Низкоуглеродистые стали (цементуемые)

 

К низкоуглеродистым сталям относятся стали с содержанием углерода до 0, 25%, например, марок 15Г; 20Х; 18ХГТ; 20Х, 2Н4А и др.

Легированные низкоуглеродистые стали после отжига имеют структуру феррит +перлит, а так же после закалки малоуглеродистый мартенсит.

Установлено, что добавки азота вместе с нитридообразующими элементами способствует значительному измельчению зерна и повышению температуры начала роста зерна аустенита. Нитриды влияют на свойства стали также путём воздействия на кинетику превращения аустенита и на дисперсное твердение.

Высокая пластичность, мелкое зерно и особенно высокая температура его роста способствуют получению качественных сварных соединений листов толщиной от 20 мм - сталь с нитридами алюминия и до 100 мм (сталь с нитридами ванадия). Низколегированная сталь с нитридным упрочнением удовлетворительно деформируется в холодном и горячем состояниях. Сталь такого типа характеризуется высоким сопротивлением хрупкому разрушению и достаточно низким порогом хладно ломкости.

В настоящее время для изготовления различного рода сварных конструкций деталей и узлов используется большое число марок малоуглеродистых и среднелегированных сталей, соответствующих ГОСТ 380-7.1; 5521-67; 6713-75; 1050-75; 19282-73, а также техническим условиям и отраслевым стандартам.

Согласно ГОСТ 19282-73, предусматривается выпуск 28 марок низколегированной стали, применяемой для сварных конструкций в промышленном и гражданском строительстве и машиностроении.

Химический состав (%) некоторых цементуемых (низколегированных) сталей (ГОСТ 1050-74 и 4543-71)

Марка стали	Элементы	Другие элементы
C	Mn	Cr	Ni
20Х	0, 17-0, 23	0, 5-0, 8	0, 7-1, 0	≤ 0, 25	—
15ХФ	0, 12-0, 18	0, 4-0, 7	0, 8-1, 1	≤ 0, 25	0, 06-0, 12V
12ХН2	0, 09-0, 16	0, 3-0, 6	0, 6-0, 9	1, 5-1, 9	—
12ХН3А	0, 09-0, 16	0, 3-0, 6	0, 6-0, 9	2, 75-3, 15	—
20Х2Н4А	0, 16-0, 22	0, 3-0, 6	1, 25-1, 65	3, 25-3, 65	—
18ХГТ	0, 17-0, 23	0, 8-1, 1	1, 0-1, 3	≤ 0, 25	0, 03-0, 09Ti
25ХГТ	0, 22-0, 29	0, 8-1, 1	1, 0-1, 3	≤ 0, 25	0, 03-0, 09Ti
18Х2Н4МА	0, 14-0, 20	0, 25-0, 55	1, 35-1, 65	4, 0-4, 4	0, 3-0, 4 Mo
20ХГНР	0, 16-0, 23	0, 7-1, 0	0, 7-1, 0	0, 8-1, 1	0, 001-0, 005В

Цементуемые легированные стали целесообразно применять для тяжело нагруженных деталей и в том числе для деталей, в которых необходимо иметь высокую твёрдость и вязкость поверхностного слоя и достаточно прочную сердцевину. В легированных цементуемых сталях, несмотря на небольшое содержание углерода, благодаря значительному количеству легирующих примесей, гораздо легче получить при термический обработке более высокую прочность и вязкость сердцевины из-за образования в ней структур бейнита или низкоуглеродистого мартенсита. Поэтому из них изготовляют ответственные детали.

Стали хромистые (20Х), хромованадиевые (15ХФ), хромоникелевые (12ХН2). Их при меняют для изготовления деталей небольших и средних размеров, работающих на износ при повышенных нагрузках (втулки, валики, оси, некоторые зубчатые колёса, кулачковые муфты, поршневые пальцы и др.).

Стали хромоникелевые (12ХН3А, 20Х2Н4А), хромомарганцетитановые (18ХГТ, 25ХГТ), хромоникельмолибденовые (18Х2Н4МА). Их применяют для деталей средних и больших размеров, работающих на износ при высоких нагрузках (зубчатые колёса, поршневые пальцы, оси, ролики и др.).

Хромоникелевые стали мало чувствительны к перегреву, хорошо прокаливаются, но их применяют ограниченно из-за дефицитности никеля. Поэтому во всех случаях, когда нет крайней необходимости, хромоникелевые стали заменяют сталями без никеля.

Цементуемые хромомарганцетитановые стали (18ХГТ, 25ХГТ) являются заменителями хромоникелевых сталей. Преимуществом сталей 18ХГТ и 25ХГТ является их наследственная мелкозернистость (размер зерна №6-8). Это технологическое свойство позволяет значительно сократить общий технологический цикл обработки и закаливать детали из этих сталей непосредственно из цементационной (газовой) печи с предварительным подстуживанием.

Борсодержащие стали (20ХГНР). В конструкционные стали бор вводят в количестве от 0, 001 до 0, 005% (так называемое микролегирование). Бор повышает плотность слитка, устраняет дендритную структуру. Стали с бором легче обрабатываются при горячей пластической деформации, хорошо обрабатываются резанием.

 

Улучшаемые (среднелегированные) стали

 

Эти стали называют улучшаемыми потому, что их часто подвергают улучшению—термической обработке, заключающейся в закалке и отпуске при высоких температурах. Улучшаемые стали должны иметь высокую прочность, пластичность, высокий предел выносливости, малую чувствительность к отпускной хрупкости, должны хорошо прокаливаться. Химический состав некоторых улучшаемых сталей приведён в таблице:

Химический состав (%) некоторых улучшаемых среднелегированных сталей (ГОСТ 1050-74 и 4543-71)

Марка стали	Элементы	Другие элементы
C	Mn	Cr	Ni
45Х	0, 41-0, 49	0, 5-0, 8	0, 8-1, 1	≤ 0, 25	—
30ХРА	0, 27-0, 33	0, 5-0, 8	1, 0-1, 3	≤ 0, 25	0, 001-0, 005В
30ХГСА	0, 28-0, 34	0, 8-1, 1	0, 8-1, 1	≤ 0, 25	0, 9-1, 2Si
45ХН	0, 41-0, 49	0, 5-0, 8	0, 45-0, 75	1, 0-1, 4	—
40ХН2МА	0, 37-0, 44	0, 5-0, 8	0, 6-0, 9	1, 25-165	0, 15-0, 25Мо

Хромистые стали (40Х, 45Х ). Б лагодаря высокой прочности и достаточно хорошей прокаливаемости эти стали применяют для изготовления коленчатых валов, зубчатых колес, осей валиков, рычагов, втулок, болтов, гаек. Детали из этих сталей закаливают в масле с температуры 820-850⁰С. В зависимости от предъявляемых требований отпуск деталей проводят при различных температурах.

Хромистые стали с 0, 001-0, 005% бора (30ХРА, 40ХР ).Они имеют повышенную прочность и прокаливаемость.

Хромокремнемарганцевые стали (30ХГСА, 35ХГСА). Эти стали, называемые хромансиль. Не содержат дифицитных легирующих элементов. Имеют высокие механические свойства. Хорошо свариваются и заменяют хромоникелевые и хромомолибденовые стали.

Хромоникелевые стали (40ХН, 45 ХН ). Они имеют после термической обработки высокую прочность и пластичность и хорошо сопротивляются ударным нагрузкам. Прочность стали придает хром, а пластичность – никель. Хромоникелевые стали прокаливаются на очень большую глубину по сравнению не только с углеродистыми, но и другими легированными сталями. Указанные стали применяют для изготовления ответственных сильно нагруженных деталей – для шестерен, валов и т.п.

Хромоникельмолибденовая сталь (40ХН2МА ). Эта сталь в улучшенном состоянии имеет высокую прочность при хорошей вязкости, высокую усталостную прочность, глубоко прокаливается; ее применяют для изготовления сильно нагруженных деталей, работающих в условиях больших знакопеременных нагрузок. Улучшение проводят по режиму: закалка с 850⁰С в масле, отпуск при 620⁰С.

 

Пружинно–рессорные стали

 

Пружинно-рессорные стали должны иметь особые свойства в связи с условиями работы пружин(цилиндрических, плоских) и рессор. Пружины и рессоры служат для смягчения толчков и ударов, действующих на конструкции в процессе работы, и поэтому основным требованием, предъявляемым к пружинно-рессорным сталям, являются высокий предел упругости и выносливости. Этим условиям удовлетворяют углеродистые стали и стали, легированные такими элементами, которые повышают предел упругости. Такими элементами являются Si, Мn, Cr, V, W. Специфическим в термической обработке рессорных листов и пружин является применение после закалки отпуска при температуре 400-500⁰С (в зависимости от стали). Это необходимо для получения наиболее высокого предела упругости, величина которого при более низкой или более высокой температуре отпуска получается недостаточной. Отпуск при температуре 400-500⁰С дает отношение σ _уп/σ _в приблизительно равное 0, 8.

Химический состав (%) некоторых пружинно-рессорных сталей (ГОСТ 14959 – 69)

Марка стали	Элементы	Другие элементы
C	Si	Mn
65Г	0, 62-0, 70	0, 17-0, 37	0, 90-1, 20	≤ 0, 25Cr
60С2	0, 57-0, 65	1, 50-2, 00	0, 60-0, 90	≤ 0, 30Cr
50ХГ	0, 46-0, 54	0, 17-0, 37	0, 70-1, 00	0, 90-1, 20Cr
50ХФА	0, 46-0, 54	0, 17-0, 37	0, 50-0, 80	0, 80-1, 10Cr 0, 10-0, 20V
65С2ВА	0, 61-0, 69	1, 50-2, 00	0, 70-1, 00	≤ 0, 30Cr 0, 80-1, 20W
60С2Н2А	0, 56-0, 64	1, 40-1, 80	0, 40-0, 70	≤ 0, 30Cr 1, 40-1, 70Ni
70С2ХА	0, 65-0, 75	1, 40-1, 70	0, 40-0, 60	0, 20-0, 40Cr

Шарикоподшипниковые стали

Основной шарикоподшипниковой сталью является сталь ШХ15(0, 95-1–1, 05% С; 1, 3–1, 65 %Cr). Заэвтектоидное содержание в ней углерода и хром обеспечивают получение после закалки высокой равномерной твердости, устойчивости против истирания, необходимой прокаливаемости и достаточной вязкости.

На качество стали и срок службы подшипника вредно влияют карбидные ликвация, полосчатость и сетка. На физическую однородность стали вредно влияют неметаллические (сульфидные и оксидные) и газовые включения, макро- и микропористость.

Термическая обработка подшипниковой стали включает операции отжига, закалки и отпуска. Цель отжига–снизить твердость и получить структуру мелкозернистого перлита. Температура закалки 830-860⁰С, охлаждение в масле. Отпуск 150-160⁰С. Твердость после закалки и отпуска HRC62-65; структура—бесструктурный (скрытокристаллический) мартенсит с равномерно распределёнными мелкими избыточными карбидами.

Для изготовления деталей, крупногабаритных подшипников (диаметром более 400 мм.), работающих в тяжёлых условиях при больших ударных нагрузках, применяют цементуемую сталь 20Х2Н4А. Детали крупногабаритных подшипников (кольца, ролики), изготовляемые из стали 20Х2Н4А, подвергают цементации при температуре 930-950⁰С в течение 50-170 часов с получением слоя глубиной 5-10мм.

 

Автоматные стали

 

Автоматные стали отличаются от обыкновенных углеродистых конструкционных сталей повышенным содержанием серы и фосфора.

Химический состав (%) некоторых автоматных сталей (ГОСТ 1414-54)

Марка стали	Элементы
C	Mn	Si	S	P
А12	0, 08-0, 16	0, 60-0, 90	0, 15-0, 35	0, 08-0, 20	0, 08-0, 15
А20	0, 15-0, 25	0, 60-0, 90	0, 15-0, 35	0, 08-0, 15	≤ 0, 06
А30	0, 25-0, 35	0, 70-1, 00	0, 15-0, 35	0, 08-0, 15	≤ 0, 06
А40Г	0, 35-0, 45	1, 20-1, 55	0, 15-0, 35	0, 18-0, 30	≤ 0, 06

Характерной особенностью автоматных сталей является хорошая обрабатываемость резанием на металлорежущих станках. Это объясняется повышенным содержанием серы, которая образует большое количество включений сернистого марганца МnS, нарушающих сплошность металла, а также тем, что фосфор, растворяясь в феррите, сильно снижает его вязкость. При механической обработке автоматных сталей образуется короткая, ломкая стружка, что особенно важно при работе на быстроходных станках-автоматах. Поверхность обработанных деталей получается чистой и ровной. Стойкость режущего инструмента при обработке автоматных сталей повышается, а скорость резания допускается больше, чем при обработке обыкновенных углеродистых сталей.

Недостаток автоматных сталей—пониженная пластичность, особенно в поперечном направлении. Это связано с тем, что большое количество сернистых включений образует полосчатую структуру. Поэтому автоматные стали применяют для изготовления малоответственных деталей, от которых не требуется высоких механических свойств (крепежные детали, пальцы, втулки и т.п.).

Обрабатываемость улучшают также присадкой к стали небольшого количества свинца.

 

⇐ Предыдущая6789101112131415Следующая ⇒

Поделиться: