Конструкционные легированные стали, применяемые при обычных температурах

Конструкционными называются стали, применяемые для изготовления деталей машин, конструкций и сооружений. Стали, применяемые в конструкциях и сооружениях, называются строительными. Четкой границы по химическому составу между строительной и машиностроительными сталями нет.

Конструкционными могут быть как углеродистые, так и легированные стали. Содержание углерода в этой группе не превышает 0.6 %.

 

Основные легирующие элементы конструкционных сталей являются хром, никель, кремний, марганец. Для дополнительного улучшения механических свойств вводят молибден, вольфрам, ванадий, титан и др.

Большинство сталей этой группы относят к перлитному классу, в равновесном состоянии – в группу – доэвтектоидных.

 

Конструкционные стали подразделяются:

* строительные, низколегированные стали

* машиностроительные – цементируемые

* машиностроительные – улучшаемые

* рессорно-пружинные

* износостойкие (аустенитная)

* шарикоподшипниковые

* мартенситностареющие высокопрочные стали

 

Строительные низколегированные стали

 

Это стали, содержащие не более 0,22%С и сравнительно небольшое количество недефицитных легирующих элементов. Они хорошо свариваются, это значит, что они не образуют при сварке холодных и горячих трещин. По сравнению с углеродистыми они имеют более высокие значения пределов прочности и текучести при сохранении хорошей пластичности, меньшей склонности к старению и хладноломкости.

19Г

14Г2 Это сварные нефтегазопроводы, газопроводные трубы,

17ГС строительные фермы, мосты, вагоны, рамы.

14ХГС

15ХГСНД

35ГС

25Г2С стали для армирования железобетонных конструкций

σ в = 600Мпа δ =14%

 

Машиностроительные цементируемые легированные стали

Углерода в них содержится 0,1-0,25%

 

После цементации, закалки и низкого отпуска цементованный слой должен иметь 58-62 НRСэ, сердцевина – 20-40НRСэ

Хромистые стали

Х

20Х - изделия простой формы, небольших размеров – кулачки, втулки, пальцы, зубчатые колеса

σ в =700-800Мпа δ =11-12%

 

Хромоникелевые стали

12ХН3А Это детали ответственного назначения, испытывающие

12Х2Н4А в эксплуатации значительные динамические нагрузки

Х2Н4А

σ в =950 –1300Мпа δ =9-14%

 

Одновременное легирование хромом и никелем повышает прочность и пластичность стали и увеличивает вязкость сердцевины.

* 12Х2Н4ВА

* 18Х2Н4МА -для тяжелонагруженных деталей, зубчатых колес, коленчатых валов, осей и др

 

 

Хромомарганцовистые стали

 

Применяются во многих случаях взамен дорогих хромоникелевых, они менее устойчивы против перегрева и поэтому в них добавляют титан.

ХГТ

ХГТ

25ХГМ зубчатые колеса автомобилей (коробки передач), валы

 

Для увеличения прокаливаемости в них добавляют никель.

 

 

Машиностроительные улучшаемые легированные стали

Улучшаемые– это стали используемые после закалки и высокого отпуска

С=0,3-0,5%

Температура закалки 820-880°С ВО=550-650°С.

Известные нам углеродистые улучшаемые стали марок 35,40,45 используют для изделий небольших сечений, работающих при невысоких нагрузках.

 

Хромистые стали

30Х для средненагруженных деталей, валы, оси, рычаги

Х

50Х крупные шестерни, валы

σв =950-1000Мпа δ =12%

 

Хромомарганцовистые стали

ХГ

ХГ

ХГТ

достаточно высокая прочность и прокаливаемость, но пониженная вязкость

 

Хромо-марганце-кремниевые стали

ХГС

ХГС

ХГМ

хорошая прочность и свариваемость, применяется в виде листов и труб для ответственных сварочных конструкций, например, в самолетостроении

σ в =1650Мпа δ =9%

 

Хромо-никелевые стали

ХНА

ХН3А

Высокая прокаливаемость, вязкость, крупные изделия сложной конфигурации, работающие при вибрационных и динамических нагрузках.

