Специальные стали

Листать книгу

Страницы: ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...

ется ударная вязкость при температурах —40 и —70 "С, тогда как для сталей с более высоким содержанием углерода ударная вязкость нормируется лишь при —40 °С. В сталях с ванадием и ниобием (15ГФ, 15Г2СФ и 10Г2Б), кроме того, наблюдается дисперсионное упрочнение н упрочнение вследствие измельчения зерна в результате образования дисперсных карбидов УС и 1ЧЬС.
...
Механические свойства сталей повышеииой прочности сильно зависят от толщины проката. Так, гарантируемые значения предела текучести стали 09Г2С следующим образом убывают с увеличением сечения проката:
...
Иногда стали повышенной прочности применяют в нормализованном состоянии. Нормализация приводит к большей стабильности механических свойств, улучшению характеристик пластичности, ударной вязкости и хладостойкое™ по сравнению с горячекатаным состоянием. При этом прочностные характеристики практически не измениются.
...
Стали повышенной прочности могут подвергаться термоулучшению (закалке с высоким отпуском). Термоулучшение низколегированных сталей отличается от термоупрочнения низкоуглеродистых сталей тем, что, как правило, закалка стали проводится со специального, а не с прокатного нагрева. И самое главное, что в процессе охлаждения стали из аустенитного состояния протекают промежуточное и мартенситное превращения. После закалки обязательно проводят высокий отпуск. В результате такой обработки сталь имеет дисперсную сорбитную структуру.
...
Таблица 10. Механические сиойства (не менее) низколегированных сталей повышеииой прочности после термоулучшеиия
...
ется ударная вязкость при температурах —40 и —70 "С, тогда как для сталей с более высоким содержанием углерода ударная вязкость нормируется лишь при —40 °С. В сталях с ванадием и ниобием (15ГФ, 15Г2СФ и 10Г2Б), кроме того, наблюдается дисперсионное упрочнение н упрочнение вследствие измельчения зерна в результате образования дисперсных карбидов УС и 1ЧЬС.
...
Высокая прочность (ат=450—750 МПа) низколегированных строительных сталей должна сочетаться с малой склонностью к хрупким разрушениям. Как отмечалось ранее, одновременное повышение прочности и снижение хладноломкости является весьма сложной проблемой.. Решение ее осуществляется несколькими путями: карбонитридным упрочнением сталей, термической обработкой, контролируемой прокаткой, созданием малоперлитных и бейнитных сталей.
...
Главными факторами карбонитридного упрочнения являются: собственно дисперсионное упрочнение, измельчение аустенитного и действительного зерна стали, а при определенной технологии — образование субзеренной структуры. Вследствие этого стали с карбонитридным упрочнением обладают наивысшей прочностью и наименьшей температурой перехода из вязкого в хрупкое состояние.
...
Рассмотренные выше стали повышенной прочности , 15ГФ, 15Г2СФ и 10Г2Б также относятся к сталям с карбонитридным упрочнением, поскольку упрочняющими фазами в них являются карбиды ванадия и ниобия, в которых часть атомов углерода замещена азотом за счет остаточного азота в стали (0,005—0,008 %)•
...
Введение в сталь повышенного содержания азота (до 0,030%) приводит к образованию комплексных фаз — карбонитридов: V(C, N) и Nb (С, N), а также нитридов A1N. Стали с азотом и карбидообразующими элементами обладают значительно более высокими механическими свойствами. /
...
В табл. 11 приведены данные о составе и свойствах основных высокопрочных сталей с карбонитридным упрочнением. Наиболее широкое применение из них нашла сталь 16Г2АФ. Нормализация этой стали обеспечивает получение мелкого зерна, вследствие чего сталь имеет по сравнению с другими строительными сталями (ВСтЗсп, 09Г2С и др.) наивысшую прочность и наименьшую температуру перехода из вязкого в хрупкое состояние (рис. 78).
...
Рнс. 78. Зависимость предела текучести ат и температуры перехода Г» от размера зерна углеродистой стали СтЗ (/), низколегированной 09Г2С (2)
...
Рнс. 78. Зависимость предела текучести а_т и температуры перехода Г» от размера зерна углеродистой стали СтЗ (/), низколегированной 09Г2С
...
В стали 16Г2АФ упрочнение сочетается с понижением порога хладноломкости благодаря получению зерна размером 10—20 мкм (№ 9—11), тогда как в обычной низколегированной стали типа 14Г2 зерно имеет размер 60—80 мкм (№ 5—6) — рис. 79. Отличительной особенностью сталей с карбонитридным упрочнением является то, что их механические свойства мало зависят от сечения проката. Более высокую прочность (ат<600 МПа) имеет сложнолегирован-
...
ная сталь 12Г2СМФ и ее хладостойкая модификация — сталь 12ГН2МФАЮ. Эти стали обладают высоким комплексом механических свойств после термического улучшения (закалка и высокий отпуск).
...
Стали с карбонитридным упрочнением применяют для изготовления наиболее ответственных сварных металлоконструкций, эксплуатируемых в обычных климатических условиях, а также в сооружениях северного исполнения, эксплуатируемых в районах с температурой ниже —40°С. Так, сталь 16Г2АФ широко применяется при сооружении мощных металлургических агрегатов (доменных печей, конвертеров ит.
