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 и подвергают закалке и высокому отпуску (улучшение). Стали закаливаются от 820-880 °С (в зависимости от состава) в масле (крупные детали охлаждают в воде) и проходят отпуск при 550-680 °С. После такой обработки структура стали — сорбит. Стали должны иметь высокий предел текучести, малую чувствительность к концентраторам напряжений, в изделиях, работающих при многократно прилагаемых нагрузках, высокий предел выносливости и достаточный запас вязкости Кроме того, улучшаемые стали должны обладать хорошей прокаливаемостью и малой чувствительностью 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

Наличие в структуре нижнего бейнита не снижает конструктивной прочности стали. Если в структуре наряду с мартенситом присутствуют верхний бейнит или продукты диффузионного распада аустенита (перлит, троостит), сопротивление хрупкому и вязкому разрушению снижается (уменьшаются

(кликните для просмотра скана)

(кликните для просмотра скана)

и повышается порог хладноломкости). Высокий отпуск, вызывающий сфероидизацию и коагуляцию карбидов цементитного типа, сохраняя достаточно высокое значение понижает порог хладноломкости, повышает трещиностойкость и работу распространения трещины КСТ. Для улучшаемых легированных сталей, содержащих после высокого отпуска, а для сталей, легированных никелем и молибденом,

В табл. 8 приведены наиболее распространенные улучшаемые стали Механические свойства этих сталей соответствуют контрольным образцам из заготовок сталей диаметром (стороной квадрата) 25 мм после термической обработки, указанной в таблице.

Механические свойства будут зависеть от той термической обработки, которую проходит сталь (деталь) на машиностроительном заводе, и прежде всего от принятой температуры отпуска (рис. 162).

Хромистые стали. Для средненагруженных деталей небольших размеров применяют хромистые стали (см. табл. 8). С увеличением содержания углерода возрастает прочность, но снижаются пластичность и вязкость. Влияние температуры отпуска на механические свойства сталей показано на рис. 171, а.

Прокаливаемость хромистых сталей 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 повышает механические свойства хромистых сталей, главным образом вязкость, вследствие лучшего раскисления и измельчения зерна без увеличения прокаливаемости. Эти стали применяют для изделий, работающих при повышенных динамических нагрузках.

Введение бора увеличивает прокаливаемость хромистых сталей, но несколько повышает порог хладноломкости. Прокаливаемость стали с бором сравнительно высокая. Критический диаметр прокаливаемости мартенсита) при закалке в воде 30—45 мм и в масле 20—30 мм. Сталь с бором имеет следующие механические свойства (не менее):

Хромомарганцевые стали. Совместное легирование хромом и марганцем позволяет получить стали с достаточно высокой прочностью и прокаливаемостью (например, Однако хромомарганцевые стали имеют пониженную вязкость, повышенный порог хладноломкости (от 20 до склонность к отпускной хрупкости и росту зерна аустенита при нагреве. Введение титана обеспечивает хромомарганцевой стали

(кликните для просмотра скана)

меньшую склонность к перегреву, а добавление бора увеличивает ее прокаливаемость.

Хромокремнемарганцевые стали. Высоким комплексом свойств обладают хромокремнемарганцевые стали (хромансил). Стали и обладают высокой прочностью и хорошей свариваемостью (см. табл. 8). Стали хромансил применяют также в виде листов и труб для ответственных сварных конструкций (например, в самолетостроении).

Сталь подвергают улучшению (см. табл. 8, рис. 162) или изотермической закалке - на нижний бейнит, способствующей получению более высоких механических свойств и снижающей чувствительность к надрезам.

Стали хромансил склонны к обратимой отпускной хрупкости и обезуглероживанию при нагреве.

Более высокая прокаливаемость (критический диаметр прокаливаемости для закалки в воде свыше 100 мм и в масле свыше 75 мм) и лучшая вязкость достигаются при введении в сталь хромансил Эта сталь после изотермической закалки или закалки в масле (на воздухе) с низким отпуском при позволяет получить

Высокопрочную сталь и ее аналог широко применяют для изготовления весьма ответственных деталей, в том числе сварных.

При использовании высокопрочных сталей необходимо учитывать, что они чувствительны к концентраторам напряжений, особенно после обычной закалки и отпуска, охрупчиванию в результате насыщения водородом (например, при гальванических покрытиях или травлении) и коррозии под напряжением.

Хромоникелевые стали. Благодаря большей устойчивости переохлажденного аустенита хромоникелевые стали обладают высокой прокаливаемостью, хорошей прочностью и вязкостью. Они применяются для изготовления крупных изделий сложной конфигурации, работающих при вибрационных и динамических нагрузках. Никель обеспечивает наибольший запас вязкости, а в сочетании с хромом и молибденом — большую прокаливаемость. Никель, особенно в сочетании с молибденом, сильно снижает порог хладноломкости. Чем выше содержание никеля, тем ниже допустимая температура применения стали и выше ее сопротивление хрупкому разрушению.

В улучшаемые стали рекомендуется вводить При большем содержании никеля получается много остаточного аустенита.

Для тяжелонагруженных деталей с диаметром сечения до 70 мм используют хромоникелевые стали обладающие высокими механическими свойствами (см. рис. 162).

Хромоникелемолибденовые стали. Хромоникелевые стали обладают склонностью к обратимой отпускной хрупкости, для устранения которой многие детали небольших размеров из этих сталей охлаждают после высокого отпуска в масле, а более крупные детали — в воде. Однако даже охлаждение в воде для многих крупногабаритных деталей из глубокопрокаливающихся хромоникелевых сталей не приводит к достаточно быстрому охлаждению внутренних частей, в которых развивается отпускная хрупкость. Для предотвращения этого дефекта стали дополнительно легируют молибденом или вольфрамом. Небольшие детали из этих сталей (см. табл. 8) после высокого отпуска можно охлаждать на воздухе, а более крупные — в масле. Механические свойства этих сталей приведены на рис. 162.

Хромоникелемолибденованадиевые стали. Нередко в хромоникелевую сталь кроме молибдена (вольфрама) добавляют ванадий, который способствует получению мелкозернистой структуры. Примером сталей, легированных и V, могут служить Большая устойчивость переохлажденного аустенита обеспечивает высокую прокаливаемость, что позволяет упрочнять термическойобработкой крупные детали. Даже в очень больших сечениях (1000—1500 мм и более) в сердцевине после закалки образуется бейнит, а после отпуска — сорбит. Указанные стали обладают высокой прочностью, пластичностью и вязкостью и низким порогом хладноломкости (см. табл. 8). Этому способствует высокое содержание никеля. Молибден, присутствующий в стали, повышает ее теплостойкость. Эти стали можно использовать при температуре 400-450 °С.

Недостатками высоколегированных хромоникелемолибденованадиевых сталей являются трудность их обработки резанием и большая склонность к образованию флокенов. При обнаружении их хотя бы в одной поковке бракуют все поковки данной плавки. Поэтому, как правило, поковки подвергают противофлокенной обработке — многократному нагреву при 640-680 °С. Стали применяют для изготовления наиболее ответственных деталей турбин и компрессорных машин, для которых требуется материал особой прочности в крупных сечениях (поковки валов и цельнокованых роторов турбин, валы высоконапряженных турбовоздуходувных машин, детали редукторов и т. д.).