Легированная сталь

Категория:
Технология металлов


Легированная сталь

Легированная сталь. Марки легированных сталей имеют в СССР цифровые и буквенные обозначения. Приведенные в обозначениях марок стали буквы показывают наличие того или иного легирующего элемента, а стоящие за буквой цифры (2, 3 и т. д.) — среднее содержание этого элемента в процентах. Если вслед за буквой цифровое обозначение отсутствует, то содержание легирующего элемента в стали составляет около 1%. Две цифры, стоящие в наименовании марки перед первой буквой, обозначают содержание углерода в сотых долях процента.

Установлены следующие буквенные обозначения легирующих элементов в стали: алюминий — Ю; ванадий — Ф; вольфрам — В; кобальт — К; Кремний — С; марганец Г; Медь — Д; молибден — М; никель — Н; ниобий — Б; титан — Т; хром—- X.

Приведем несколько примеров: сталь марки 20Х содержит 0,15—0,25% С и 0,7—1,0 Сг при обычном количестве примесей (Mn, Si, S и Р); сталь марки 35ХГС содержит 0,30—0.40% С; 0,8—1,1% Сг; 1,1—1,4% Мп; 1,1 — 1,4% Si; сталь 25Х2МФА содержит 0,22—0,29 С; 1,5—1,8% Сг; 0,15—0,3% V; 0,2—0,3% Мо; буква А в конце обозначения марки указывает на то, что это сталь высококачественная, имеющая пониженное содержание фосфора и серы.

Влияние легирующих элементов. Присутствие в стали легирующих элементов улучшает ее свойства. Легированная сталь имеет высокую прочность и вязкость.

Некоторые легирующие элементы, например никель, кремний, кобальт, медь, не образуют с углеродом химических соединений — карбидов — ив основном распределяются в феррите. Другие же элементы — вольфрам, хром, ванадий, марганец, молибден, титан и др. — образуют с углеродом карбиды. Наличие карбидов в легированной стали способствует повышению ее твердости и прочности, а в инструментальной стали — и режущих свойств.

Легирующие элементы не только улучшают механические свойства стали (главным образом в термически обработанном состоянии), но в значительной степени изменяют ее физические и химические свойства. Влияние отдельных легирующих элементов на свойства стали сводится в основном к следующему.

Марганец повышает прочность и твердость стали, увеличивает прокаливаемость, уменьшает коробление при закалке, повышает режущие свойства стали, но вместе с тем способствует росту зерна при нагреве, чем снижает стойкость стали к ударным нагрузкам.

Хром затрудняет роет зерна при нагреве, повышает механические свойства стали при статической и ударной нагрузке, повышает прокаливаемость и жаростойкость, режущие свойства и стойкость на истирание. При значительных количествах хрома сталь становится нержавеющей и жаростойкой.

Кремний значительно повышает упругие свойства стали, но несколько снижает ударную вязкость.

Никель повышает упругие свойства стали, не снижая вязкости, противодействует росту зерна, улучшает прокаливаемость и механические свойства стали. При значительных количествах никеля сталь становится немагнитной, коррозионностойкой и жаропрочной.

Молибден противодействует росту зерна, повышает твердость и режущие свойства стали вследствие образования карбидов, уменьшает склонность стали к хрупкости при отпуске, повышает жаростойкость стали.

Кобальт повышает прочность стали при ударных нагрузках, улучшает жаропрочность и магнитные свойства стали.

Вольфрам, так же как и молибден, повышает твердость и режущие свойства- стали, уменьшает рост зерен при нагреве, повышает жаростойкость.

Ванадий способствует раскислению стали, противодействует росту зерна, повышает твердость и режущие свойства стали.

Титан является раскислителем стали, способствуя также удалению из нее азота, благодаря чему сталь получается более плотной, однородной и жаропрочной.

Наиболее эффективно повышение свойств стали под влиянием легирующих элементов наблюдается в термически обработанном состоянии. Поэтому в огромном большинстве случаев детали из легированных сталей применяют после закалки и отпуска.

Максимальное значение механических свойств достигается одновременным присутствием в стали двух или более легирующих элементов. Таким образом, в машиностроении наряду с хромистыми, марганцовистыми, кремнистыми и другими сталями широко применяются и более сложные — хромоникелевые, хромокремнемарганцовистые, хромовольфрамовые и другие стали.

Почти все легирующие элементы понижают значение критических точек при охлаждении и уменьшают критическую скорость закалки стали. Практически это значит, что легированные стали, содержащие эти элементы, следует охлаждать при закалке не в воде, как это необходимо для углеродистых сталей, а в масле.

Таким образом, легированная сталь удовлетворяет самым разнообразным требованиям машиностроительной промышленности и во многих случаях заменяет более дорогие цветные металлы и сплавы. Применение легированной стали непрерывно расширяется в связи с усовершенствованием конструкций машин и приборов. Директивы XX съезда КПСС предусматривают увеличение производства к 1960 г. низколегированной стали примерно в 17 раз, динамной стали на 97%, трансформаторной стали в 2,1 раза.