...
Достигаемая при этом экономия металла в сравнении с его расходом на конструкции из обычной низколегированной стали типа 10Г2С1 и 14Г2 составляет 15—30%, а по сравнению с конструкциями из углеродистой стали СтЗ— около 30—50 %.
...
Рис. 79. Действительное зерно низколегированной стали 14Г2
...
Контролируемая прокатка позволяет получить оптимальное сочетание прочности и вязкости при использовании сталей с карбонитридным упрочнением. Карбонитриды тормозят процессы возврата и рекристаллизации после прокатки, что обеспечивает получение мелкого зерна стали, хорошо развитой субзеренной структуры и дисперсионного упрочнения. Применение контролируемой прокатки исключает последующую термическую обработку.
...
Малоперлитная сталь 09Г2ФБ после контролируемой прокатки обеспечивает следующие механические свойства: ов>560 МПа, ат^460 МПа, КСи-15°с
...
Дополнительно к механизмам упрочнения, действую- \ щим в сталях с карбонитридным упрочнением после контролируемой прокатки, в низкоуглеродистых бейнитных сталях имеется повышенная плотность дислокаций (деформационное упрочнение). Сталь 08Г2МФБ со структурой игольчатого феррита и малоуглеродистого бейнита после контролируемой прокатки обеспечивает оъ^бОО МПа, стт^
...
В СССР задача создания высокопрочных и хладостойких сталей и их эффективного использования в строительстве решена благодаря применению сталей с карбонитридным упрочнением, легированных недефицитным для нашей ^ страны ванадием в сочетании с азотом и алюминием. |
...
логия позволяет использовать эффект высокотемпературной термомеханической
...
наков классификации машиностроительных сталей: по составу (углеродистые, легированные), по обработке (улучшаемые, нормализуемые, цементуемые, азотируемые, мар-тенситно-стареющие и т.д.), по назначению (пружинные, шарикоподшипниковые, криогенные и т. п.). Ниже рассматриваются отдельные группы машиностроительных сталей по указанным признакам.
...
В машиностроении находят применение для изготовления деталей и изделий, чаще всего неответственного назначения, дешевые углеродистые качественные стали.
...
Свойства углеродистых сталей определяются содержанием углерода и применяемой обработкой. Горячекатаные, нормализованные и отожженные стали имеют феррито-перлит-ную структуру. С увеличением содержания углерода количество перлита возрастает и при —0,8 %С
...
держанию в стали, дальнейшее увеличение углерода до 0,8 % приводит к замедлению темпа прироста твердости,, так как появляется остаточный аустенит,' а при содержании углерода больше эвтектоидного твердость стали возрастает мало, лишь за счет появления избыточного цементита (при закалке от температур выше Ас{).
...
Рнс. 81. Изменение порога хладноломкости и энергии разрушения (У) под влиянием содержания углерода для сталей со структурой феррито-карбнд-, ной смеси (Д. Рейнболт): содержание С, %: / — 0,11; 2 — 0,20; 3—0,31; 4 — 0,41;
...
тельно мало повышает твердость мартенсита, однако способствует увеличению остаточного аустенита, что так же, как и перегрев заэвтектоидной углеродистой стали, приводит при определенном содержании углерода к уменьшению твердости стали.
...
Основным недостатком углеродистой стали является малая устойчивость переохлажденного аустенита, а отсюда и низкая прокаливаемость. Критический диаметр при закалке в воду (мартенситная структура) для различных углеродистых сталей составляет от 10 до 20 мм и увеличивается в указанных пределах при повышении содержания углерода от 0,3 до 0,6 %.
...
В углеродистых сталях уже в сечениях около 40 мм даже при закалке в воду в центре протекает феррито-перлит-ное превращение. Малая прокаливаемость обусловливает и низкую закаливаемость углеродистой стали. Чем меньше содержание углерода, тем меньше закаливаемость.
...
Требуемые свойства достигаются при последующем отпуске стали. На рис. 84 показано изменение механических свойств закаленной углеродистой стали 40 при отпуске на разные температуры. С повышением температуры отпуска прочностные характеристики непрерывно уменьшаются, а пластичность и вязкость стали увеличиваются. По таким
...
Рнс. 84. Механические свойства стали 40 в зависимости от температуры отпуска. Отметки на левой шкале — свойства после закалкн. на правой — после
...
диаграммам выбирают режим термической обработки (улучшения), обеспечивающий необходимый для той или иной детали комплекс механических свойств. Подобные диаграммы построены для широко распространенных углеродистых и легированных сталей и приводятся в справочной литературе.
...
Рнс. 82. Влияние содержания углерода на температуру начала АГ_Н н конца
...
В машиностроении применяют углеродистые качественные стали, поставляемые по ГОСТ 1050—74. Кроме того, используют углеродистые стали обыкновенного качества пс* ГОСТ 380—71.
...
Качественными углеродистыми сталями могут быть стали марок 08, 10, 15, 20, 25, 75, 80, 85. К углеродистым» сталям относят также стали с повышенным содержанием, марганца (0,7—1,0%) марок: 15Г, 20Г, 25Г, 65Г, имеющих повышенную прокаливаемость (критический диаметр до 25—30 мм).
...
В табл. 13 приведены гарантируемые механические свойства после нормализации некоторых углеродистых качественных сталей.
...
с высокой упругостью и износостойкостью (см. гл. XVIII, п. 1). Среднеуглеродистые стали 30, 35, 40, 45, 50 и аналогичные стали с повышенным содержанием марганца ЗОГ, 40Г, 50Г применяют для изготовления самых разнообразных деталей машин. При этом в зависимости от условий работы деталей применяют различные виды термической обработки: нормализацию, улучшение, закалку с низким отпуском, закалку ТВЧ и др.
...
Ниже приведены механические свойства наиболее типичных сталей после нормализации (числитель) и закалки с отпуском (знаменатель). Для каждой стали выбрана такая температура отпуска, при которой временное сопротивление улучшенной стали равно временному сопротивлению нормализационной стали (для сталей 25 и 35 /Отп
...
В машиностроении большое, число деталей и изделий изготавливают из листовой стали методом холодной штамповки, при этом происходит весьма сложная глубокая вытяжка металл. Такая штамповка наиболее широко применяется в автомобилестроении; около 50 % массы легкового автомобиля составляют детали, изготовленные этим методом. Глубокая вытяжка листовой стали применяется также при изготовлении консервных банок, эмалированной посуды и многих бытовых и промышленных изделий.
...
Стали для холодной штамповки должны обеспечивать высокую штампуемость при изготовлении деталей сложной формы и высокое качество поверхности для последующего нанесения покрытия. Для некоторых деталей (например, крыльев, дверей, капота и других не несущих деталей кузова автомобиля) прочность готовых изделий не имеет существенного значения. В этом случае применяют мягкие низкоуглеродистые нестареющие холоднокатаные стали. Для ряда других деталей (например, лонжеронов, стоек корпуса, дисков колес и других несущих нагрузку частей автомобиля) требуется повышенная прочность изделий. Для этих целей наиболее перспективны двухфазные ферри-то-мартенситные стали.
...
ли к деформационному старению, а следовательно, к способности образовывать дефекты в виде полос — линий скольжения. На рис. 86 приведены диаграммы растяжения для стали, склонной к деформационному старению, и для нестареющей стали. Чем больше протяженность площадки текучести, тем сталь более склонна к деформационному старению.
...
Как известно, зуб и площадка текучести на диаграмме растяжения обусловлены закреплением дислокаций атмосферами Коттрелла (атомами внедрения — углерода и азота) и вырывом дислокаций из закрепления при достижении предела текучести. Площадка те
...
кучести обусловлена движением свободных, вырванных из закрепления дислокаций при постоянном напряжении. Следовательно, ответственными за деформационное старение являются находящиеся в твердом растворе атомы
...
внедрения. Атомам азота принадлежит главная роль в инициировании склонности к деформационному старению. Причиной этого является большая раствори-
...
Рис. 86. Схематические диаграммы растяжения холоднокатаной отожженной стали, склонной к деформа-цноиому старению (а)
...
Рнс. 85. Лнннн скольжения Чернова—Людерса на поверхности эмалированного изделия, полученного холодной штамповкой, Х5
...
мость и диффузионная подвижность атомов азота в à-железе по сравнению с углеродом, а также то, что в отожженной стали углерод в основном весь выделяется из твердого раствора в виде третичного цементита. При плотности дислокаций в отожженной стали около 106—108см-2 для их закрепления в твердом растворе требуется около 10~3—10~4 % атомов (C-j-N). Поэтому, чтобы сделать сталь нестареющей, необходимо азот вывести из твердого раствора, связав его нитридообразующими элементами. Такой путь и используется при создании нестареющих сталей. В качестве нитридообразующих элементов на практике используют алюминий или ванадий, хотя в исследованиях установлена также возможность связать азот в нитриды введением в сталь титана, хрома и бора. Показана также положительная роль увеличения содержания марганца в уменьшении интенсивности развития деформационного старения.
...
Нитриды A1N или VN образуются в сталях в процессе отжига холоднодеформированной стали. Технология отжига имеет большое значение для полноты связывания азота в нитриды. Однако даже при введении в сталь нитридообразующих элементов часть азота может оставаться в твердом растворе, и при содержании в а-железе (C+N) > >10~3—10-4 % будет происходить закрепление им дислокаций. С целью исключения возможности деформационного старения лист перед штамповкой подвергают дрессировке. Дрессировка представляет собой небольшую пластическую деформацию (до 2%)
...
Для изделий с относительно несложной вытяжкой применяют сталь 08кп. Более сложные изделия изготавливают в основном из стали 08Ю (0,02—0,05 % А1) и реже из стали
...
08Фкп (0,02—0,04 % V). Сталь 08кп склонна к деформационному старению, а стали 08Ю и 08Фкп нестареющие. После отжига холоднокатаный лист подвергают дрессировке.
...
Перед штамповкой лист имеет низкую прочность (ав< <190—210 МПа; о-в = 260—360 МПа) и высокую пластичность (6=42—50%),
...
Применение нестареющей стали позволяет исключить брак в виде полос — линий скольжения при штамповке изделий с особо сложной вытяжкой.
...
