Технологія конструкційних матеріалів та матеріалознавство (стр. 28 )

Додаткове легування хромистих сталей ванадієм (сталь 15ХФ), сприяє одержанню більше дрібного зерна, що поліпшує пластичність і в'язкість.

Нікель збільшує глибину цементованого шару, перешкоджає росту зерна й утворенню грубої цементитної сітки, впливає на властивості серцевини. Хромонікелеві сталі 20ХН, 12ХН3А застосовують для виготовлення деталей середніх і більших розмірів, що працюють на зношування при більших навантаженнях (зубчасті колеса, шліцьові вали). Одночасне легування хромом і нікелем, що розчиняється у фериті, збільшує міцність, пластичність і в'язкість серцевини й цементованого шару. Стали мало чутливі до перегріву. Більша стійкість переохолодженого аустеніту в області перлітного й проміжного перетворень забезпечує високу прокалюваємість хромонікелевих сталей і дозволяє проводити загартування великих деталей з охолодженням у маслі й на повітрі.

Стали, додатково леговані вольфрамом або молібденом (18Х2Н4ВА, 18Х2Н4МА), застосовують для виготовлення великих важконавантажені деталей. Ці сталі є кращими конструкційними сталями, але дефіцитність нікелю обмежує їхнє застосування.

Хромомарганцеві сталі застосовують замість дорогих хромонікелевих, однак ці сталі менш стійкі до перегріву й мають меншу в'язкість. Введення невеликої кількості титану (0,06...0,12 %) зменшує схильність сталі до перегріву (стали 18ХГТ, 30ХГТ).

З метою підвищення міцності застосовують легування бором (0,001...0,005 %) 20ХГР, але бор сприяє росту зерна при нагріванні.

Сталі, що поліпшуються.

Сталі, що піддаються термічному поліпшенню, широко застосовують для виготовлення різних деталей, що працюють у складних напружених умовах ( при дії різноманітних навантажень, у тому числі змінних і динамічних). Стали здобувають структуру сорбіту, добре сприймаючого ударного навантаження. Важливе значення має опір тендітному руйнуванню.

Поліпшенню піддаються середньовуглецеві сталі зі змістом вуглецю 0,30...0,50 %.

Що поліпшуються вуглецеві сталі 35, 40, 45 дешеві, з них виготовляють деталі, що випробовують невеликі напруги (сталь 35), і деталі, що вимагають підвищеної міцності (стали 40, 45). Але термічне поліпшення цих сталей забезпечує високий комплекс механічних властивостей тільки в деталях невеликого перетину, тому що стали мають низку прокалюваємість. Стали цієї групи можна використовувати й у нормалізованому стані.

Деталі, що вимагають високої поверхневої твердості при грузлій серцевині (зубчасті колеса, вали, осі, втулки), піддаються поверхневому загартуванню струмами високої частоти. Для зняття напруг проводять низьку відпустку.

Лекція

 Конструкційні сталі. Класифікація конструкційних сталей.

Класифікація конструкційних сталей

Машинобудівні сталі призначені для виготовлення різних деталей машин і механізмів.

Вони класифікуються:

·  по хімічному складі ( вуглецеві й леговані);

·  по обробці (цементуємі, що поліпшуються);

·  по призначенню (пружинні, шарикопідшипникові).

Вуглецеві стали

Низьковуглецеві сталі 05 кп, 08, 10, 10 пс мають малу міцність високою пластичністю. Застосовуються без термічної обробки для виготовлення малонавантажені деталей - шайб, прокладок і т. п.

Средньовуглецеві сталі 35, 40, 45 застосовуються після нормалізації, термічного поліпшення, поверхневого загартування.

У нормалізованому стані в порівнянні з низковідпущені мають більшу міцність, але меншою пластичністю. Після термічного поліпшення спостерігається найкраще сполучення механічних властивостей. Після поверхневого загартування мають високу поверхневу твердість і опір зношування.

Високовуглецеві стали 60, 65, 70,75 використовуються як ресорно-пружинні після середньої відпустки. У нормалізованому стані - для прокатних валків, шпинделів верстатів.

Достоїнства вуглецевих якісних сталей - дешевина й технологічність. Але через малу прокалюємість сталі не забезпечують необхідний комплекс механічних властивостей у деталях перетином більше 20 мм.

Цементуємі й поліпшені стали

Цементуємі стали.

Використовуються для виготовлення деталей, що працюють на зношування й піддаються дію змінних і ударних навантажень. Деталі повинні сполучити високу поверхневу міцність і твердість і достатню в'язкість серцевини.

Цементації піддаються низьковуглецеві стали зі змістом вуглецю до 0,25%, що дозволяє одержати грузлу серцевину. Для деталей, що працюють із більшими навантаженнями, застосовуються сталі з підвищеним змістом вуглецю (до 0,35 %).

З підвищенням змісту вуглецю міцність серцевини збільшується, а в'язкість знижується. Деталі піддаються ціануванню й нітроцементації.

Цементуемі вуглецеві стали 15,20,25 використовуються для виготовлення деталей невеликого розміру, що працюють в умовах зношування при малих навантаженнях (втулки, валики, осі, шпильки й ін.). Твердість на поверхні становить 60...64 HRC, серцевина залишається м'якої.

Цементуємі леговані сталі застосовують для більших і важконавантажених деталей, у яких необхідно мати, крім високої твердості поверхні, досить міцну серцевину (кулачкові муфти, поршні, пальці, втулки).

Хромисті сталі 15Х, 20Х використовуються для виготовлення невеликих виробів простої форми, цементуємих на глибину h =1...1,5 мм. При загартуванні з охолодженням у маслі, виконуваної після цементації, серцевина має бейнитну будову. Внаслідок цього хромисті сталі мають більше високими міцностними властивості при трохи меншій пластичності в серцевині й більшій міцності в цементованому шарі.

Додаткове легування хромистих сталей ванадієм (сталь 15ХФ), сприяє одержанню більше дрібного зерна, що поліпшує пластичність і в'язкість.

Нікель збільшує глибину цементованого шару, перешкоджає росту зерна й утворенню грубої цементитної сітки, впливає на властивості серцевини. Хромонікелеві сталі 20ХН, 12ХН3А застосовують для виготовлення деталей середніх і більших розмірів, що працюють на зношування при більших навантаженнях (зубчасті колеса, шліцьові вали). Одночасне легування хромом і нікелем, що розчиняється у фериті, збільшує міцність, пластичність і в'язкість серцевини й цементованого шару. Стали мало чутливі до перегріву. Більша стійкість переохолодженого аустеніту в області перлітного й проміжного перетворень забезпечує високу прокаливаемість хромонікелевих сталей і дозволяє проводити загартування великих деталей з охолодженням у маслі й на повітрі.

Стали, додатково леговані вольфрамом або молібденом (18Х2Н4ВА, 18Х2Н4МА), застосовують для виготовлення великих важконавантажені деталей. Ці сталі є кращими конструкційними сталями, але дефіцитність нікелю обмежує їхнє застосування.

Хромомарганцеві сталі застосовують замість дорогих хромонікелевих, однак ці сталі менш стійкі до перегріву й мають меншу в'язкість. Введення невеликої кількості титану (0,06...0,12 %) зменшує схильність сталі до перегріву (стали 18ХГТ, 30ХГТ).

З метою підвищення міцності застосовують легування бором (0,001...0,005 %) 20ХГР, але бор сприяє росту зерна при нагріванні.

Сталі, що поліпшуються.

Сталі, що піддаються термічному поліпшенню, широко застосовують для виготовлення різних деталей, що працюють у складних напружених умовах (при дії різноманітних навантажень, у тому числі змінних і динамічних). Стали здобувають структуру сорбіту, добре сприймаючого ударного навантаження. Важливе значення має опір тендітному руйнуванню.

Поліпшенню піддаються средньовуглецеві сталі зі змістом вуглецю 0,30...0,50 %.

Що поліпшуються вуглецеві сталі 35, 40, 45 дешеві, з них виготовляють деталі, що випробовують невеликі напруги (сталь 35), і деталі, що вимагають підвищеної міцності (стали 40, 45). Але термічне поліпшення цих сталей забезпечує високий комплекс механічних властивостей тільки в деталях невеликого перетину, тому що стали мають низку прокалюваємість. Стали цієї групи можна використовувати й у нормалізованому стані.

Деталі, що вимагають високої поверхневої твердості при грузлій серцевині (зубчасті колеса, вали, осі, втулки), піддаються поверхневому загартуванню струмами високої частоти. Для зняття напруг проводять низьку відпустку.

Вуглецеві інструментальні сталі (ДЕРЖСТАНДАРТ 1435)

Містять 0,65...1,35% вуглецю.

Стали В7...В13А - мають високу твердість, добре шліфуються, дешеві й недефіцитні.

Зі сталей марок В7, В8А виготовляють інструмент для роботи з дерева й інструмент ударної дії, коли потрібна підвищена в'язкість - пуансони, зубила, штампи, молотки.

Стали марок В9...В12 мають більше високу твердість і зносостійкість - використовуються для виготовлення свердел, мітчиків, фрез.

Сталь В13 має максимальну твердість, використовується для виготовлення напилків, граверного інструмента.

Для зниження твердості й створення сприятливої структури, всі інструментальні сталі до виготовлення інструмента піддають відпалу.

Для заевтектоїдних сталей проводять сфероідізуючий відпал, у результаті якого цементит вторинний здобуває зернисту форму. Регулюючи швидкість охолодження можна одержати будь-який розмір зерен.

Остаточна термічна обробка - загартування з наступною відпусткою.

Загартування для доевтектоїдних сталей проводять повну, а для заевтектоїдних - неповну. Структура загартованих сталей або мартенсит, або мартенсит і карбіди.

Температура відпустки вибирається залежно від твердості, необхідної для інструмента.

Для інструментів ударної дії, що вимагають підвищеної в'язкості, зі сталей В7, В8 відпустку проводять при температурі 280…300oС, що забезпечує твердість HRC 56...58.

Для напилків, мітчиків, плашок відпустку проводять при температурі 150…200o С, при цьому забезпечується одержання максимальної твердості - НRC 62...64.

Основними недоліками вуглецевих інструментальних сталей є їх невисока прокалюваємість (5...10 мм), низька теплостійкість (до 200oС), тобто

Лекція

Леговані сталі.

Конструкційні сталі

До конструкційних сталей, застосовуваним для виготовлення різноманітних деталей машин, висувають наступні вимоги:

·  сполучення високої міцності й достатньої в'язкості

·  гарні технологічні властивості

·  економічність

·  недефіцитність

Висока конструкційна міцність стали, досягається шляхом раціонального вибору хімічного складу, режимів термічної обробки, методів поверхневого зміцнення, поліпшенням металургійної якості.