Легированная конструкционная сталь. В ГОСТ 4543—48 приведено 18 групп легированных конструкционных сталей: хромистых, хромоникелевых, хромокремнемарганцовистых и др. Эти стали применяют для изготовления ответственных деталей (шестерни, шатуны, болты, валы, оси и т. п.).

Для шарико- и роликоподшипников применяют сталь марок ШХ6, ШХ9, ШХ15. В этих сталях содержание углерода находится в пределах от 0,95 до 1,15%, а содержание хрома — от 0,6 до 1,5%.

Легированная инструментальная и быстрорежущая сталь.

Легированная инструментальная сталь обладает лучшими режущими свойствами, чем сталь углеродистая, и сохраняет эти свойства при нагреве до высоких температур.

Наиболее качественной инструментальной легированной сталью является быстрорежущая сталь. Согласно ГОСТ 5252—51 эта сталь выпускается в виде двух марок Р18 и Р9 (цифры показывают среднее содержание в этой стали вольфрама в процентах). Углерода в этих марках содержится от 0,7 до 0,95%, хрома 3,8—4,4 и ванадия 1,0—2,6%.

Отличительной особенностью быстрорежущей стали является ее красностойкость, т. е. способность сохранять твердость и режущие свойства при высоких температурах. Красностойкость создается введением в сталь карбидообразующих элементов (вольфрама, хрома, ванадия и молибдена), которые почти весь углерод связывают в специальные карбиды.

В разных марках быстрорежущей стали эти карбидообра-зующие элементы находятся в различных количествах.

Все быстрорежущие стали относятся к классу ледебуритных сталей, т. е. имеют такого же типа структуру, как и белый до-эвтектический чугун.

После ковки быстрорежущей стали карбиды в виде отдельных включений должны быть равномерно распределены в стали.

Свои ценные свойства — твердость и красностойкость — сталь приобретает после специальной термической обработки.

Режущий инструмент, изготовленный из этой стали, после правильной термической обработки сохраняет свои режущие свойства при нагреве до температур около 600°.

Легированные стали и сплавы с особыми свойствами. Стали

и сплавы этой группы обычно содержат значительное количество легирующих элементов и применяются для изготовления деталей, работающих при высоких температурах в среде, вызывающей коррозию, а также для постоянных магнитов, нагревательных элементов электропечей и т. д. Многие из этих сталей относятся к аустенитному классу, т. е. имеют при комнатной температуре структуру аустенита.

В соответствии с ГОСТ 5632—51 применяют следующие марки сталей с особыми свойствами.

Нержавеющие 1X13, 2X13, 3X13, 4X13, 1Х18Н9Т и др. (содержание углерода указано в десятых долях процента). Эти стали используются для изготовления различных сосудов и аппаратов в пищевой и химической промышленности, посуды, ножей, хирургического инструмента, труб и т. п.

Жаростойкие и жаропрочные: XI7, Х25, Х18Н11Б, Х23Н18, Х9С2, Х12ЮС, 4Х14Н14В2М и др. Эти стали применяют для изготовления клапанов двигателей внутреннего сгорания, муфелей термических печей, лопаток паровых и газовых турбин и т. п.

Сплавы с большим омическим сопротивлением, например X15H6D, Х20Н80, Х13Ю4, 1Х17Ю5 и др., применяют для изготовления нагревательных элементов в электропечах сопротивления, а также в бытовых приборах, паяльниках и т. п.

Для изготовления постоянных магнитов применяют так называемые магнитотвердые сплавы, стали: EX, ЕХЗ, ЕХ9К15М и др. (буква Е указывает на принадлежность стали к магнито-твердым материалам). Для этих же целей применяют железо-никельалюминиевые сплавы (АЛНИ).

Трансформаторная и динамная стали относятся к магнитомягким материалам (магнитопроводам) и представлены марками Э1, Э11, Э2, Э21, ЭЗ, Э34, Э4, Э48 и др. Первые цифры показывают среднее содержание кремния в процентах, содержание углерода в этих марках меньше 0,1%.

К магнитомягким материалам относится также никельжелез-ный сплав — пермаллой (78% Ni), широко применяемый в качестве магнитопровода в радиотехнике и электротехнике.

Марганцовистая сталь марки Г13, называемая иначе сталью Гадфильда, содержащая 11,0—14,0% марганца, обладает наилучшей стойкостью на истирание. Она применяется для деталей экскаваторов, стрелок и закруглений на железнодорожном транспорте и т. п.

Для изготовления тех или иных деталей или инструмента могут быть во многих случаях достаточно точно определены пробой на искру.

Легированные чугуны. Широкое применение имеют хромистые чугуны (содержание Сг до 20%), которые применяются в деталях, работающих при нагреве в окислительных средах или в различных кислотах и от которых поэтому требуется жаростойкость или кислотостойкость.

Никельмедные и марганцевомедные чугуны (7—9% марганца и 2% меди) применяют для деталей, которые не должны обладать магнитными свойствами. Чугун, содержащий 20—24% алюминия (чугаль), обладает высокой жаростойкостью и применяется для изготовления печной арматуры, работающей при температуре 800—900°.


Реклама:



Читать далее:



Статьи по теме:


Главная → Справочник → Статьи → БлогФорум