости способна поверхностная обработка дробью или накатка роликами.

Стали с улучшенной обрабатываемостью резанием

Обрабатываемость резанием характеризует прежде всего максимальную допустимую скорость резания. К дополнительным показателям относят степень чистоты получаемой поверхности, форму стружки и легкость ее отвода.

Допустимая скорость резания снижается с увеличением твердости стали, т.к. возрастают усилия резания и нагрев режущей кромки. Но обработка слишком пластичных сталей также затруднена из-за образования сплошной трудноломающейся стружки, которая скользит по передней поверхности инструмента, нагревает и изнашивает ее. Налипание мягкого металла на режущую кромку снижает чистоту получаемой поверхности.

Низкую обрабатываемость резанием имеют высокоуглеродистые стали и чугуны в равновесном состоянии (высокая твердость), медь и алюминий (высокая пластичность), аустенитные стали (высокая пластичность и низкая теплопроводность).

Были разработаны т. называемые автоматные стали, имеющие в своем составе добавки, способствующие образованию сыпучей, легко отводимой стружки:

· сернистые (, , и т.д.);

· свинцовосодержащие (, и т.д.);

· селеносодержащие (, и т.д.);

· кальцийсодержащие (, и т.д.).

В марках автоматных сталей цифра после букв А, АС или АЦ – содержание углерода в сотых долях процента.

Для автоматных сталей характерна анизотропия механических свойств, а для сернистых сталей, содержащих повышенные количества S и P – пониженная вязкость, пластичность и коррозионная стойкость. Это ограничивает применение автоматных сталей в ответственных целях.

Лекция 11. Инструментальные стали и сплавы

Требования к инструментальным сталям и сплавам

Инструментальные стали предназначены для изготовления режущего, измерительного инструмента и штампов. Все виды инструмента подвергаются истиранию, часто испытывают высокие напряжения, как правило, изгиба или кручения. Для обеспечения износостойкости инструментальным сталям должна быть присуща высокая твердость, а для сохранения формы инструмента, предупреждения его поломок и выкрашивания рабочих кромок – высокая прочность при удовлетворительной вязкости.

К важному свойству инструментальных сталей, подвергающихся при резании или деформировании существенному нагреву, относится теплостойкость (красностойкость), т.е. устойчивость против отпуска с соответствующим изменением свойств (снижением твердости и износостойкости), а также разгаростойкость – отсутствие склонности к образованию поверхностных трещин при многократных циклах нагревания и охлаждения.

Стали для измерительного инструмента должны иметь высокую чистоту поверхности и стабильность размеров в готовом изделии.

Инструментальные стали и сплавы можно классифицировать как по назначению, так и по химическому составу (углеродистые, низколегированные, высоколегированные, твердые сплавы).