Стали для холодной штамповки

Для обеспечения высокой штампуемости отношение δ _вδ _{0, 2} стали должно быть 0, 5-0, 65 при ψ не менее 40%. Штампуемость стали хуже, чем больше в ней углерода. Кремний, повышая предел текучести, снижает штампуемость, особенно способность стали к вытяжке. Поэтому для холодной штамповки более широко используют холоднокатаные кипящие стали 08кп, 08Фкп (0, 02-0, 04%V) и 08Ю (0, 02-0, 07 %Al).

2.3.3. Конструкционные (машиностроительные) цементируемые
(нитроцементируемые) легированные стали

Для изготовления деталей, упрочняемых цементацией, применяют низкоуглеродистые (0, 15 – 0, 25%С) стали. Содержание легирующих элементов в сталях не должно быть слишком высоким, но должно обеспечить требуемую прокаливаемость поверхностного слоя и сердцевины.

Хромистые стали 15Х, 20Х предназначены для изготовления небольших изделий простой формы, цементируемых на глубину 1, 0-1, 5 мм. Хромистые стали по сравнению с углеродистыми обладают более высокими прочностными свойствами при некоторой меньшей пластичности в сердцевине и лучшей прочности в цементируемом слое, чувствительна к перегреву, прокаливаемость невелика.

Сталь 20Х - σ _в = 800МПа, σ _{0, 2} = 650 МПа, σ = 11%, ψ = 40%

Хромованадиевые стали. Легирование хромистой стали ванадием (0, 1-0, 2%) улучшает механические свойства (сталь 20ХВ). Кроме того, хромованадиевые стали менее склонны к перегреву. Используют только для изготовления сравнительно небольших деталей.

Хромоникелевые стали применяются для крупных деталей ответственного значения, испытывающих при эксплуатации значительные динамические нагрузки. Повышенная прочность, пластичность и вязкость сердцевины и цементированного слоя. Стали малочувствительны к перегреву при длительной цементации и не склонны к перенасыщению поверхностных слоев углеродом. Сталь 12Х2Н4А – σ _в = 1150МПа, σ _{0, 2} = 950МПа, σ = 10%, ψ = 50%. Применяется для ротора насоса.

Хромомарганцевые стали применяют во многих случаях вместо дорогих хромоникелевых. Однако они менее устойчивы к перегреву и имеют меньшую вязкость по сравнению с хромоникелевыми.

В автомобильной и тракторной промышленности, в станкостроении применяют стали 18ХГТ и 25ХГТ.

Сталь 25ХГМ – σ _в =1200МПв, σ _{0, 2} = 1100МПа, σ = 10%, ψ = 45%

Сталь 25ХГМ применяется для валов коробки передач, 18 ХГТ – для зубчатых колес полуоси, 25 ХГТ – для зубчатых колес коробки передач.

Хромомарганцевоникелевые стали. Повышение прокаливаемости и прочности хромомарганцевых сталей достигается дополнительным легированием их никелем.

На ВАЗе широко применяют стали 20ГНМ, 19ХГН и 14ХГН.

После цементации эти стали имеют высокие механические свойства.

Сталь 15ХГН2ТА – σ _в =950МПа, σ _{0, 2} = 750МПа, σ = 11%, ψ = 55%

Стали, легированные бором. Бор уменьшает прокаливаемость стали, делает сталь чувствительной к перегреву.

В промышленности для деталей, работающих в условиях износа при трении, применяют сталь 20ХГР, а также сталь 20ХГНР.

Сталь 20ХГНР – σ _в =1300МПа, σ _{0, 2} = 1200МПа, σ = 10%, ψ = 09%.

2.3.4. Конструкционные (машиностроительные)
улучшаемые легированные стали

Эти стали термически улучшают, подвергая закалке с высоким отпуском.

Стали имеют высокий предел текучести, малую чувствительность к концентраторам напряжений, в изделиях, работающих при многократном приложении нагрузок, высокий предел выносливости и достаточный запас вязкости. Кроме того, улучшаемые стали обладают хорошей прокаливаемостью и малой чувствительностью к отпускной хрупкости.

