17. Конструкционные легированные стали. Термическая обработка низколегированных конструкционных сталей(вал, пружина).

Конструкционные легированные стали имеют определённое преимущество после термообработки, в отличие от углеродистых. Это говорит о том, что элементы легирования значительно влияют на диффузионные процессы, что протекают при термообработке. В материал добавлено большее количество элементов легирования, потому они приходят под видом сортовых прокатов, это круглые, квадратные, шестигранные, а иногда как калибровочные листы, поковки и прочие полуфабрикаты.

Термическая обработка легированных сталей по сравнению с обработкой углеродистых имеет ряд технологических особенностей. Эти особен­ности заключаются в различии температур и ско­рости нагрева, длительности выдержки при этих температурах и способе охлаждения.

Критические температуры у одних легированных стилей выше, у других - ниже, чем у углеродистой стали. Все легирующие эле­менты можно разбить на две группы: элементы, повышающие критические точки Ас₁ и Асз, а следовательно, и температуры нагрева при термиче­ской обработке (отжиге, нормализации и закал­ке), и элементы, понижающие критические точки. К первой группе относят Сu, V, W, Si, Ti и дру­гие элементы. В связи с этим отжиг, нормализа­цию и закалку сталей, содержащих перечислен­ные элементы, производят при более высоких температурах, чем отжиг, нормализация и закалка углеродистых сталей. Ко второй группе отно­сят Mn, Ni и другие элементы.

Для легированных сталей требуется несколь­ко большее время выдержки, так как они обладают худшей теплопроводностью. Длитель­ная выдержка необходима также для получения лучших механических свойств, поскольку она обеспечивает полное растворение легированных карбидов в аустените.

Скорость охлаждения при термиче­ской обработке устанавливают в соответствии с устойчивостью переохлажденного аустенита и значением критической скорости закалки. Прак­тически многие легированные стали закаливают­ся на мартенсит в масле, т. е. при меньшей ско­рости охлаждения, чем углеродистая сталь. У вы­соколегированных сталей, если они к тому же содержат большие количество углерода, способ­ность к самозакаливанию выражена очень силь­но, у низколегированных и малоуглеродистых сталей - слабее. Это объясняется большой стойкостью аустенитных зерен к превращению их при температуре Ac₁ в зерна перлита.

Легированная сталь обладает большей прокаливаемостью, чем углеродистая. Чем вы­ше степень легированности сталей, тем более глубокой прокаливаемостью они обладают. Из легированных инструментальных сталей особый интерес представляют быстрорежущие стали, ши­роко используемые для изготовления режущего инструмента.

Низколегированные конструкционные стали содержат не более 0,22 % углерода и сравнительно небольшое количество недефицитных легирующих элементов марок 14Г2, 17ГС, 18Г2С, 10ГТ. Стали 14Г2, 17ГС, 10ХСНД в основном используются для штампованных изделий и металлических сварных конструкций, а 18Г2С, 10ГТ – для армирования железобетонных конструкций. Они обладают невысокой прочностью и высокой пластичностью.

В судо-, вагоно- и мостостроении широко применяют низколегированные низкоуглеродистые стали марок 09Г2С, 10ХНДП, 10ХСНД и др. Для отливки деталей рам тележек вагонов и корпусов автосцепок используют сталь марки 20ГФЛ. Эти стали обладают хорошими технологическими свойствами, достаточно высокой прочностью (в 1,5 – 2 раза выше, чем у углеродистой стали), хорошей свариваемостью, более высокой стойкостью к коррозии. Применение низколегированных сталей вместо углеродистых позволяет экономить 20 – 30% металла. Стоимость большинства марок низколегированной стали всего на 10 – 15 % выше углеродистой.

Низкоуглеродистые стали относятся к цементуемым. Эти стали используются для изготовления деталей, которые в процессе работы подвергаются интенсивному изнашиванию и от которых требуются высокие механические свойства (сопротивление статическим, динамическим нагрузкам или усталости). Для усиления прочностных свойств повышают содержание углерода в цементуемых сталях до 0,28 – 0,3 %. Для достижения требуемых свойств детали из этих сталей подвергают также цианированию или нитроцементации.

Цементуемые стали наиболее широко используют для изготовления шестерен, так как высокая твердость в поверхностном слое повышает усталостную прочность зубьев и уменьшает осповидный износ (питтинг).

 Сущность осповидного износа заключается в образовании в поверхностном слое усталостных микротрещин от циклического действия нагрузки при работе. 

Постепенно от поверхности зуба отделяются небольшие чешуйки металла и образуются оспины (язвы). Чем выше твердость поверхностного слоя и предел текучести сердцевины зуба, тем выше контактная выносливость и общая усталостная прочность зубьев шестерни. Чтобы избежать поломки зубьев шестерен, твердость сердцевины зуба должна быть 30…40 HRC (рис. 7.6).

В условиях массового производства нитроцементация малоуглеродистых сталей и карбонитрирование повышенно-легированных сталей имеют преимущества перед простой цементацией.