4. Улучшаемые (среднеуглеродистые) стали

Улучшаемые стали содержат 0,3-0,4 % С и разное количество легирующих элементов (хром, никель, молибден, вольфрам, марганец, кремний) в сумме не более и часто около 0,1 % измельчителей зерна (ванадий, титан, ниобий, цирконий).

Обычная термическая обработка таких сталей — закалка в масле и высокий отпуск (550-650 °С).

Чем больше в стали легирующих элементов, тем больше ее прокаливаемость.

Поскольку механические свойства стали разных марок после указанной термической обработки в случае сквозной прокаливаемости близки, то не механические свойства, а прокаливаемость определяет выбор стали для той или иной детали.

Чем больше сечение детали, тем более легированную сталь следует выбирать. Во избежание развития отпускной хрупкости, что особенно опасно для крупных деталей, которые невозможно быстро охлаждать при отпуске, следует использовать стали, содержащие молибден

Сложные по конфигурации детали, особенно если они подвергаются ударным воздействиям, желательно изготавливать из сталей, содержащих никель.

Составы наиболее распространенных сталей приведены в табл. 33.

Улучшаемые сорта стали условно разбиты на пять групп. По мере увеличения номера группы растут степень легирования, и следовательно, размер сечения, в котором достигается сквозная прокаливаемость.

I группу составляют простые углеродистые стали. Их обычно применяют в нормализованном состоянии. В некоторых случаях для деталей диаметром 10—15 мм в которых может быть получена более или менее удовлетворительная прокаливаемость и относительно небольшое коробление, может быть применена углеродистая сталь с улучшающей термической обработкой (закалка отпуск при 500-550 °С).

Из числа дешевых легирующих элементов, таких как марганец, кремний, хром — следует отдать предпочтение последнему. Сталь, легированная (сравните стали 40 и 40Х), позволяет получить при охлаждении в масле сквозную

(кликните для просмотра скана)

прокаливаемость до диаметра 20 мм при некотором снижении порога хладноломкости (вероятнее всего благодаря измельчению зерна при присадке хрома).

Поэтому для машиностроительных деталей небольших сечений высокие механические свойства получаются при простых легированных сталях типа Присадка бора увеличивает предельный диаметр изделия, но несколько повышает порог хладноломкости.

Легирование другими элементами хромистой стали также повышает прокаливаемость. Для сечений диаметром 20—40 мм кроме стали можно применять стали других марок из III группы. В этой группе выделяется по вязкости сталь Хотя прокаливаемость у нее не на много выше, чем у стали но порог хладноломкости ниже; кроме того, сталь нечувствительна (как и другие молибденовые стали) к отпускной хрупкости II рода.

Рис. 293. Структура стали а — отожженное состояние; б — улучшенное состояние

В следующую группу вошли никелевые стали, содержащие около Как уже говорилось, никель, в отличие от других элементов, одновременно углубляет прокаливаемость и снижает порог хладноломкости. Для сечений диаметром до 40—70 мм можно рекомендовать применение сталей, приведенных в группе IV.

Сравнивая стали видим, как добавка бора и марганца, углубляя прокаливаемость, одновременно снижает вязкость. Наилучшей по прокаливаемости и вязкости в этой группе сталей является сталь что объясняется влиянием комплекса легирования и более высоким содержанием никеля по сравнению с другими сталями этой группы.

Для сечений диаметром мм при необходимости иметь сквозное улучшение следует применять стали с Наиболее распространенные марки сталей такого типа приведены в группе V. Применение достаточно распространенных ранее чисто хромоникелевых сталей, например нецелесообразно. Эти стали характеризуются высокой склонностью к отпускной хрупкости II рода. Поэтому для изделий крупных размеров, подвергающихся динамическим нагрузкам, целесообразно применять или Высокое содержание никеля в этих сталях снижает порог хладноломкости до более низких температур, чем у других сталей.

Критерии при выборе марки стали кратко могут быть сформулированы так: а) выбор марки стали (степени легированности) определяется размером термически обрабатываемой заготовки; б) уровень прочности определяет температуру отпуска; 2) наличие концентраторов напряжений и динамических нагрузок определяет

необходимость легирования элементами, снижающими температуру перехода в хрупкое состояние (никель) или обусловливает необходимость иметь сталь повышенной и высокой чистоты.

Легированные конструкционные среднеуглеродистые стали имеют после отжига приблизительно одинаковую структуру, состоящую из феррита и перлита. В термически обработанной стали структура состоит из продуктов распада мартенсита. Эффект улучшения, т. е. повышение механических свойств стали после двойной обработки, наблюдается лишь при отпуске до температур, при которых сохраняется ориентация по мартенситу. Типичные структуры конструкционной улучшаемой стали показаны на рис. 293.