И механические свойства конструкционных сталей

⇐ ПредыдущаяСтр 4 из 34Следующая ⇒

Химический состав конструкционных нелегированных и легированных сталей в соответствии с ГОСТ 977-88 приведен в Приложении 1.

Первые 8 марок сталей являются нелегированными, углеродистыми. Из них изготавливают более 50% всех стальных отливок. По химическому составу они различаются только содержанием углерода (0, 12—0, 55%) при одинаковом содержании марганца (0, 45—0, 90%) кремния (0, 2—0, 52%). Количество примесей серы и фосфора ограничивается для различных групп отливок в соответствии с методом выплавки стали: не более 0, 04% для основного процесса и не более 0, 06% для кислого.

Остальные 29 марок сталей это легированные стали. Из них шесть марок легированы одним элементом: 20ГЛ, 30ГЛ, 20ФЛ, 45ФЛ, З2Х06Л, 40ХЛ; шесть марок — двумя: 20ГСЛ, 30ГСЛ, 20Г1ФЛ, 20ХМЛ, З5ХМЛ, 20ДХЛ; шесть марок — тремя: 20ХМФЛ, 30ХНМЛ, 35ХГСЛ, З5НГМЛ, 12ДН2ФЛ, 12Х7Г3СЛ; шесть марок четырьмя: 30ХГСФЛ, 2ОГНМФЛ, 08ГДНФЛ, 27Х5ГСМЛ, 30Х3С3ГМЛ, 03Н12Х5М3ТЛ; пять марок - пятью: I3ХПДФТЛ, 12ДХН1МФЛ, 23Х2ГС2МФЛ, 25Х2ГНМФЛ, 03НI2Х5М3ТЮЛ Таким образом, большинство сталей являются сложнолегированньтми.

Содержание углерода обычно не превышает 0, 45—0, 50% во избежание сильного снижения пластичности и вязкости. для улучшения литейных, технологических служебных свойств, измельчения зерна стали легируют такими активными элементами, как Al, Тi, V, Мо. Выбор легирующих добавок определяется назначением, толщиной стенок и другими конструкционными особенностями отливок.

Получение необходимых механических свойств конструкционных литейных сталей достигается после термообработки, основными составляющими которой являются: нормализация или нормализация с отпуском и закалка с отпуском. Кроме того, для сложнолегированных сталей применяют и более сложные режимы термообработки.

Отливкам из сталей, прошедших нормализацию или нормализацию отпуском, присваивается категория прочности, обозначаемая буквой «К», после которой следует число, обозначающее значение предела текучести, а после закалки с отпуском или более сложной термообработки — индекс «КТ» с величиной предела текучести.

В технической документации сталь обозначается следующим образом, например:

Сталь 30Л К25 ГОСТ 977-88, т. е. сталь должна обладать пределом текучести 250 МПа после нормализации или нормализации с отпуском;

Сталь 30Х3С3ГМЛ КТ 150 ГОСТ 977-88, т. е. предел текучести после закалки с отпуском должен быть равен 1500 МПа.

Механические свойства конструкционных нелегированных и легированных сталей приведены в Приложениях 2 и З.

Углерод является главным элементом, определяющим структуру и механические свойства отливок из углеродистых сталей. Повышение концентрации углерода увеличивает прочность и предел текучести, но снижает пластичность и ударную вязкость. Это связано с тем, что с увеличением содержания углерода в структуре возрастает содержание перлита — более прочной, но менее пластичной, чем феррит, составляющей.

Для конструкционной стали важным показателем является отношение предела текучести к пределу прочности при растяжении (σ _{0, 2}/σ _в*100%). С повышением концентрации углерода предел текучести увеличивается менее интенсивно, чем предел прочности. Поэтому в конструкциях наиболее широко применяют отливки из среднеуглеродистой стали (0, 25—0, 35 % С).

Марганец (0, 45—0, 90%) раскисляет сталь и нейтрализует вредное влияние серы, а также несколько повышает прочность стали. Сера с железом образует сульфид FeS и легкоплавкую эвтектику Fe-FeS по границам зерен, что вызывает снижение пластических характеристик стали в отливках. При введении марганца в соотношении МnS > 1, 71 образуются более тугоплавкие сульфиды марганца МnS, располагающиеся внутри зерна, и пластичность улучшается.

Кремний (0, 20—0, 52%) является раскислителем и дегазатором стали. Повышенное содержание кремния заметно упрочняет феррит и снижает пластичность углеродистых сталей.

Сера и фосфор — нежелательные примеси в углеродистых сталях, так как они снижают пластичность, хладноломкость при комнатной и пониженной температурах. Кроме того, сера и фосфор являются сильно ликвирующими элементами и это проявляется тем сильнее, чем массивнее и толстостеннее отливка. Поэтому в сталях, из которых изготавливают отливки ответственного и особо ответственного назначения, со- держание серы и фосфора не должно превышать 0, 025%, а по возможности и еще меньше.

Марганцовистые и марганцовисто-кремнистые стали (2ОГЛ, 2ОГIФЛ, З5ГЛ, 2ОГСЛ, ЗОГСЛ) — наиболее дешевые легированные стали. Их используют для изготовления отливок, работающих в условиях ударных нагрузок и износа (диски, звездочки, ходовые колеса и т. д.).

Низкое легирование марганцем или кремнием придает сталям более высокую прочность, чем у углеродистых сталей, при сохранении ударной вязкости. Например, при увеличении концентрации марганца до 1, 5 % в обычной стали предел текучести возрастает с 275 до 294 МПа, а предел прочности — с 490 до 540 МПа (категория прочности с К25 повышается до К30) по сравнению с обычной углеродистой сталью 35Л за счет некоторого снижения пластических характеристик.

Присутствие в стали 30ГСЛ около 0, 7% Si повышает категорию прочности до К35, улучшает пластические характеристики (δ, ψ ) по сравнению со сталью З5ГЛ. Повышение σ _{0, 2} и σ _в стали 30ГСЛ, несмотря на более низкое содержание углерода, достигается упрочнением феррита.

Введение небольших количеств ванадия значительно улучшает механические характеристики стали. При одинаковом химсоставе сталей 45Л и 45ФЛ присутствие 0, 05—0, 10 % V значительно повышает прочностные свойства последней при сохранении значений пластических характеристик, о чем свидетельствуют данные табл. 1.3.

Ванадий — сильный карбидо- и нитридообразующий элемент — способствует изменению структуры стали при кристаллизации вследствие ограничения роста аустенита, т.е. некоторое упрочнение металлической основы стали 45ФЛ и появление мелкодисперсных карбидов ванадия улучшают эксплуатационные характеристики отливок из этой стали, в том числе и хладостойкость.

Хромистые и хромисто-молибденовые стали (З2Х06Л, 40ХЛ, 20ХМЛ, З5ХМЛ).

Влияние хрома и молибдена на механические свойства отчетливо видно из сравнения их свойств со свойствами углеродистых сталей (табл. 1.4 и 1.5).

Стали этой группы используют для изготовления отливок, к которым предъявляются требования высокой прочности и вязкости, для работы под воздействием статических и динамических нагрузок при повышенных температурах (до 500^оС).

Хромо- и марганцево-кремнистые стали (З5ХГСЛ, I2Х7Г3СЛ, 30ХГСФЛ, 27Х5ГСМЛ, 30Х3С3ГМЛ И 23ХГС2МФЛ) — это сложно-легированные хромом, марганцем и кремнием стали, обладающие высокой прочностью при удовлетворительной пластичности и вязкости. Их используют для изготовления отливок, работающих при статических, динамических и циклических нагрузках (ходовые колеса, барабаны, шкивы, детали экскаваторов и т. д.).

Хромоникелевые сложнолегированные стали (30ХНМЛ, 03НI2Х5М3ТЛ, 25Х2ГНМФЛ, 03НI2Х5М3ТЮЛ) обладают практически самым высоким уровнем механических свойств среди легированных конструкционных сталей. Основным легирующим комплексом является Сг + Ni. Для улучшения механических и технологических свойств стали дополнительно легируют титаном, ванадием, молибденом, алюминием. Комплексное легирование стали хромом и никелем позволяет получить мелкозернистую структуру при кристаллизации и фазовой перекристаллизации отливок, увеличить прокаливаемость, что важно при изготовлении толстостенного крупногабаритного литья. Никель способствует повышению пластичности, вязкости, хладостойкости отливок наряду с высокой прочностью.

Главным недостатком хромоникелевых сталей является их склонность к отпускной хрупкости. Поэтому, как правило, эти стали легируют молибденом, который устраняет этот недостаток и гомогенизирует литую структуру.

Области применения сложнолегированных хромоникелевых сталей: ответственные и особо ответственные детали, к которым предъявляются требования высокой прочности и достаточной вязкости, работающие под действием статических, динамических, циклических, ударных нагрузок при температуре до 400 ^оС.

Сложнолегированные медистые стали (2ОДХЛ, I2ДН2ФЛ, 08ГДНФЛ, 1ЗХНДФЛ, I2ДХН1МФЛ). В зависимости от марки содержание меди составляет 0, 4—1, 5 %. для улучшения механических, технологических свойств и структуры стали вводят добавки хрома, никеля, марганца, ванадия, титана. Медистые стали относятся к дисперсионно твердеющим после закалки и отпуска. Это обеспечивает отливкам высокую прочность, упругость, вязкость, равномерность свойств в толстых и тонких сечениях. Медистые стали хорошо свариваются, не требуя подогрева, который необходим практически для всех сложнолегирован ных сталей.

Главными потребителями отливок из медистых сталей являются судо- и турбостроители. Кроме этого, стали используются для изготовления сварных деталей и конструкций, работающих при высоких статических и динамических нагрузках.

Сложнолегированные никель-марганец-молибденовые стали (20ГНМФЛ и З5НГМЛ). Это низколегированные стали, обладающие, тем не менее, высоким уровнем механических свойств в нормализованном или закаленном состояниях. Состав этих сталей позволяет получать в отливках равномерную мелкозернистую структуру как после литья, так и после термической обработки. Такая структура обеспечивает хорошее сочетание прочностных, пластических свойств и ударной вязкости. Поэтому из этих сталей изготавливают ответственные отливки, работающие под действием статических и динамических нагрузок, к которым предъявляются требования высокой прочности и достаточной вязкости.

⇐ Предыдущая 1 2 345 6 7 8 9 10 Следующая ⇒