Для штампованных деталей и изделий, которые должны иметь повышенную прочность, в последнее время применяют двухфазные низколегированные стали с феррито-мартен-ситной структурой. Эти стали обладают низким сопротивлением малым пластическим деформациям (пределом текучести), высокими значениями временного сопротивления, равномерного и общего удлинения, скорости деформационного упрочнения, что предопределяет их хорошую штампуе-мость и высокую прочность в отштампованных изделиях. Двухфазная феррито-мартенситная (иногда феррито-бей-нитная) структура стали получается при определенном охлаждении из межкритического интервала температур (между Ас\
...
этом сопровождается снижением температуры перехода в хрупкое состояние. Этот факт открывает новую перспективу применения двухфазных феррито-мартенситных сталей с 40—50 % мартенсита и для других целей — в качестве высокопрочных и хладостойких строительных сталей.
...
Диаграмма растяжения феррито-мартенситной стали для холодной штамповки в сравнении с другими сталями приведена на рис. 89. Предел текучести двухфазной стали лишь немного больше, чем у обычной низкоуглеродистой стали, что обеспечивает легкую штампуемость. В то же время временное сопротивление двухфазной стали не уступает этой характеристике для высокопрочной низколегированной стали, а после деформации на 5 % (штамповки) феррито-мартенситная сталь имеет равный с ней предел текучести.
...
Рис. 87. Микроструктура двухфазной феррито-мартенситной стали 12ХМ, Х300 (Б. М. Броифин)
...
Низкие значения предела текучести двухфазной стали и отсутствие площадки текучести после термической обработки из межкритического интервала температур связаны с большим количеством свободных дислокаций в феррите, появившихся в результате образования мартенсита и деформации окружающей ферритиой матрицы.
...
В качестве двухфазных сталей для холодной штамповки чаще используют малоуглеродистые низколегированные стали с 0,06—0,12 % С, 1—2%
...
Применение двухфазных феррито-мартенситных сталей в автомобилестроении для изготовления штампованных, несущих нагрузку деталей (например, обод колес) позволяет сэкономить более 25 % стали и является рентабельным, несмотря на усложнение технологии. В настоящее время ведутся исследования по изысканию новых областей применения двухфазных сталей для холодной штамповки.
...
Для наиболее ответственных тяжелонагруженных деталей машин применяют легированные стали, подвергаемые закалке с отпуском. В зависимости от требуемого уровня свойств выбирают температуру отпуска. Низкий отпуск (до 2Ö0—250°С) обеспечивает высокие прочностные характеристики и низкие значения пластичности и вязкости. При правильном выборе состава стали можно обеспечить повышенные пластичность и вязкость и в низкоотпущенном высокопрочном состоянии. Однако наиболее часто в машиностроении применяют закалку с высоким отпуском при 550— 680°С (улучшение). Такая термическая обработка при рационально выбранном составе стали обеспечивает наиболее высокую конструктивную прочность деталей и изделий — достаточно высокую прочность в сочетании с высокой пластичностью, вязкостью и малой склонностью к хрупким разрушениям. Легирующие элементы, влияя на процессы, происходящие при закалке и отпуске, будут существенно влиять и на механические свойства улучшаемой стали.
...
Как отмечалось ранее, легирующие элементы определяют размер зерна аустенита, его устойчивость при переохлаждении, структуру мартенсита, свойства феррита и карбидной фазы и другие факторы. Поэтому легирование ста-
...
Низкие значения предела текучести двухфазной стали и отсутствие площадки текучести после термической обработки из межкритического интервала температур связаны с большим количеством свободных дислокаций в феррите, появившихся в результате образования мартенсита и деформации окружающей ферритиой матрицы.
...
ли обычно имеет многоцелевое назначение. Один и тот же элемент может влиять на несколько факторов, через них определяя механические свойства стали. Не умаляя влияния легирования на перечисленные факторы, отметим, что в улучшаемых конструкционных сталях легирующие элементы прежде всего должны обеспечить необходимую прокаливаемость и требуемые механические свойства после отпуска.
...
Прокаливаемость стали определяется устойчивостью переохлажденного аустенита, сечением изделия и скоростью охлаждения. При достижении в определенном сечении изде-
...
Наиболее часто прокаливаемость стали определяют методом торцовой закалки, строя кривые прокаливаемости. Поскольку отдельные плавки каждой стали имеют несколько различающиеся значения прокаливаемости (кроме колебаний химического состава в пределах марочного, сказывается размер зерна и другие металлургические факторы), сталь каждой марки характеризуется в целом не одной кривой прокаливаемости, а полосой прокаливаемости. По полосе прокаливаемости определенной стали можно установить значения критической скорости охлаждения при закалке и критические диаметры (диаметр максимального сечения, прокаливающегося насквозь в данной охлаждающей среде).
...
Все легирующие элементы, кроме кобальта, повышают прокаливаемость стали. Кривые прокаливаемости при разном легировании представлены на рис. 90.
...
Приведенные данные показывают, что влияние легирующих элементов на прокаливаемость стали, так же как и на устойчивость переохлажденного аустенита, не аддитивно, т. е. не может быть просуммировано, а эффективность действия какого-либо элемента зависит от комбинации и количества легирующих элементов в каждой стали.
...
Наилучшая прокаливаемость стали достигается при комплексном легировании стали при следующих комбинациях' легирующих элементов (M. Е. Блантер) :
...