ХН2МА

Х2Н2МФА

 

 

Рессорно-пружинные стали

Рессорно-пружинные стали должны иметь особые свойства в связи с условиями работы пружин и рессор. Они служат для смягчения ударов, толчков, действующих на конструкцию в процессе работы. Поэтому основные требования к этим сталям заключаются в следующем:

-высокие пределы упругости и выносливости при достаточной пластичности и сопротивлении

Хрупкому разрушению

Содержание углерода в них –0,5-0,7%

Термообработка – закалка и средний отпуск

 

В качестве легирующих элементов в них

чаще всего – кремний.

 

С2

С2А

С3А

для изготовления пружин вагонов. Многих автомобильных рессор

σв =1800 Мпа σ изг =1600Мпа

С2ХФА

50ХФА крупные высоконагруженные пружины и рессоры

 

Дополнительное легирование хромом, марганцем, вольфрамом. никелем увеличивает прокаливаемость кремнистых сталей., уменьшает склонность их к обезуглероживанию, снижающие предел выносливости.

 

Если пружины и рессоры работают в условиях сильных динамических нагрузок, то применяют стали с никелем- 60С2Н2А

Для изготовления автомобильных рессор широко применяют сталь – 50ХГА, превосходящую по технологическим свойствам кремнистые стали.

 

Для клапанных пружин рекомендуют сталь марки 50ХФА, она не склонна к перегреву и обезуглероживании.

 

Оптимальная твердость рессор для получения максимального предела выносливости 42-48НRСэ

 

Долговечность пружин и рессор снижается при наличии на поверхности различных дефектов – забоин, рисок, царапин, играющих роль концентраторов напряжений.

 

Срок службы пружин и рессор может быть повышен гидроабразивной и дробеструйной обработкой (поверхностным наклепом)

 

Шарикоподшипниковые стали

 

Кольца, ролики, шарики работают в условиях, которые требуют от стали высокой твердости, износостойкости, сопротивления контактной усталости.

 

В качестве шарикоподшипниковых сталей наиболее часто применяют высокоуглеродистые хромистые стали, а для больших сечений - хромомарганцовистые стали. прокаливающие на большую глубину.

* ШХ6 хрома 0,6%

* ШХ9 хрома 0,9%

* ШХ15 хрома 1,5%

* ШХ15СГ хрома 1,5% углерода 0,9-1,1 %

 

 

Термическая обработка шарикоподшипниковых сталей - закалка + низкий отпуск. Закалка от830-860оС в масле, отпуск 150-160 оС в течение 1 ч. Это обеспечивает ей твердость 62НРСэ.

Структура стали должна представлять отпущенный мартенсит, очень мелкоигольчатый с равномерно распределенными в ней карбидами.

 

К данным сталям предъявляют высокие требования по содержанию неметаллических включений, которые являются концентраторами напряжений. Недопустима карбидная неоднородность.

 

Детали подшипников, работающие в агрессивных средах - морской воде, азотной кислоте - изготавливают из стали 9Х18 ( нержавеющая высокоуглеродистая).

 

 

Лекция 12

«Инструментальные материалы»

Инструментальные материалы подразделяются на:

* стали (углеродистые, легированные)

* твердые сплавы

* сверхтвердые материалы

 

Наиболее распространенная группа инструментальных материалов – инструментальные стали – предназначены для изготовления инструментов 4-х групп:

* режущих

* измерительных

* штампов холодного и горячего деформирования (служат для деформирования металла в холодном или горячем состоянии)

Основные требования, предъявляемые к инструментальным сталям:

* высокая твердость

* износостойкость

* теплостойкость – способность сохранять высокую твердость при повышенных температурах или красностойкость.

 

 

Инструментальные стали подразделяются на следующие группы: