Основные марки улучшаемых конструкционных сталей

Улучшаемые конструкционные стали

Термин «улучшаемые» сформировался от способа термической обработки – «улучшение». Это значит, что свойства этих сталей (прочность, ударную вязкость, усталостную прочность) можно варьировать (улучшать) в широких пределах термической обработкой, заключающейся в закалке и последующем высокомили среднем отпуске.

Это, как правило, среднеуглеродистые (0,25-0,6% С), малолегированные (£ 3% легирующих элементов в сумме) или среднелегированные (3-10 % легирующих элементов) стали (табл. 1).

Таблица 1

Улучшаемые стали в конструкциях должны обеспечивать необходимые показатели прочности (s_в – предел прочности; s_0.2 – предел текучести), пластичности (d% - относительное удлинение; Y% - поперечное сужение), усталостной прочности - s^-1; ударной вязкости – КСU; твердости НВ, НRс по всему сечению детали.

Основными принципами при выборе марки улучшаемой конструкционной стали являются следующие показатели:

1. Наличие концентраторов напряжений, динамических нагрузок и пониженных температур определяет необходимость легирования элементами, снижающими температуру перехода в хрупкое состояние, например, никелем.

2. Выбор марки стали (степени легированности) определяется размером термически обрабатываемых заготовок (прокаливаемостью).

3. Уровень требуемой прочности достигается термической обработкой.

Основным параметром, по которому выбирается марка улучшаемой стали является прокаливаемость (критический диаметр), так как механические свойства в случае прокаливаемости у сталей разных марок этой группы отличаются незначительно.

Стали этой группы подвергают обычно (улучшению) закалке в масле и высокому отпуску (600 °C).

На рис. 2 представлена схема микроструктуры стали 40Х, после отжига и после улучшения.

Рис. 2. Схема микроструктуры стали 40Х

а) после отжига, б) после закалки и высокого отпуска

Стали, подвергаемые термическому улучшению, широко применяют для изготовления различных деталей, работающих в сложных напряженных условиях (при действии разнообразных нагрузок, в том числе переменных и динамических). Стали, приобретают структуру сорбита, хорошо воспринимающую ударные нагрузки. Важное значение имеет сопротивление хрупкому разрушению.

Улучшению подвергаются среднеуглеродистые стали с содержанием углерода 0,30-0,50 %.

Улучшаемые углеродистые стали 35, 40, 45 дешевы, из них изготавливают детали, испытывающие небольшие напряжения (сталь 35), и детали, требующие повышенной прочности (стали 40, 45). Но термическое улучшение этих сталей обеспечивает высокий комплекс механических свойств только в деталях небольшого сечения, так как стали обладают низкой прокаливаемостью. Стали этой группы можно использовать и в нормализованном состоянии.

Детали, требующие высокой поверхностной твердости при вязкой сердцевине (зубчатые колеса, валы, оси, втулки), подвергаются поверхностной закалке токами высокой частоты. Для снятия напряжений проводят низкий отпуск.

2.3. Влияние элементов на полиморфизм железа

Все элементы, которые растворяются в железе, влияют на температурный интервал существование его аллотропических модификаций (А₃= 911^oС, А₄=1392^oС).

В зависимости от расположения элементов в периодической системе и строения кристаллической решетки легирующего элемента возможны варианты взаимодействия легирующего элемента с железом. Им соответствуют и типы диаграмм состояния сплавов системы железо – легирующий элемент (рис. 3).

Большинство элементов или повышают А₄ и снижают А₃, расширяя существовавшие g–модификации (рис. 3. а), или снижают А₄ и повышают А_3, сужая область существования g–модификации (рис. 3. б).

Рис. 3 Схематические диаграммы состояния Fe – легирующий элемент. а – для элементов, расширяющих область существования –модификации; б – для элементов, сужающих область существования –модификации

Большинство элементов образуют с железом твердые растворы замещения. Они растворяются в железе и влияют на положение точек А₃ и А₄, определяющих температурную область существования a и g -железа.

Если легирующие элементы имеют решетку ОЦК, то они ¯А₄, ­ А_3, ГЦК ­А₄, ¯А₃.

По характеру влияние на полиморфные превращения легирующие элементы можно разделить на две группы:

•1 группа - элементы (Cr, W, Mo, V, Si, Al и др. имеющих ОЦК решетку), достаточное содержание которых обеспечивает существование в сталях при всех температурах легированного феррита.Такие сплавы называют Ферритными.

Они понижают А₄ и повышают А₃, следовательно при определенной концентрации (точка У) А₁ и А₃ сливаются и область g фазы замыкается. При содержании легирующего элемента больше У сплавы состоят из твердого раствора легирующего элемента в a - железе.

• 2 группа - элементы (Ni, Mn и др. имеющих ГЦК решетку), стабилизирующие при достаточной концентрации легированный аустенит при всех температурах. Такие сплавы называют Аустенитными. Сплавы, только частично претерпевающие превращение g—>a, называются, соответственно, полуаустенитнымиили полуферритными.группа (расширяющих область) Ni и Mn, которые понижают t (температуру) точки А₃ и повышают А₄. Расширяется на диаграмме gфаза и сужается a - фаза (рис. 3.а.).

Аустенитные и ферритные сплавы не имеют превращений при нагреве и охлаждении.

Дата добавления: 2014-02-26; просмотров: 735; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!