Учебные материалы
Для преподавателей
Работы студентов
Справочная и техническая литература
Статьи по темам

Леговані сталі

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Рейтинг 5.00 (5 Голосов)

Сталь, яка містить крім постійних домішок (манган, силіцій) один або кілька спеціальних елементів з вмістом понад 1 %, називають Легованою.

До легованих сталей спеціально вводять легувальні елементи, які помітно змінюють їхні механічні і фізико-хімічні властивості. До таких елементів належать хром, нікель, молібден, вольфрам, ванадій, кобальт, титан та ін. Манган у кількості понад 1 % і силіцій понад 0,5 % Також є легувальними.

Властивості легованих сталей визначаються кількістю введених легувальних елементів і характером їх взаємної дії з основними компонентами — залізом і вуглецем. За цією ознакою легувальні елементи можна поділити на дві групи: елементи, які не утворюють карбідів (Ni, Co, Si, Al, Си); карбідоутворювальні елементи (Cr, Μn, Mo, W, V, Ті, Zn, Nb).

Введення легувальних елементів сприяє досягненню якіснішої термічної обробки, оскільки вони надають аустеніту великої стійкості.

Вплив легувальних елементів на структуру і властивості сталі

Хром — дешевий легувальний елемент. Його широко застосовують для легування (в конструкційних сталях до 3 %). Він підвищує твердість і міцність сталі при одночасному незначному зниженні пластичності і в'язкості. Він частково розчиняється у фериті й одночасно утворює міцні карбіди. Хром підвищує опір корозії — при вмісті понад 13 % С г сталь стає неіржавною. Крім того, хром підвищує жароміцність, а також змінює магнітні властивості сталі. Завдяки високій зносостійкості хромистої сталі з неї виготовляють підшипники кочення. Хром вводять у сплав швидкорізальної сталі.

Нікель — цінний легувальний елемент (у конструкційних сталях 1...5 %) — надає сталі міцності, високої пластичності і в'язкості. Його використовують у значній кількості, якщо потрібно одержати немагнітну сталь і сталь підвищеної антикорозійності. Розчиняючись у фериті, нікель зміцнює його. Для легування інструментальних сталей нікель не застосовують.

Вольфрам — дорогий метал. Він дуже підвищує твердість сталі і надає їй червоностійкості — здатності зберігати твердість за підвищених температур. Його вводять переважно в інструментальні і швидкорізальні сталі.

Ванадій — карбідоутворювальний елемент — підвищує твердість сталі і надає їй червоностійкості, сприяє утворенню дрібнозернистої структури, підвищує пружність. Його вводять в інструментальні й швидкорізальні сталі, в невеликій кількості (0,1...0,3%) — у конструкційні сталі.

Молібден — карбідоутворювальний елемент — підвищує твердість і міцність сталі за підвищених температур. Він сприяє утворенню дрібнозернистості. Молібден вводять у конструкційні, інструментальні й жароміцні сталі.

Манган — недорогий легувальний елемент — є постійною домішкою сталі. В конструкційних сталях мангану не більше ніж 2 %. Він підвищує міцність і твердість сталі. З підвищенням вмісту мангану сталь стає зносо - і магнітостійкою.

Силіцій — постійна домішка сталі. У разі введення в сталь до 1 % силіцію міцність її збільшується при збереженні в'язкості (ресорні і пружинні сталі). Він збільшує кислотостійкість, жароміцність. Силіцій вводять у конструкційні, електротехнічні та інші сталі.

Кобальт — підвищує жароміцність, магнітні властивості, збільшує опір ударам.

Титан — підвищує міцність, сприяє подрібненню зерен, поліпшує оброблюваність і опір корозії.

Класифікація маркування і застосування легованих сталей

Класифікація легованих сталей. Леговані сталі класифікують за призначенням, хімічним складом, якістю та структурою.

За призначенням леговані сталі поділяють на конструкційні, інструментальні і сталі з особливими фізичними і хімічними властивостями.

Конструкційні сталі застосовують для виготовлення деталей машин і будівельних конструкцій. Конструкційні сталі повинні мати високі механічні властивості.

Інструментальні сталі і сплави застосовують для виготовлення різних виробничих інструментів (різальних, вимірювальних і ударно - штамнових).

Інструментальні сталі повинні мати високу твердість і зносостійкість.

Сталі і сплави з Особливими фізичними і хімічними властивостями застосовують для виготовлення деталей, які працюють в особливих умовах. Ці сталі об'єднано в шість груп: неіржавні (корозійностійкі), з високим електроопором, електротехнічні, з особливим тепловим розширенням, магнітні і для роботи за високих температур (жаростійкі й жароміцні).

За хімічним складом сталі поділяють залежно від того, які легувальні елементи і в якій кількості містяться в сталі.

За якістю леговану сталь поділяють на якісну, високоякісну і особливо високоякісну, яка містить сірку (до 0,015 %), фосфор (до 0,025 %). Залежно від головних легувальних елементів сталь поділяють на групи, наприклад Хромиста (15Х, 40Х), Марганцевиста (15Г, 30Г2), Хромонікелева (12ХНЗ, 20ХН), Хромомангановосиліцієва (25ХГС). Залежно від вмісту легувальних елементів леговані сталі поділяють на три групи: Низьколеговані (загальним вмістом легувальних елементів до 3 %), Середньолеговані (3...10 % легувальних елементів) і Високолеговані (понад 10 % легувальних елементів).

За структурою у відпаленому стані леговані сталі бувають Доевтектогдні, які мають у структурі вільний ферит; заевтектоїдні — надмірні карбіди і ледебуритні — первинні карбіди, які відокремилися з рідкої фази. За структурою після охолодження на повітрі леговані сталі поділяють на Перлітні, Мартенситні й Аустенітні. Ця класифікація надзвичайно важлива, оскільки за структурою сталей повністю встановлюють їхні властивості. Наприклад, сталь, яка має перлітну структуру, характеризується невеликою твердістю і високою пластичністю, а сталь, яка має мартенситну структуру, надто тверда і крихка.

Маркування легованих сталей. Для маркування сталей стандартом прийнято такі умовні позначення легувальних елементів: X — хром, Η — нікель, В — вольфрам, Φ — ванадій, Μ — молібден, Γ — манган, Д — мідь, К — кобальт, С — силіцій, Ю — алюміній, Ρ — бор, Б — ніобій, Π — фосфор, Τ — титан, Ц — цирконій.

Марка сталі складається з цифр і літер: якщо на початку марки

Стоять дві цифри (позначають конструкційні сталі), то вони вказують на середній вміст вуглецю в сотих частках відсотка; якщо одна цифра — вміст вуглецю в десятих частках відсотка і якщо спереду

Марки цифри немає, то це означає, що вуглецю в цій сталі 1 % (позначають інструментальні сталі). Цифри, які стоять за літерами, вказують на вміст певної домішки (легувального елемента) у відсотках. Якщо після літери легувального елемента немає цифри, то вміст цього елемента становить до ІД %- Літери в кінці марки означають: А — високоякісна сталь; літера Ш (через дефіс) вказує, що сталь особливо високоякісна (з обмеженим вмістом сірки і фосфору); Л — сталь, призначена для лиття; Я — сталь, розлита у вакуумі. Наприклад, сталь марки 12Х2Н4А — хромонікелева високоякісна сталь з вмістом 0,12 % вуглецю, хрому 2 %, нікелю 4 %; 5ХНМ — легована інструментальна сталь з вмістом 0,5 % вуглецю, хрому, нікелю і молібдену до 1,5 % кожного легувального елемента.

Деякі леговані сталі виділено в окремі групи і на початку марки позначаються літерами: ПІ — підшипникові, ШХ15 (підшипникова хромиста сталь з вмістом 15 % хрому); Ρ — швидкорізальні, Р18 (Р — швидкорізальна сталь, 18 — вміст вольфраму 18 %); Л — лемішна сталь Л65 (65...0,65 % вуглецю); Ε — магнітні сталі; ЕХЗ — магнітотверда хромова сталь (з вмістом 3 % хрому); Св — зварювальна сталь; Нп — наплавлювальна сталь тощо.

Леговані конструкційні сталі

Конструкційні леговані сталі застосовують для виготовлення різних відповідальніших деталей машин. Залежно від умов роботи вони повинні мати потрібні механічні властивості: високу міцність при значних статичних навантаженнях; пластичність і в'язкість при динамічних навантаженнях; твердість і зносостійкість при спрацюванні тертям.

Із сталей нормальної і підвищеної міцності найбільше застосовують сталі з підвищеною твердістю поверхні і в'язким осердям (цементовані, азотовані і зміцнені СВЧ сталі), які містять не більше ніж 5 % легувальних елементів.

Низьковуглецеві (0,1...0,3 % С) леговані сталі зазнають цементації і нітроцементації. Цими технологічними методами зміцнюють шестерні, зубчасті колеса, черв'яки, осі, важелі, поршневі пальці та інші деталі. Сталі, які зазнають цементації, наведено в табл.

Як легувальні елементи використовують хром, нікель, манган, молібден, титан та ін. Для деталей, які працюють в умовах спрацювання при терті (поршневі пальці, шліци), застосовують сталі марок 15Х, 20Х, 15ХФ, 20ХФ, 18ХГ, а також сталі підвищеної міцності, в'язкості марок 20ХН, 12ХН2М та ін. Для важконавантажених зубчастих коліс з високою міцністю осердя зуба використовують сталі 18ХГТ, 25ХГТ, 25ХГМ, ЗОХГТ. Сталі 20ХГР, 27ХТР, 20ХНР з додаванням бору застосовують для виробів, які працюють на тертя (черв'яки, кулачки, шарніри). Деталі машин, виготовлені з цих сталей, зазнають термічної обробки (гартування і низького відпускання). Низьковуглецеві сталі крім твердої поверхні (58...63 HRC) мають достатньо міцне і в'язке осердя, стійке до навантажень.

Таблиця  Масова частка хімічних елементів у деяких легованих конструкційних сталях для цементації, %

Марка сталі

С

Cr

Μn

Інші елементи

20Х

0,17. .0,23

0,7...1,0

0,5..0,8

_

20ХГР

0,18...0,24

0,8...1,1

0,7... 1,0

(0,60...0Д6)Ті

18ХГТ

0,17...0,23

1,0...1,3

0,8...1,1

(0,60...0,12) Ті

ЗОХГТ

0,24... 0,32

1,0...1,3

0,8...1,1

(0,80...0,20) Ті

25ХГМ

0,22^.0,28

1,0... 1,3

0,8...1,1

(0Д5...0.25) Мо

12ХНЗА

0,09..0,16

0,6...0,9

0,3...0,6

(2,76...3,15) №

Сталі 38Х2Ю і 38Х2МЮА після азотування використовують для виготовлення деталей з великою твердістю і зносостійкістю поверхні (валики водяних насосів, плунжери та ін.).

Для зміцнення поверхневим гартуванням, тобто нагріванням струмом високої частоти (СВЧ), вибирають середньовуглецеві сталі 40Х, 45Х, ШХ4, які застосовують для виготовлення зубчастих коліс, хрестовин, деталей підшипників кочення.

Леговані сталі з вмістом вуглецю 0,4...0,5 % застосовують для великої групи деталей машин, які працюють не тільки при статичних, а й при ударних навантаженнях (вали, штоки, шатуни тощо).

Хромисті сталі 40Х, 45Х, 50Х належать до дешевих конструкційних матеріалів. Із збільшенням вмісту вуглецю в них підвищується міцність, але знижується пластичність і в'язкість.

Хромосиліцієманганові сталі ЗОХГСА, 35ХГСА містять по 1 % Сг, Μη і Si, мають високі технологічні і механічні властивості, їх широко застосовують в автомобілебудуванні (вали, деталі рульового керування).

Хромонікелеві сталі 40ХН, 45ХН, 50ХН мають високий температурний запас в'язкості і меншу схильність до крихкого руйнування порівняно з хромистими.

Для виготовлення пружин і ресор використовують леговані сталі 50С2, 55С2, 50ХФА, 60С2ХА та ін., які характеризуються високою пружністю, стійкістю, достатньою в'язкістю і пластичністю. Для знищення концентраторів напружень (волосових тріщин, рисок тощо) ресори і пружини піддають дробоструминному наклепу, що підвищує строк роботи у 5...8 разів.

