Конструкционная легированная сталь

Категория:
Сплавы


Конструкционная легированная сталь

Конструкционную легированную сталь применяют для изготовления ответственных деталей машин и металлических конструкций. Такая сталь относится в основном к перлитному классу.

Свойства легированной стали определяются не только количеством легирующих элементов и содержанием углерода, но также в значительной степени термической обработкой.

Тройная легированная сталь. Хром в качестве легирующего компонента получил наибольшее распространение, так как способствует увеличению прочности стали и является относительно дешевым. Хром сообщает стали хорошую сопротивляемость износу, а с увеличением количества углерода — высокую твердость вследствие образования карбидов.

Низко- и средиелегированная хромовая сталь довольно широко применяется в авиа-, авто- и тракторостроении, а также в других отраслях машиностроения для изготовления осей, валов, зубчатых колес и других деталей. Хромовая сталь при содержании 0,4—1,65% Сг и 0,95—1,15% С образует группу шарикоподшипниковых сталей. Низколегированную хромовую сталь применяют также для изготовления инструментов.

Высоколегированная хромовая сталь (12—30% Сг) является нержавеющей и отличается стойкостью против коррозии не только на воздухе, но и в агрессивных средах (например, ‘в азотной кислоте и др.); кроме того, она сохраняет прочность при повышенных температурах, поэтому применяется для изготовления лопаток турбин, цилиндров высокого давления, труб пароперегревателей и т. п.

При содержании 25—30% Сг и 0,1% С (ферритный класс) сталь является окалиностойкой — способной выдерживать длительные и высокие нагревы (до 1100°) без образования экалины.

Никель — прекрасный легирующий этемент, но он очень дорог и дефицитен. Поэтому его стараются по возможности заменять или применять ц сочетании с хромом, марганцем и другими легирующими элементами (сложнолегированная сталь): Никель увеличивает прочность, вязкость и твердость (после закалки) стали, мало снижая пластичность, сильно повышает прокаливаемость и коррозионную стойкость. После закалки и низкого отпуска никелевая сталь имеет высокую твердость, но не обладает хрупкостью.

Низко- и среднелегированную никелевую сталь (перлитного класса) применяют в автостроении и ответственном машиностроении, причем в большинстве случаев детали подвергают цементации и последующей закалке с отпуском.

Высоколегированная никелевая сталь (аустенитного класса) отличается особыми свойствами. Сллав инвар (35—37% № и до 0,25% С) имеет коэффициент линейного расширения, близкий к нулю, немагнитен (как всякая сталь аустенитного класса), обладает высокой пластичностью и коррозионной стойкостью. Инвар применяют для изделий в тех случаях, когда требуется неизменяемость размеров при нагревании (например, в приборах для исследований, в эталонах-измерителях и т. п.). Сплав платинит (47—49% Ni и до 0,25% С) имеет коэффициент линейного расширения такой же, как у платины и стекла, поэтому он является заменителем платины в лампах накаливания.

Кремний при содержании его свыше 0,8% повышает прочность, упругость и твердость стали, снижая, однако, ее вязкость.

В практике нашла применение низколегированная кремнистая сталь перлитного класса.

Низкоуглеродистую кремнистую сталь (0,08—0,18% С и 0,8—1,2% Si) применяют для сооружения мостов и других целей. Эту сталь не подвергают термической обработке.

Сталь 55С2, 60С2 и других марок применяют для изготовления пружин и рессор. После закалки и отпуска эта сталь отличается высоким пределом прочности и упругости. Сталь, содержащая от 1 до 4% Si и очень небольшое количество углерода, после особого отжига при 1000° имеет крупнозернистую структуру и отличается высокой магнитной проницаемостью, малым остаточным магнетизмом и значительным электрическим сопротивлением, уменьшающим потери на индукционные токи, применяют ее в электропромышленности для изготовления сердечников электрогенераторов и трансформаторов.

Марганец повышает твердость и прочность стали, а также увеличивает ее прокаливаемость и улучшает свариваемость. Легированной марганцевой сталью называют сталь, которая содержит не менее 1% Мп. В практике применяют низколегированную и высоколегированную марганцевую сталь.

Низколегированную сталь перлитного класса широко применяют для изготовления деталей, от которых требуется износоустойчивость. Для зубчатых колес, осей, болтов и других деталей, работающих в условиях значительного износа, применяют сталь, содержащую 0,3—0,5% С и 1,4—1,8% Мп (марки 30Г2, 45Г2, 50Г2 и др.). Низколегированную марганцевую сталь применяют также для изготовления инструментов.

Широкое распространение получила высоколегированная сталь марки Г13, содержащая 1,0—1,3% С и 11—14% Мп (аустенитный класс). Эта сталь обладает очень высокой вязкостью и сопротивляемостью ударному истиранию: из нее изготовляют стрелки и крестовины железных дорог, черпаки и козырьки землечерпательных машин, гусеницы тракторов и др. Детали из стали марки Г13 закаливают при высокой температуре (1000—1050°) для растворения карбидов, снижающих вязкость и прочность стали. После закалки сталь имеет структуру аустенита (без карбидов) и ввиду большой вязкости и способности наклёпываться очень трудно поддается обработке резанием: обрабатывается только инструментами, оснащенными пластинками из твердых сплавов.

Сложнолегированная конструкционная сталь. Сложнолегирован-ная конструкционная сталь имеет в промышленности большое распространение. Это объясняется тем, что путем одновременного легирования стали несколькими элементами получение нужных свойств достигается легче, полнее и при меньшем общем содержании легирующих элементов.

Хром является основным компонентом большинства марок слож-нолегированной конструкционной стали. На втором месте стоит никель, однако он вводится обычно в небольших количествах.

Хромоникелевая сталь. Наибольшее распространение имеет сталь перлитного класса. Эта сталь обладает высокой прочностью, вязкостью и является одним из лучших конструкционных материалов.

Хромоникелевая сталь получила широкое применение в авиастроении для изготовления наиболее нагруженных деталей авиамоторов (шатуны, поршневые пальцы, ролики рычагов и т. д.), в авто- и тракторостроении и др. В зависимости от характера службы в изделии одни детали должны подвергаться цементации, другие — закалке и высокому отпуску (улучшению). В соответствии с этим хромо-никелевая сталь делится на цементируемую и улучшаемую. Примером цементируемой стали является сталь марки 12Х2Н4А, содержащая небольшое количество углерода (0,1—0,15%); примером улучшаемой стали—сталь марки 37XH3A.

Еще более высокие механические двойства достигают дополнительным легированием хромоникелевой стали вольфрамом (до 1,2%) или молибденом (до 0,55%). Такая сталь применяется для изготовления особо ответственных деталей, испытывающих очень высокие напряжения на срез, скручивание и удар при динамической переменной нагрузке. Примерами могут служить коленчатые и другие валы мощных моторов, сильно нагруженные болты и пр.

Хромоникелевая сталь аустенитного класса является нержавеющей (не подверженной коррозии в атмосферных условиях) и кислотостойкой (устойчивой против разъедающего действия кислот). Она применяется для изготовления аппарату-туры в нефтяной, химической, пищевой промышленности и для других целей. Примером кислотостойкой хромоникелевой стали является сталь марки 1Х18Н9.

Хромо молибденовая сталь. Молибден придает стали способность сохранять прочность при нагреве (жаропрочность), способствует образованию мелкозернистой однородной структуры, улучшает свариваемость и обрабатываемость резанием.

Хромомолибденовая сталь отличается высокой прочностью и вязкостью, простотой применяемой термической обработки.

Хромомолибденовая сталь используется в котлотурбостроении для котельных труб, труб пароперегревателей, котельных барабанов и т. п. Сталь марки 15ХМ применяется для различного рода трубопроводов, работающих при температурах до 600° и давлении до 100 атц в агрессивных средах.

Низколегированную хромомолибденовую сталь применяют также моторостроении и других отраслях.

Xромованадиевая сталь.

Низколегированная сталь повышенной прочности. Незадолго до Великой Отечественной войны советскими учеными совместно а работниками промышленности была разрешена задача получения строительной и конструкционной низколегированной стали повышенной прочности, не содержащей дорогостоящих элементов (никеля, молибдена, ванадия, фольфрама и др.), а легированной хромом, марганцем и кремнием.

Хромомарганцевокремнистая сталь (сокращенно хромансиль) марок 20ХГСА, ЗОХГСА и др, легко сваривается, а после соответствующей термической обработки по своим механическим свойствам не уступает хромомолибденовой стали.


Читать далее:



Статьи по теме:


Реклама:




Главная → Справочник → Статьи → БлогФорум