При полной прокаливаемости сталь имеет лучшие механические свойства, особенно сопротивление хрупкому разрушению – низкий порог хладноломкости, высокое значение работы развития трещины КСТ и вязкость разрушения К_lc.

Хромистые стали 30Х, 3σ δ Х. 40Х, 50Х применяют для средненагруженных деталей небольших размеров. С увеличением углерода возрастает прочность, но снижаются пластичность и вязкость. Прокаливаемость хромистых сталей невелика.

Сталь 30Х - σ _в =900МПа, σ _{0, 2} = 700МПа, σ δ = 12%, ψ = 45%

Из стали 35Х изготавливают валы и зубчатые колеса, стали 40Х – цапфы.

Хромомарганцевые стали. Совместное легирование хромом (0, 9-1, 2%) и марганцем (0, 9-1, 2%) позволяет получить стали с достаточно высокой прочностью и прокаливаемость (40ХГ). Однако хромомарганцевые стали имеют пониженную вязкость, повышенный порог хладноломкости (от 20 до -60⁰С), склонность к отпускной хрупкости и росту зерна аустенита при нагреве.

Сталь 40ХГ - σ _в =1000МПа, σ _{0, 2} = 800МПа, σ = 11%, ψ = 45%

Из стали 45Г2 изготавливают шатуны, стали 30ХГТ – зубчатые колеса.

Хромокремнемарганцевые стали. Высоким комплексом свойств обладают хромокремнемарганцевые стали (хромансил). Стали 20ХГС, 25ХГС и 30ХГС обладают высокой прочностью и хорошей свариваемостью. Стали хромансил применяют также в виде листов и труб для ответственных сварных конструкций (самолетостроение). Стали хромансил склонны к обратимой отпускной хрупкости и обезуглероживанию при нагреве.

Сталь 30ХГС – σ _в =1100МПа, σ _{0, 2} = 850МПа, σ = 10%, ψ = 45%

Хромоникелевые стали обладают высокой прокаливаемостью, хорошей прочностью и вязкостью. Они применяются для изготовления крупных изделий сложной конфигурации, работающих при динамических и вибрационных нагрузках.

Сталь 40ХН – σ _в =1000МПа, σ _{0, 2} = 800МПа, σ = 11%, ψ = 45%

Хромоникелемолибденовые стали. Хромоникелевые стали обладают склонностью к обратимой отпускной хрупкостью, для устранения которой многие детали небольших размеров их этих сталей охлаждают после высокого отпуска в масле, а более крупные детали в воде для устранения этого дефекта дополнительно легируют молибденом (40ХН2МА) или вольфрамом.

Сталь 40ХН2МА – σ _в =1100МПа, σ _{0, 2} = 950МПа, σ = 12%, ψ = 50%

Хромоникелемолибденованадиевые стали обладают высокой прочностью, пластичностью и вязкостью и низким порогом хладноломкости. Этому способствует высокое содержание никеля. Недостатками сталей являются трудность их обработки резанием и большая склонность к образованию флокенов. Стали применяют для изготовления наиболее ответственных деталей турбин и компрессорных машин.

Сталь 38ХНЗМФА – σ _в =1200МПа, σ _{0, 2} = 1100МПа, σ = 12%, ψ = 50%

Мартенсито-стареющие и высокопрочные стали

Широкое применение в технике получила высокопрочная мартенсито-стареющая сталь Н18К9М5Т (< =0.03% С, ~ 18% Ni, ~ 9% Co, ~ 5% Mo, ~ 0/6 Ti).

Кроме стали Н18К9М5Т нашли применение менее легированные мартенсито-стареющие стали: Н12К8М3Г2, Н10Х11М2Т (S_в = 14001500МПа), Н12К8М4Г2, Н9Х12Д2ТБ (σ _в = 1600800МПа), КСU = 0.350.6 МДж/м², σ _{0, 2} = 18002000МПа. Мартенсито-стареющие стали имеют высокий предел упругости σ _{0, 02} = 1500МПа.

Мартенсито-стареющие стали применяют в авиационной промышленности, в ракетной технике, в судостроении, в приборостроении для упругих элементов, в криогенной технике и т.д. Эти стали дорогостоящие.

 

Высокопрочные стали с высокой пластичностью

(ТРИП – или ПНП – стали)

Метастабильные высокопрочные аустенитные стали называют ТРИП-сталями или ПНП-сталями. Эти стали содержат 8-14% Cr, 8 – 32% Ni, 0, 5-2, 5% Mn, 2 -6% Mo, до 2% Si (30Х9Н8М4Г2С2 и 25Н25М4Г1).

Механические свойства ПНП-сталей: σ _в = 15001700МПа, σ _{0, 2} = 14001550МПа, σ = 50-60%. Характерным для этой группы сталей является высокое значение вязкости разрушения и предела выносливости.

Широкому применению ПНП-сталей препятствует их высокая легированность, необходимость использования мощного оборудования для деформации при сравнительно низких температурах, трудность сварки. Эти стали используют для изготовления высоконагруженных деталей, проволоки, тросов, крепежных деталей и др.

Рессорно-пружинные стали общего назначения

Рессорно-пружинные стали предназначены для изготовления пружин, упругих элементов и рессор различного назначения. Они должны обладать высоким сопротивлением малым пластичным деформациям, пределом выносливости и релаксационной стойкостью при достаточной пластичности и вязкости.

Для пружин малого сечения применяют углеродистые стали 65, 70, 75, 85. Сталь 85 – σ _в 1100Мпа, σ _в = 1150МПа, σ = 8%, ψ = 30%. Более часто для изготовления пружин и рессор используют легированные стали.

Стали 60С2ХФА и 65С2ВА, имеющие высокую прокаливаемость, хорошую прочность и релаксационную стойкость применяют для изготовления крупных высоконагруженных пружин и рессор. Сталь 65С2ВА – σ _0.2 = 1700МПа, σ _в = 1900МПа, σ = 5%, ψ = 20%. Когда упругие элементы работают в условиях сильных динамических нагрузок, применяют сталь с никелем 60С2Н2А.

Для изготовления автомобильных рессор широко применяют сталь 50ХГА, которая по техническим свойствам превосходит кремнистые стали. Для клапанных пружин рекомендуется сталь 50ХФА, не склонная к перегреву и обезуглероживанию.

Специальные конструкционные стали

Шарикоподшипниковые стали

Для изготовления тел качения и подшипниковых колец небольших сечений обычно используют высокоуглеродистую сталь ШХ5 (0, 95-1, 0% С и 1, 3-1, 65% Сr), а больших сечений – хромомарганцевую сталь ШХ15СГ (0, 95-1, 05% С, 0, 9-1, 2 % Cr, 0, 4-0, 65 Si и 1, 3-1, 65% Mn), прокаливающуюся на большую глубину. Стали обладают высокой твердостью, износостойкостью и сопротивлением контактной усталости. К сталям предъявляются высокие требования по содержанию неметаллических включений, так как они вызывают преждевременное усталостное разрушение. Недопустима также карбидная неоднородность.

Для изготовления деталей подшипников качения, работающих при высоких динамических нагрузках, применяют цементуемые стали 20Х2Н4А и 18ХГТ. После газовой цементации, высокого отпуска, закалки и отпуска детали подшипника из стали 20Х24А имеют на поверхности 58-62 HRC и в сердцевине 35-45 HRC.

Износостойкие стали

Для деталей, работающих на износ в условиях абразивного трения и высоких давлений и ударов, применяют высокомарганцевую литую сталь 110Г13Л, содержащую 0, 9-1, 3% С и 11, 5-14% Mn. Она обладает следующими механическими свойствами: σ _0.2 = 250350МПа, σ _в = 8001000МПа, σ = 3545%, ψ = 4050%.

Сталь 110Г13Л обладает высокой износостойкостью только при ударных нагрузках. При небольших ударных нагрузках в сочетании с абразивным изнашиванием либо при чистом абразивным изнашивании мартенситное превращение не протекает и износостойкость стали 110Г13Л невысокая.

Для изготовления лопастей гидротурбин и гидронасосов, судовых гребных винтов и других деталей, работающих в условиях при кавитационной эрозии, применяют стали с нестабильным аустенитом 30Х10Г10, 0Х14АГ12 и 0Х14Г12М, испытывающим при эксплуатации частичное мартенситное превращение.

 

123Следующая ⇒

Поделиться: