11.7. Конструкционные (машиностроительные) улучшаемые легированные стали

        Многие детали машин (коленчатые валы, валы, оси, штоки, шатуны, ответственные детали турбин и компрессорных машин и др.) изготовляют из среднеуглеродистых сталей ( 0,3 - 0,5 % С) и подвергают закалке и высокому отпуску (улучшение). После такой обработки структура стали - сорбит. Сталь должна иметь высокий предел текучести, малую чувствительность к концентраторам напряжений, в изделиях, работающих при многократно прилагаемых нагрузках, высокий предел выносливости и достаточный запас вязкости (KCU, KCT, K_1c). Кроме того, улучшаемые стали должны обладать хорошей прокаливаемостью и малой чувствительности 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_1с . В таблице 23 приведены наиболее распространенные улучшаемые стали. Механические свойства будут зависеть от той термической обработки, которую проходит сталь (деталь на машиностроительном заводке, и прежде всего от принятой температуры отпуска (рис.66)         Хромистые стали. С увеличением содержания углерода возрастает прочность, но снижается пластичность и вязкость. Введение ванадия повышает механические свойства хромистых сталей, главным образом вязкость.         Прокаливаемость хромистых сталей 30Х, 40Х и 50Х невелика. Хромистые стали склонны к отпускной хрупкости, поэтому после высокого отпуска охлаждение должно быть быстрым; для мелких деталей в масле и для крупных - в воде.

Введение 0,1-0,2 V% (40ХФА) повышает механические свойства хромистых сталей, главным образом вязкость, вследствие лучшего раскисления и измельчения зерна без увеличения прокаливаемости. Эти стали применяются для изделий, работающих при повышенных динамических нагрузках.         Введение бора (0,002-0,005 %) увеличивает прокаливаемость хромистых сталей, но несколько повышает порог хладноломкости. Сталь с бором 35ХР (40ХР) имеет следующие механические свойства. Таблица 24

Механические свойства сталей 35ХРи 40ХР

        Хромомарганцевые стали. Совместное легирование хромом и марганцем позволяет получить стали с достаточной высокой прочностью и прокаливаемостью ( например 40ХГ). Однако они имеют пониженную вязкость, повышенный порог хладноломкости, склонность к отпускной хрупкости и росту зерна при аустените. Введение титана уменьшает склонность к перегреву, а бора - увеличивает прокаливаемость.         Хромокремнемарганцевые стали. Высоким комплексом свойств обладают хромокремнемарганцевые стали (хромансил). Хромансил применяют также в виде листов и труб для ответственных сварных конструкций. Сталь 30ХГС подвергают улучшению, способствующие получению более высокие механические свойства и снижающей чувствительность к надрезам. Таблица 25

Механические свойства сталей 30ХГС

        Более высокая прокаливаемость и лучшая вязкость достигается при введение никеля (30ХГСНА). Эта сталь после изотермической закалки или закалке в масле с низким отпуском при 200⁰С позволяет получить следующие механические свойства Таблица 26

Механические свойства сталей 30ХГСНА

Хромоникелевые стали. Хромоникелевые стали обладают высокой прокаливаемостью, хорошей прочностью и вязкостью. Они применяют для изгоотовления крупных изделий сложной конфигурации, работающих при вибрационных и динамических нагрузках. Никель обеспечивает наибольший запас вязкости, а в сочетании с хромом и молибденом - большую прокаливаемость, сильно снижая порог хладноломкости.         Хромоникелемолибденовые стали. Хромоникелевые стали обладают склонностью к обратимой отпускной хрупкости. Для предотвращения этого дефекта дополнительно легируют молибденом или вольфрамом         Хромоникелемолибденованадиевые стали. Нередко в хромоникелевую сталь кроме молибдена или вольфрама вводят ванадий, который способствует получению мелкозернистой структуры. Большая устойчивость переохлажденного аустенита обеспечивает высокую прокаливаемость, что позволяет упрочнять термической обработкой крупные детали. Молибден повышает ее теплостойкость (400 - 450⁰С) . Недостатком этой стали является трудность их обработки резанием и большая склонность к образованию флокенов.

Таблица 23

Химический состав ( по легирующим элементам), термическая обработка и механические свойства некоторых легированных улучшаемых сталей

?