Файл: Учебное пособие Пермь, 2011 удк 621. 791 Рецензенты др техн наук, проф. Ю. Д. Щицын.doc
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 05.05.2024
Просмотров: 91
Скачиваний: 0
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Марганец повышает прочность, износостойкость, а также глубину прокаливаемости стали при термической обработке.
Кремний способствует получению более однородной структуры, положительно сказывается на упругих характеристиках стали, способствует магнитным превращениям, а при содержании его в количестве 15…20 % придает стали кислотоупорность.
Хром повышает твердость, прочность, а при термической обработке увеличивает глубину прокаливаемости, повышает жаропрочность, жаростойкость, коррозионную стойкость.
Никель действует так же, как и марганец. Кроме того, он повышает электросопротивление и снижает значение коэффициента линейного расширения.
Вольфрам уменьшает величину зерна, повышает твердость и прочность, улучшает режущие свойства при повышенной температуре.
Молибден действует как и вольфрам, а также повышает коррозионную стойкость.
Маркируют легированные стали буквами и цифрами, указывающими ее химический состав. Первые две цифры показывают содержание углерода (для конструкционных сталей в сотых долях процента, для инструментальных и нержавеющих десятых долях), затем ставится буква, указывающая на легирующий элемент, после буквы следует цифра, указывающая на среднее содержание этого элемента в процентах. Если содержание легирующего элемента составляет менее или около 1 %, то за буквой цифра не ставится. Легирующие элементы обозначаются следующими буквами: А азот, К кобальт, Т титан, Ю алюминий, С кремний, В вольфрам, Ф ванадий, Х хром, Д медь, Н никель, Г марганец, М молибден, П фосфор, Р бор, Ц цирконий, Ч редкоземельные металлы, Б ниобий. Например, сталь марки 12ХН3А содержит 0,12 % углерода, до 1,0 % хрома, 3 % никеля, буква А в конце обозначения указывает, что сталь высококачественная.
Легированные стали классифицируют по назначению, химическому составу, равновесной структуре и структуре после охлаждения на воздухе.
По назначению их делят на: конструкционные (машиностроительные, строительные), предназначенные для изготовления деталей машин и механизмов, а также элементов конструкций, в том числе и строительных; инструментальные, используемые для изготовления режущих инструментов
, штампов, измерительного инструмента и др.; стали и сплавы с особыми (специальными) свойствами (нержавеющие, жаропрочные, теплоустойчивые и др.).
В зависимости от входящих в состав сталей легирующих элементов их называют хромистыми, хромоникелевыми, ванадиевыми и т.п.
По структуре стали в равновесном состоянии делят на доэвтектоидные (содержащие избыточный феррит), эвтектоидные (имеющие перлитную структуру), заэвтектоидные (в структуру входят избыточные вторичные карбиды) и ледебуритные (составной частью структуры являются первичные карбиды).
По структуре после охлаждения на воздухе легированные стали подразделяют на перлитные (малолегированные), мартенситные (среднелегированные) и аустенитные (высоколегированные).
6.2.2. Конструкционные легированные стали, их маркировка
Легированные конструкционные стали делят на цементуемые улучшаемые и высокопрочные.
Для тяжело нагруженных деталей небольших размеров (зубчатые колеса, оси, поршневые пальцы и др.) применяют низкоуглеродистые цементуемые легированные стали марок 20Х, 12Х2Н4А и др. После цементации, закалки в воде и низкого отпуска поверхность изделий приобретает высокую твердость (НRС 58…62), а сердцевина не упрочняется.
Улучшаемые среднеуглеродистые легированные стали это стали, подвергаемые улучшению путем термической обработки закалке с 820…880 С в масле с последующим высоким отпуском (550…650 С). Для тяжело нагруженных деталей крупных сечений применяют легированные стали (марки 40ХН, 30ХГСА и др.).
Для деталей с высоким пределом прочности (В = 1500…2500 МПа) используют высокопрочные комплексно-легированные и мартенситностареющие стали. Комплексно-легированные это среднеуглеродистые стали, содержащие 0,25…0,6 % С, термоупрочняемые при низком отпуске или подвергаемые термомеханической обработке. Мартенситностареющие стали безуглеродистые (не более 0,03 % С) стали на основе железа с никелем содержащие кобальт, молибден, титан, хром и другие элементы (марки Н12К15М10, Н18К9М5Т). Мартенситностареющие стали закаливают с температуры 800…860 С на воздухе с последующим старением при 450…500 С. Применяются для особо ответственных тяжело нагруженных деталей.
К конструкционным легированным сталям могут быть отнесены также рессорно-пружинные, шарикоподшипниковые, износостойкие и др.
Рессорно-пружинные стали
Рессорно-пружинные стали обладают высоким пределом текучести и высоким пределом выносливости при достаточной вязкости и пластичности. Для сталей, содержащих не менее 0,5 % С, это достигается закалкой с последующим средним отпуском (300…400 С).
К легированным рессорно-пружинным сталям относятся марганцевые (60Г, 65Г) и кремнистые (55С2, 60С2), идущие для изготовления плоских и круглых пружин, рессор, пружинных колец и других деталей, от которых требуются высокие упругие свойства и повышенное сопротивление износу.
Широкое применение на транспорте нашли кремнистые стали (55С2, 60С2А, 70С3А), хромованадиевые (50ХФА, 50ХГФА), применяющиеся для ответственных клапанных пружин, рессор легковых автомобилей и торсионных валов ткацких станков; сальниковых пружин, для пружин, работающих при повышенных температурах (до 300 С) и переменных нагрузках.
Термическая обработка легированных пружинных сталей (закалка 850…880 С, отпуск 380…550 С) обеспечивает получение высоких пределов прочности (В = 1200…1900 МПа) и текучести (0,2 = 1100…1700 МПа).
Пружины и упругие элементы специального назначения изготавливают из высокохромистых мартенситных (30Х13), мартенситно-стареющих (03Х12Н10Д2Т, аустенитных нержавеющих (12Х18Н10Т), аустенитомартенситных (09Х15Н8Ю) и других сталей и сплавов.
Максимальный предел выносливости получают при термической обработке на твердость HRC 42…48. Существенное (до двух раз) повышение предела выносливости рессор достигается их поверхностным наклепом посредством дробеструйной или гидроабразивной обработки, в процессе которой в поверхностном слое деталей наводятся остаточные напряжения сжатия (снижающие при эксплуатации деталей общий уровень напряжений растяжения в указанном слое).
Для изготовления пружин также используют холоднотянутую проволоку (или ленту) из высокоуглеродистых сталей 65, 65Г, 70, У8, У10 и др.
Шарикоподшипниковые стали
Основной причиной выхода из строя подшипников качения является контактная усталость металла, проявляющаяся в выкрашивании частиц и отслаивании тонких пластин с рабочих поверхностей деталей (явление шелушения). На контактных поверхностях возникают мелкие «язвы». Шарикоподшипниковая сталь должна обладать высокой твердостью, прочностью и контактной выносливостью, что достигается ее очисткой от неметаллических включений и уменьшением пористости посредством электрошлакового или вакуумно-дугового переплава.
Для изготовления подшипников широко используют шарикоподшипниковые (Ш) хромистые (Х) стали ШХ15 и ШХ15СГ (последующая цифра 15 указывает содержание хрома в десятых долях процента 1,5 %). Стали содержат по 1 % С. ШХ15СГ дополнительно легирована кремнием (0,5 %) и марганцем (1,05 %) для повышения прокаливаемости.
Отжиг стали на твердость порядка 190 НВ обеспечивает обрабатываемость полуфабрикатов резанием и штампуемость деталей в холодном состоянии. Закалка в масле с температур 840…860 С и отпуск при 150…170 С обеспечивает твердость стали ШХ15 равную 61…65 НRC.
Детали подшипников качения, испытывающие большие динамические нагрузки, изготавливают из сталей 20Х2Н4А и 18ХГТ с последующей их цементацией и термической обработкой. Для деталей подшипников, работающих в азотной кислоте и других агрессивных средах, используется сталь 95Х18, содержащая 0,95 % С и 18 % Cr.
6.3. Инструментальные стали
По характеру работы инструменты можно разделить на несколько групп: 1) измерительный; 2) режущий инструмент для легких условий работы (малые скорости резания); 3) режущий инструмент для тяжелых условий работы (большие скорости резания); 4) штампы.
Условия работы инструментов различных групп различаются существенно, поэтому и изготавливают их из различных сталей с нужными свойствами.
6.3.1. Стали для измерительных инструментов
Измерительные инструменты должны сохранять свою форму и размеры в течение продолжительного времени. Поэтому их следует изготавливать из сталей, имеющих высокую твердость и износостойкость. Стали должны сохранять постоянство формы и размеров в течение длительного срока службы. Кроме того, они должны хорошо обрабатываться для получения высокого класса шероховатости поверхности и иметь малую деформацию при термической обработке. Для измерительного инструмента применяют высокоуглеродистые стали У8…У12 и низколегированные стали марок Х, ХГС, ХВГ, 9ХГ, содержащие около 1 % Cu до 1,5 % Cr. Их твердость 60…64 HRC.
Для измерительных инструментов большого размера и сложной геометрии используют азотируемые стали типа 38Х2МЮА.
6.3.2. Стали для режущих инструментов
Независимо от условий работы первое требование к режущему инструменту длительное сохранение высокой твердости режущей кромки. Поэтому состав стали и термическая обработка инструмента должны обеспечивать высокую твердость (не менее 60…62 HRC) при достаточной вязкости, исключающей возможность хрупкого разрушения при случайных ударных воздействиях.
В процессе резания между инструментом и обрабатываемым металлом возникает большое трение. Поэтому второе требование высокая износостойкость, обеспечивающая сохранение режущей кромки в условиях трения.
В зависимости от скорости резания, сечения стружки и других факторов режущая кромка инструмента сильно нагревается. Третье требование к режущему инструменту