Підшипникові сталі ШХ6, ШХ9, ШХіб, ШХ16СГ використовують для виготовлення підшипників кочення. Вони мають високу твердість і витримують велику кількість циклів високих контактних напружень. Перелічені хромисті сталі подібні до вуглецевих сталей

Приблизно з 1 % вуглецю.

Корозійностійка підшипникова сталь ШХ15 (Ш — підшипникова сталь) призначена для виготовлення деталей, які працюють за температури до 500 °С.

Манганова сталь марки 110Г13Л (Л — ливарна сталь) добре протистоїть абразивному спрацьовуванню. З неї відливають ланки гусениць тракторів, а також деталі землерийних машин.

Низьколеговані будівельні сталі застосовують для виготовлення конструкцій зварюванням. Ці сталі працюють без термообробки в процесі виготовлення, тобто в такому стані, в якому випускаються металургійними заводами. Вони мають добре штампуватися, зварюватися, не давати напружень і тріщин біля зварного шва. Найчастіше застосовують високоміцні сталі таких марок: 14ГА, 14ХГС і 15ХГС.

У табл.  наведено перелік окремих деталей сільськогосподарської техніки, які виготовлені з конструкційних сталей.

Таблиця Перелік деталей, які виготовлені із конструкційних сталей

Назва деталі

Марка сталі

Спосіб зміцнення

Сільськогосподарські машини

Полиця плуга

Ст2сп

Цементація і гартування

Леміш плуга

Л53, Л65

Гартування і відпускання

Леміш картоплекопача

65Г, 70Г

Те саме

Лапа культиватора

65Г

Гартування

Диски сівалки, лущильника, борони

70Г

Те саме

Різальні сегменти сінокосарок, жаток

Х12М

Гартування і відпускання

Рама плуга

СтЗ. Ст4

Без термічної обробки

Трактори і автомобілі

Підшипники кочення

ШХ15,

Гартування і відпускання

 

ІНХ15СГ

 

Зубчасті колеса

45, 40Х, 45Х

Те саме

Колінчасті і розподільні вали

40, 45, 45Г2

Гартування СВЧ

Півосі вантажних автомобілів

40

Те саме

Капоти автомобілів і тракторів, кожу-

10

Без термообробки

Хи, гальмові стрічки, трубки

   

Кулачкові вали, осі, пальці, зірочки,

15, 20, 25,

Цементація, гартування і

Навантажувальні вилки тяг, штовхані

15Х, 20Х

Відпускання

Клапанів, пальці ресор, поршневі

   

Пальці

   

Фрикційні диски, черв'яки

15Г, 20Г,

Цементація або ціанування.

 

25Г, аохгр,

Гартування і відпускання

 

STXTP,

 
 

20ХГНР

 

Леговані інструментальні сталі

Леговані інструментальні сталі залежно від умов роботи і вимог поділяють на три групи: для Різальних інструментів; для штампувальних інструментів; для вимірювальних інструментів.

Сталі для різальних інструментів, у свою чергу, поділяють на дві групи: Низьколеговані — для інструментів малої і середньої швидкості різання; Високолеговані — для інструментів високої швидкості різання.

Низьколеговані інструментальні сталі легують хромом, манганом, ванадієм і вольфрамом (загальною кількістю до 3...5 %) головним чином для забезпечення високої твердості при гартуванні в мінеральній оливі. Це такі марки сталі: X, 9ХС — для виготовлення різців, свердел, фрез, зенкерів, розверток; ХВГ, 9Х5ВФ — для свердел, мітчиків, розверток; ХВ5 — для інструментів, які обробляють (ріжуть) твердий матеріал. Твердість цих сталей зберігається при нагріванні до 200...300 °С, а сталь 8Х4ВЗМЗФ2 має високу теплостійкість (300...400 °С). Після гартування і низького відпускання низьколеговані сталі мають твердість 60...62 HRC, а сталь ХВ5 — до 65 HRC. Масову частку хімічних елементів у деяких легованих інструментальних сталях наведено в табл. 2.14.

Таблиця Масова частка хімічних елементів у деяких легованих інструментальних сталях, %

Марка

Сталі

С

Μη

Si

Cr

W

V

ЗХ

ХВГ

ХВСГ 9Х5ВФ

1,25... 1,40 0.85... 0,95 0,90... 1,05 0,95... 1,05 0,85... 1,00

0,30...0,60 0,30...0,60 0,80... 1.10 0,60... 0,90 0,15...0,40

0,16.. .0.35

1,20... 1,60 0,15...0,35 0.65... 1,00 0,15... 0,40

0.40..0,70 0,95... 1,25 0,90...1,20 0,60... 1,10 4,50.. .5,50

_

_

1,20...1,65 0,50..0,80 0,80... 1,20

_

_

_

0.05...0,150,15…0,30

Високолеговані інструментальні сталі — це швидкорізальні сталі, які мають мартенситно-карбідну структуру, зберігають твердість при високих швидкостях різання і тому називаються Швидкорізальними, або Рапідними (Rapid — швидкий). Ці сталі здатні зберігати твердість у нагрітому стані до температури 600...640 °С, оскільки структура відпалених швидкорізальних сталей має до 25 % карбідів. Щоб надати сталі найкращих різальних властивостей, потрібно максимальну кількість легувальних елементів перевести з карбідів у твердий розчин. Цього досягають гартуванням швидкорізальної сталі за температури 1200... 1300 °С. Після такого гартування структура сталі складається з мартенситу, карбідів і залишкового аустеніту (близько 30 %). Наступним дво - або триразовим відпусканням за температури 560 °С зменшують вміст залишкового аустеніту до 3...5 %.

Сталь марок Р9, Ρ12, Ρ18 застосовують для виготовлення всіх видів різальних інструментів при обробці конструкційних матеріалів: Р6М5 — для різьбонарізних інструментів, які працюють з ударними навантаженнями. Сталі марок Р18К5Ф2, Р9М4К8, Р6М5К5 призначені для обробки корозійностійких, жароміцних сталей і твердих матеріалів. Сталь із підвищеним вмістом ванадію (Р9Ф5, Р14Ф14, Р9К5Ф5) застосовують для обробки титанових сплаві» і матеріалів: пластмас, фібри, ебоніту. Масову частку хімічних елементів у деяких марок швидкорізальних сталей наведено в табл.

Таблиця  Масова частка хімічних елементів у деяких швидкорізальних сталях,%

Масова частка хімічних елементів у деяких швидкорізальних сталях,%

Штампові сталі повинні бути твердими, міцними і мати достатню в'язкість для запобігання поломкам штампів при ударному навантаженні, а сталі для гарячого штампування мають зберігати свою твердість і міцність за підвищених температур (до 900... 1200 *0.

Для виготовлення штампів гарячого штампування металів (ковальських штампів) застосовують сталі марок 5ХНМ, 5ХНТ, які мають велику в'язкість (наявність нікелю), а також сталі марок ЗХ2В8Ф, 4Х2В5ФМ, які характеризуються значною стійкістю за високих температур.

Для виготовлення штампів холодного деформування металів застосовують сталі марок X, 9ХС, ХГ, Х8Г, які мають високу твердість.

Запровадження сталей марок 4ХМФС, 5Х2СФ і 4ХСНМФЦР (замість 6ХНМ) для штампування вуглецевих і низьколегованих сталей дало змогу підвищити стійкість інструментів у 2...З рази. Для виготовлення великогабаритних пресових і молотових штампів застосовують сталь 6Х2НМФС, яка забезпечує підвищення стійкості більш як удвічі.

Запровадження сталі марки 4Х2Н5МЗК5Ф (замість сталі ЗХ2В8Ф) при виготовленні матриць для пресування мідних сплавів дало змогу підвищити їхню стійкість у 10 разів.

Сталі для вимірювального інструменту повинні мати високу стійкість до спрацювання, невеликий коефіцієнт лінійного розширення і здатність тривалий час зберігати задані розміри. Цим вимогам відповідають низьколеговані сталі марок X, ХГС, ХВГ, 9ХС. Зі сталей цих марок виготовляють вимірювальний інструмент високого класу точності (калібри, мікрометри, вимірювальні плитки).


Леговані сталі - 5.0 out of 5 based on 5 votes

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить