Конструкційні сталі. Сталі, що цементуються. Ресорно-пружинні сталі

Лекція 13. Конструкційні сталі

1.  Вимоги до конструкційних матеріалів – комплекс механічних властивостей у залежності від призначення, зносостійкість, в’язкість, міцність, пластичність, корозійна стійкість, жаростійкість та міцність і технологічність (усі види), вартість, дефіцитність.

Сталь – основний матеріал на найближчі десятиріччя.

Краще – леговані сталі. Вони мають вищі міцність, в’язкість, прогартовуваність, дрібне зерно, гартування в маслі, стійкість при відпусканні. Але вони значно дорожче вуглецевих, їх переваги проявляються тільки в термічно зміцненому стані, тому їх застосування треба обгрунтовувати.

2.  Види конструкційних сталей: вуглецеві (низько-, середньо-, високовуглецеві, автоматні, зниженої прогартовуваності); будівельні; ті, що цементуються, азотуються; покращуються; ресорно-пружинні; підшипникові; зносостійкі.

3.  Вуглецеві – низьковуглецеві (С<0,25%), киплячі, висока зварюваність; середньовуглецеві (С=0,3...0,55%); високовуглецеві (С³0,6%), не зварюються, 55ПП, 58ПП – зниженої прогартовуваності; автоматні А12; А20; А30; А40Г; А45Е; АС30 містять до 0,1...0,2% S, P.

4.  Будівельні містять С=0,1...0,25%, зварювані, їх легують Si, Mn, Cr, Cu. Це Ст2, Ст3, 14Г2, 17ГС, 14ХГС, 15ХСНД, 14Г2АФ, 30ХГСА. Застосовують ТО і ВТМО для підвищення міцності.

5.  Сталі, що цементуються

С=0,15...0,20%. Призначення: зносостійкість поверхні+динамічне навантаження. ХТО та ТО: цементування, подрібнення зерна, гартування, низьке відпускання. Для помірно навантажених деталей структура середини може бути Ф+П, а сталь – вуглецева; для важконавантажених – низьковуглецевий мартенсит, тому легування залежить від перерізу деталей. Застосовують сталі 10, 15, 20 (Ф+П); 15Х, 20Х, 15ХФ; 20ХН; 12ХН3А; 18ХГТ; 18Х2Н4ВА.

6.   Сталі, що азотуються

Вони містять 0,35...0,5%C, Cr, M, V, Al. HRC шару 69...71. Основна марка 38Х2МЮА, товщ. 0,15...0,4 мм. HRC серцевини »35.

Технологія виготовлення – обробка заготовки, гартування в маслі, високе відпускання при 650°С на зернистий сорбіт, азотування, доводка.

7.  Сталі, що покращуються, містять 0,3...0,5%С.

Покращення – гартування + високе відпускання на структуру зернистого сорбіту. Сталі цієї групи розподіляють за глибиною прогартовуваності на 5 груп:

1)  35; 45; 40 з d_кр£10 мм;

2)  30Х; 40Х з d_кр£20 мм;

3)  30ХМ; 40ХГ; 30ХГТ d_кр£25 мм;

4)  40ХН;  40ХНМ d_кр£40 мм;  

5)  38ХН3М; 38ХН3МФА d_кр£100 мм.

Схильні до флокеноутворення (бульбашки водню).

8.  Ресорно-пружинні сталі

Вимоги до них високі: s_пружн, s_-1, релаксаційна стійкість. Це сталі з С=0,5...0,7% та легуючими елементами Si, Mn, V. ТО – гартування+середнє відпускання на структуру зернистого трооститу. s₀₂=800...1000МПа.

Марки сталі: 65; 70; 65Г; 60С2; 70С3А; 40ХФА; Р18; 40Х13.

Дробеструмінна обробка суттєво підвищує s_-1 пружин.

Для приладів використовують БрБ2 після гартування з 800°С та старіння при 350°С.

9.  Підшипникові сталі повинні мати по умовах роботи високі s_-1; HRC; зносостійкість, контактну втомлюваність, чистоту сталі, низьку пористість, карбідну неоднорідність. Сталі містять »1%С і добавки Cr  для покращення вказаних властивостей і прогартовуваності. Маркують з літерою Ш, наприклад, ШХ4; ШХ15; ШХ15СГ; ШХ20СГ. Для агресивних середовищ – 95Х18.

Важливі – геометрія кульок, порожні кульки, багатошарові кульки.

ТО – гартування з 840°С + відпускання 200°С. HRC62.

10. Зносостійка сталь 110 Г13Л

Зміст – 0,9...1,4%С; 11...15%Mn; 0,5...1,0Si.

Після лиття структура аустеніт +надлишкові карбіди (Fe, Mn)  з C. Після гартування з t=1100°С у воді – 100% аустеніту з НВ»2200 МПа. При робочих ударах наклеп поверхневого шару з перетворенням Fe_g(C) на мартенсит з HRC55. Погано обробляється різанням, зварюванням.