Главная | Статьи | Легированные конструкционные стали

Легированные конструкционные стали

Основными легирующими элементами конструкционных сталей является хром в количестве до 1,8 % (чаще 0,8-1,1%), от 1 до 4,5% никеля и от 0,8 до 1,8% марганца. Вольфрам, молибден, ванадий, титан, бор и другие легирующие элементы не применяют как самостоятельные присадки, а вводят в сталь в сочетании с хромом, никелем и марганцем для дополнительного улучшения свойств.

В конструкционных сталях обычно содержится 0,15- 0,45% Мо, 0,5-1,2% W, 0,1-0,3% V, 0,06-0,12% Ti, 0,002-0,005% В.

В последнее время выплавляются автоматные стали с повышенным содержанием свинца (~0,25%).

Большинство конструкционных сталей, содержащих от 0,12 до 0,45% С, относятся к перлитному классу, а в равновесном состоянии представляют собой по структуре доэвтектоидную.

Легированные стали обладают наилучшими механическими свойствами после термической обработки. Это объясняется тем, что легирующие элементы задерживают диффузионные процессы и оказывают, поэтому большое влияние на фазовые превращения, протекающие при закалке и отпуске, задерживая распад мартенсита и огрубление частиц карбидов.

Для получения требуемой твердости их подвергают отпуску при более высокой температуре, чем углеродистые. Это позволяет, не только полностью снять закалочные напряжения, но и получить лучшее сочетание прочности и вязкости.

Повышение механических свойств достигается также в результате того, что многие легирующие элементы способствуют измельчению зерна и упрочняют феррит.

Механические свойства легированных сталей мало отличаются от механических свойств углеродистой в малых сечениях. Механические свойства в крупных сечениях выше механических свойств углеродистых. Легирующие элементы особенно сильно повышают при этом предел текучести σ0,2, относительное сужение ψ и ударную вязкость αн. Это объясняется тем, что они обладают меньшей критической скоростью закалки, а следовательно, большей прокаливаемостью.

По этой же причине замена углеродистой стали легированной позволяет проводить закалку в менее резких охладителях, что уменьшает деформацию изделий и опасность образования трещин. Поэтому их применяют и для изделий небольшого сечения, имеющих сложную форму.

Легированные конструкционные стали маркируют цифрами и буквами, например 15Х, 45ХФ, 12ХНЗА, 20Х2Н4А, 18ХГТ и так далее. Двузначные цифры, приводимые в начале марки, указывают среднее содержание углерода в сотых долях процента; буквы оправа от цифры обозначают легирующий элемент: Г - марганец, С - кремний, X - хром, Н - никель, В - вольфрам, Ф - ванадий, М - молибден, Ю - алюминий, Т - титан, Р - бор, Д - медь и П - фосфор. Цифры после букв указывают примерное содержание соответствующего легирующего элемента в целых процентах; отсутствие цифры указывает, что содержание легирующего элемента примерно 1 - 1,5% и менее. Основную массу выплавляют качественными (S ≤ 0,035%; Р ≤ 0,035%).

Высококачественные стали содержат меньше вредных примесей (не более 0,025% S и 0,025% Р), неметаллических включений, растворенных газов и так далее и их обозначают буквой А, помещенной в конце марки.

Чем меньше в ней растворенных газов (азота, водорода, кислорода) и неметаллических включений (нитридов, оксидов, сульфидов и другие), тем выше механические свойства, особенно пластичность и вязкость.

Конструкционные стали чаще выплавляют в основных мартеновских печах, реже в электропечах.

Для снижения содержания в ней газов, современная металлургия использует вакуумную плавку и электрошлаковый переплав. Уменьшение количества серы, оксидных и сульфидных включений достигается раскислением синтетическими шлаками.

Поставляются без термической обработки и термически обработанные (низкотемпературный отжиг - высокий отпуск или нормализация с высоким отпуском).

В зависимости от термической обработки, которую стали проходят на машиностроительном заводе, их часто делят на две группы: 1) цементуемые и 2) улучшаемые.

Для цементуемых изделий применяют низкоуглеродистые стали (0,1-0,25% С). После цементации, закалки и низкого отпуска цементованный слой имеет твердость 58-62 HRC, а сердцевина 30- 35 HRC. Сердцевина должна иметь высокие механические свойства, особенно повышенный предел текучести. Ее применяют наследственно мелкозернистую.

Для изделий небольших размеров, работающих на износ и не требующих высокой прочности сердцевины, применяют углеродистые стали марок 10, 15, 20. Они из-за небольшой прокаливаемости имеют в сердцевине после закалки структуру феррит +отерлит и механические свойства. Цементованный слой из-за чувствительности к перегреву не обладает также повышенной прочностью.

Легированные стали применяют для более сильно нагруженных и особенно крупных изделий, сердцевина которых должна иметь высокий предел текучести, а цементованный слой - высокую прочность (три высокой износостойкости). Для изделий несложной формы и небольшого сечения (втулки, пальцы, валики, некоторые зубчатые колеса), цементуемых на глубину 1,0-1,5 мм, применяют хромистые марок 15Х, 15ХА и 20Х, содержащие 0,7-1,0% Сr.