Особо сильное влияние на увеличение прокаливаемости конструкционных сталей с содержанием 0,2—0,4% С оказывает около 0,003 % В. По эффективности влияния на прокаливаемость 0,003 % В могут быть эквивалентны примерно 1 % N1, 0,5 % Мп, 0,2 % Мо. При содержаниях более 0,003 % В прокаливаемость не увеличивается, наступает сильная горячеломкость стали. При содержании менее 0,001 % В его влияние на прокаливаемость незаметно. Из-за сложности попасть в узкие пределы марочного состава (0,001—0,005 %)
...
Механизм влияния малых добавок бора на прокаливаемость, по-видимому, состоит в том, что бор как горофильный (поверхностно-активный) элемент, концентрируясь на границах зерен аустенита, препятствует зарождению здесь феррита при -р-^-а-превращении. Благодаря хорошо отработанной технологии производства нашли применение улучшаемые и цементируемые стали с бором.
...
Для характеристики прокаливаемости некоторых наиболее широко применяемых сталей на рис. 91 приведены их полосы прокаливаемости.
...
При полной (сквозной) прокаливаемости структура по всему сечению — мартенсит. При неполной (несквозной) прокаливаемости наряду с мартенситом образуются немар-тенситные продукты распада аустенита (верхний и нижний бейнит, феррито-перлитная смесь).
...
На основе многочисленных исследований можно утверждать, что наиболее высокие механические свойства (практически по всем показателям) достигаются после высокого отпуска исходной структуры мартенсита. Если сталь имеет другие структуры, то некоторые свойства могут ухудшаться. Особенно сильно это может сказываться на параметрах, характеризующих сопротивление стали хрупкому
...
На рис. 92 для хромомолибденовой стали с содержанием от 0,18 до 0,30 % С приведены значения температуры перехода после высокого отпуска разных исходных структур. Подбором температуры отпуска временное сопротивление стали при всех исходных структурах было достигнуто одинаковым (ов
...
Рис. 92. Влияние содержания углерода на порог хладноломкости улучшенной хромоникелевой стали при разной исходной структуре (В. С. Меськин):
...
мартенсита и отпущенного бейнита, следует разделять влияние нижнего и верхнего бейнита. Использование электронно-микроскопического анализа структуры позволило дифференцировать влияние верхнего и нижнего бейнита, а также установить влияние на свойства смеси структур.
...
В табл. 14 приведены данные о влиянии исходной структуры (после закалки) на механические свойства высоко-отпущенной стали 18Х2Н4МФА. Регулируя скорость непрерывного охлаждения стали из аустенитного состояния в соответствии с термокинетической диаграммой распада аустенита, удалось получить смеси различных структур: мартенсита М,
...
Влияние структуры стали 18Х2Н4МФА после закалки на механические свойства после отпуска на одинаковую твердость (А. П. Гуляев, Ю. С. Голованенко, В. Н. Зикеев)
...
тенсита в виде тонких прослоек, как показывают исследования (Дж. Томас), исключительно сильно повышает вязкость разрушения {Kic)
...
Таким образом, если после закалки в изделиях получается структура мартенсита в смеси с нижним бейнитом (до 50 %).
...
В зависимости от требований по прокаливаемости и необходимого уровня механических свойств в машиностроении используют большое количество различно легированных сталей. Марки легированных конструкционных сталей определяются ГОСТ 4543—71, ряд сталей изготовляется также по техническим условиям. Основными легирующими элементами в улучшаемых сталях являются хром, марганец, никель, молибден, бор, ванадий и др. Содержание углерода в них обычно находится в пределах 0,25—0,50 %.
...
В табл. 15 приведен химический состав и гарантируемые механические свойства наиболее широко распространенных улучшаемых машиностроительных сталей. Приведенные механические свойства нормированы как контрольные после указанной термической обработки для заготовок с размером сечения 25 мм (круг или квадрат). Для каждой стали свойства будут зависеть от температуры отпуска, режим обработки выбирается по справочным данным в соответствии с заданными требованиями для определенной детали.
...
Легированным конструкционным сталям свойственна повышенная анизотропия свойств, т. е. различие свойств в зависимости от направления деформации при ковке или прокатке. Уменьшение анизотропии свойств достигается металлургическими способами (уменьшением в стали сульфидов и других неметаллических включений, изменением условий горячей пластической деформации и др.). Эти же стали чувствительны к флокенам, наиболее чувствительны к образованию флокенов доэвтектоидные легированные перлитные и перлито-мартенситные стали (см. гл. II).
...
включенных в табл. 15) являются наименее легированными и обеспечивают прокаливаемость в несколько больших сечениях (до 20—25 мм в масле), чем соответствующие углеродистые стали. Хром не оказывает сильного влияния на разупрочнение прн отпуске, однако он увеличивает склонность стали к отпускной хруп» кости. Поэтому изделия из этих сталей после высокого отпуска следует охлаждать в масле или воде, недопустимо охлаждение после отпуска с печью. Легирование хромом не увеличивает склонности к росту зерна аустенита. Однако с целью получения мелкозернистой стали в них вводят ванадий (40ХФ), который, находясь в карбидах, препятствует росту зерна, а при отпуске задерживает разупрочнение. Поэтому для получения одинаковой прочности сталь 40ХФ при улучшении необходимо отпустить на 30—50 °С выше, чем сталь 40Х. Это имеет большое значение для более полного снятия остаточных напряжений в изделиях и повышения их
...
Значительные преимущества имеют хромистые стали, упрочненные нитридами: 35Х2АФ и 40Х2АФЕ. Эти стали мелкозернистые (зерно № 10— 12), глубокопрокаливающиеся, имеют высокие механические свойства (рис, 93) как после закалки и низкого отпуска (200 °С), так и после улучшения (отпуск 600—650 °С). Такие свойства обусловлены легированием сталей азотом и нитридообразующими элементами—ванадием и алюминием (см. гл. IX, п. 2). Для улучшения обрабатываемости резанием стали легируют селеном (40Х2АФЕ).
...
Марганцовистые стали (30Г2, 35Г2, 40Г2, 45Г2, 50Г2) имеют несколько большую прокаливаемость, чем хромистые. Однако марганец усиливает склонность зерна к росту, поэтому эти стали чувствительны к перегреву и могут иметь пониженную ударную вязкость, особенно при отрицательных температурах. Эти стали можно применять при обработке ТВЧ и для изделий, несущих небольшие ударные нагрузки.
...
включенных в табл. 15) являются наименее легированными и обеспечивают прокаливаемость в несколько больших сечениях (до 20—25 мм в масле), чем соответствующие углеродистые стали. Хром не оказывает сильного влияния на разупрочнение прн отпуске, однако он увеличивает склонность стали к отпускной хруп» кости. Поэтому изделия из этих сталей после высокого отпуска следует охлаждать в масле или воде, недопустимо охлаждение после отпуска с печью. Легирование хромом не увеличивает склонности к росту зерна аустенита. Однако с целью получения мелкозернистой стали в них вводят ванадий (40ХФ), который, находясь в карбидах, препятствует росту зерна, а при отпуске задерживает разупрочнение. Поэтому для получения одинаковой прочности сталь 40ХФ при улучшении необходимо отпустить на 30—50 °С выше, чем сталь 40Х. Это имеет большое значение для более полного снятия остаточных напряжений в изделиях и повышения
...
ЗОХГТ, 40ХГТ, 35ХГФ и др.) обладают повышенной устойчивостью переохлажденного аустенита и соответственно прокаливаемостыо (до 40 мм).
...
Рнс. 93. Механические свойства стали 35Х2АФ в зависимости от температуры отпуска (В. И. Сырейщикова, Л. М. Панфилова, Э. П. Подольская и др.)
...
Рис. 94. Механические свойства стали 30ХГСА в зависимости от температуры отпуска (В. И. Сырейщикова, Л. М. Панфилова, Э. П. Подольская)
...
Хромокремнистые и хромокремнемарганцовистые стали (ЗЗХС, 38ХС, 25ХГСА, ЗОХГСА, 35ХГСА и др.) обладают высокой прочностью и умеренной вязкостью. Широкое распространение (особенно в авиастроении) получили стали типа ЗОХГСА (хромансиль), обладающие хорошей свариваемостью. Хромансили применяют после закалки и низкого отпуска или после улучшения (отпуск 520—540 °С). Изменение свойств стали ЗОХГСА приведено на рис. 94. Недостатком сталей хромансиль является относительно небольшая прокаливаемость (до 25— 40 мм) сильная склонность к отпускной хрупкости I и II
...
Хромомолибденовые стали (ЗОХМ, 35ХМ, 38ХМ, ЗОХЗМФ, 40ХМФА и др.), обладая хорошей прокаливаемостью, имеют высокий комплекс механических свойств и мало склонны к отпускной хрупкости благодаря молибдену. Особенностью хромомолибденовых сталей является способность сохранять высокие механические свойства при повышенных температурах. Сталь ЗОХЗМФ имеет прокаливаемость и свойства, подобные таковым хромоникелевой стали 30ХН2МА. Благодаря ванадию сталь ЗОХЗМФ является мелкозернистой.
...
На рис. 95 приведена зависимость механических свойств стали ЗОХЗМФ от температуры отпуска. Сталь имеет высокие механические свойства при низком отпуске ~200°С (св=1700 МПа, и KCU=
...
ЗОХГТ, 40ХГТ, 35ХГФ и др.) обладают повышенной устойчивостью переохлажденного аустенита и соответственно прокаливаемостыо (до 40
...
время находят применение во многих странах для изготовления наиболее ответственных изделий сечением до 80—100 мм (коленчатые валы, тяжелонагруженные оси, баллоны высокого давления и т. д.).
...
Хромоникелевые и хромоникельмолибденовые (вольфрамовые) стали (20ХНЗА, 20Х2НЧА, 40ХН, ЗОХНЗА и др., 20ХН2М, 30ХН2М, 38Х2Н2МА, 40ХН2МА, 38ХНЗМА, 18Х2Н4МА и др.) являются наиболее качественными, нх применяют для изготовления самых ответственных крупных изделий (сечением порядка 100—1000 мм). Уникальные свойства хромоникелевых и хромоникельмолибденовых сталей достигаются вследствие их чрезвы
...
Высокая прокаливаемость сталей обусловлена сильным совместным влиянием хрома и никеля или хрома, никеля и молибдена на повышение устойчивости аустенита. Диаграммы устойчивости переохлажденного аустенита таких сталей
...
Рис. 95. Механические свойства стали ЗОХЗМФ в зависимости от температуры отпуска (В. И. Сырейщикова, Л. М. Панфилова, Э. П. Подольская и др.)
...
обеспечивая после закалки в масле получение мартенсита и нижнего бейнита в центре крупных изделий. В сечениях до 80—100 мм некоторые стали обеспечивают получение таких структур н при охлаждении на воздухе.
...
Высокая вязкость сталей обусловлена прежде всего влиянием никеля на параметры, характеризующие склонность к хрупкому и вязкому разрушениям. Ранее отмечалось, что никель является элементом, который понижает порог хладноломкости а-железа (см. рис. 22). Это качество никеля ярко проявляется в улучшаемых конструкционных сталях. Большинство исследователей считают, что чем выше содержание никеля, тем ниже порог хладноломкости закаленной и высокоотпущен-ной стали. Ниже приведены данные (В. А. Делле) о влиянии никеля на ударную вязкость KCU, МДж/м2, при отрицательных температурах стали с 0,28 % С, 1,6 % Сг, 0,4 % Мо, закаленной и отпущенной на одинаковую твердость (НВ=»225):
...
время находят применение во многих странах для изготовления наиболее ответственных изделий сечением до 80—100 мм (коленчатые валы, тяжелонагруженные оси, баллоны высокого давления и т. д.).
...
меняемы в таких сталях, последние могут изготовляться с полной или частичной заменой молибдена на вольфрам нз расчета: одна часть молибдена заменяется тремя частями вольфрама. Так, хромоникельволь-
...
їрамовьіе стали должны (.одержать: 38ХНЗВА 0,5—0,8 % \У; 12Х2Н4ВА ,8—1,2 % IV и т.д. Стали с молибденом и вольфрамом равноценны по свойствам, в том числе и по склонности к отпускной хрупкости.
...
На рис 96 приведена зависимость механических свойств стали 18Х2Н4МА от температуры отпуска. После улучшения сталь имеет высокий комплекс механических свойств (при оа=1000 МПа, 6=18%,
...
Рис. 96. Механические свойства стали 18Х2Н4МА в зависимости от температуры отпуска (А. П. Гуляев, О. Н. Мещерикова, В. Н. Зикеев и др.):
...
меняемы в таких сталях, последние могут изготовляться с полной или частичной заменой молибдена на вольфрам нз расчета: одна часть молибдена заменяется тремя частями вольфрама. Так, хромоникельволь-
...
Цементация и азотирование — наиболее распространенные методы химико-термической обработки (ХТО) стали. В результате такой обработки происходит поверхностное упрочнение деталей машин и механизмов: возрастают износостойкость, прочность, усталостная стойкость, а в ряде случаев сопротивление коррозии и окалиностойкость. Как правило, для деталей, подвергаемых цементации и азотированию, применяют специальные стали. Роль легирования таких сталей состоит в получении высоких поверхностных свойств цементованного или азотированного слоя и обеспечения необходимых свойств сердцевины изделия при принятой обработке.
...
ных деталей (зубчатые колеса и др.) содержание углерода в стали может быть повышено до 0,35%- С повышением содержания углерода в стали уменьшается глубина цементованного слоя, увеличивается прочность и понижается вязкость сердцевины.
...
Цементацию проводят при температурах выше точки Аз в аусте-нитной области. Температурный интервал цементации составляет 920— 980 "С. Имеется положительный опыт применения для некоторых легированных сталей высокотемпературной цементации при 980—1050 °С. Прн этом значительно ускоряется процесс цементации вследствие увеличения коэффициента диффузии углерода, однако одновременно растет зерно аустенита и увеличивается коробление деталей. Поэтому для высокотемпературной цементации необходимо применять стали с
...
Термическая обработка изделий после цементации заключается в закалке и низкотемпературном отпуске, причем закалка может осуществляться непосредственно от температуры цементации (одинарная термическая обработка) или после охлаждения от температуры цементации (в
...
Химический состав и механические свойства качественных цементуемых углеродистых конструкционных сталей регламентируется ГОСТ 1050—74, а легированных ГОСТ 4543—71.
...
В табл. 16 приведены химический состав и гарантируемые механические свойства некоторых легированных конструкционных сталей, применяемых для цементации.
...
Цементацию проводят при температурах выше точки Аз в аусте-нитной области. Температурный интервал цементации составляет 920— 980 "С. Имеется положительный опыт применения для некоторых легированных сталей высокотемпературной цементации при 980—1050 °С. Прн этом значительно ускоряется процесс цементации вследствие увеличения коэффициента диффузии углерода, однако одновременно растет зерно аустенита и увеличивается коробление деталей. Поэтому для высокотемпературной цементации необходимо применять стали
...
Легирующие элементы влияют на скорость процесса цементации, глубину цементованного слоя и концентрацию углерода в поверхностной зоне. Некарбидообразующие элементы, такие как никель, кремний, кобальт, ускоряют диффузию углерода в аустените при 950 °С.
...
Как правило, карбидообразующие элементы понижают коэффициент диффузии углерода в аустените. Например, в стали с 1,2 % 51 и 1 % легирующего элемента при температурах, отвечающих интервалу цементации, наблюдается замедление диффузии углерода при легировании в такой последовательности: марганец, молибден, ванадий, вольфрам, хром (Томас и Леан).
...
Карбидообразующие элементы повышают максимальную концентрацию углерода в поверхностном слое по сравнению с углеродистой нелегированной сталью, что связано с интенсивным карбидообразованием в поверхностном слое (рис. 98). С
...
фузии и концентрацию углерода в поверхностном слое. На рис. 99 приведена зависимость глубины цементованного слоя Н
...
В легированных сталях после цементации и закалки кроме мартенсита и карбидов присутствует также остаточный аустенит, количество которого может быть значительным.
...
В небольшом количестве остаточный аустенит в цементованном слое может быть даже полезным, так как при этом повышается пластичность и особенно ударная выносливость, но при больших его содержаниях существенно сни-
...
— нелегированная сталь; 2 — сталь, легированная карбидообразующим элементом; 3— сталь, легированная иекарбидообразующим элементом
...
жается твердость стали, поэтому для высоколегированных цементуемых сталей в целях уменьшения количества остаточного аустенита проводят обработку холодом после закалки.
...
При легировании цементуемых конструкционных сталей часто осуществляется комплексное легирование несколькими элементами. Так, введение кремния в хромоникелевые цементуемые стали позволяет повысить их ударно-усталостную выносливость посредством уменьшения глубины заэвтектоидной зоны и увеличения количества карбидов.
...
Широко применяется легирование цементуемых сталей элементами, задерживающими рост зерна аустенита при нагреве (ванадием или титаном). Особенно благоприятно
...
легирование цементуемых сталей никелем, который повышает вязкость цементованного слоя и сердцевины и понижает порог хладноломкости. Однако вследствие дефицитности никеля наблюдается тенденция к замене высоконикелевых сталей малоникелевыми (например, стали 18ХГСН2МВА и 18ХГСН2МА используют взамен 18Х2Н4ВА и 20Х2Н4А и сталь 14ХГСН2МА вместо 12ХНЗА и 12К2Н4А).
...
Оптимальное содержание углерода при цементации в поверхностном слое составляет 0,8— 0,9 %. Увеличение содержания углерода до более высоких значений способствует выделению карбидов по границам зерен, что может приводить к образованию трещин в цементованном слое и снижению механических свойств (рис. 100).
...
Рис. 100. Влияние содержания углерода в цементованной слое (глубина слоя 1,0 мм) на механические свойства стали после закалки и низкого отпуска (И. Г. Козловский, Ю. Ф. Оржеховский):
...
Азотирование представляет собой процесс поверхностного насыщения стали азотом. Наиболее распространен процесс азотирования в газовых средах на основе аммиака. Как правило, процесс азотирования осуществляется при температуре до 600°С
...
Азотирование конструкционных сталей проводят для повышения их твердости, износостойкости, теплостойкости и коррозионной стойкости. Перед азотированием изделия подвергают закалке и высокому отпуску.
...
Строение диффузионного слоя азотированных сталей определяется диаграммой железо — азот (рис. 101). При азотировании стали в области температур ниже эвтектоид-ной (590 °С) диффузионный слой состоит из трех фаз: е, у^Р^Ы) и а. В общем случае формирование структуры диффузионного слоя азотируемой стали зависит от состава стали, температуры и длительности нагрева, а также и скорости охлаждения после азотирования.
...
Рис. 100. Влияние содержания углерода в цементованной слое (глубина слоя 1,0 мм) на механические свойства стали после закалки и низкого отпуска (И. Г. Козловский, Ю. Ф. Оржеховский):
...
Высокая твердость и износостойкость азотируемых конструкционных сталей обеспечиваются главным образом нитридами легирующих элементов (N, MoN, AIN). Однако из-аа наличия углерода в легированных конструкционных сталях при азотировании фактически образуются кар-бонитридные фазы.
...
102). Уменьшение глубины азотированного слоя при легировании обусловлено уменьшением коэффициента диффузии азота в феррите. Углерод уменьшает также коэффициент диффузии азота.
...
Из азотируемых конструкционных легированных сталей наиболее широко применяют сталь 38Х2МЮА. Однако в последнее время разработан ряд новых конструкционных сталей, подвергаемых азотированию: ЗОХЗВА, 30ХН2ВФА, 40ХНВА, 20ХЗМВФА и др. В табл. 17 приведены химиче
...
мых конструкционных сталей. При азотировании в интервале температур 500—600°С толщина диффузионного слоя невелика и поэтому высокие механические свойства достигаются в тонком поверхностном слое и по мере удаления от поверхности быстро падают. Обычно при легировании несколькими элементами твердость азотированного слоя больше, чем при легировании одним элементом (рис. 103).
...
Наиболее высокая поверхностная твердость при азотировании достигается в хромомолибденовых сталях, дополнительно легированных алюминием, типичным представителем которых является сталь 38Х2МЮА. Подобные стали для азотирования применяют в США: нитраллой — Nitr 135М, в Англии —EN41, в ФРГ — 32А1СгМо4, в Швеции — 2940.
...

Сварка пластмасс ультразвуком
Основы сварочного дела
Газовая сварка и резка металлов
Специальные стали
Трансформаторы для электродуговой сварки
Механические свойства металлов
Сварочный аппарат своими руками

"Сварка-ЛИБ" - Техническая библиотека сварщика | Сварка, термообработка, материалы, металлы и сплавы

admin

Специальные стали