9.5. Улучшаемые легированные стали

Улучшаемыми называют такие стали, которые используются после закалки с высоким отпуском (улучшения). Эти стали (40Х, 40ХФА, 30ХГСА, 38ХНЗМФА и др.) содержат 0,3—0,5% углерода и 1 — 6% легирующих элементов. Стали закаливают с 820— 880°С в масле (крупные детали — в воде); высокий отпуск производят при 500—650°С с последующим охлаждением в воде, масле или на воздухе (в зависимости от состава стали). Структура стали после улучшения — сорбит. Данные стали применяют для изготовления валов, шатунов, штоков и других деталей, подверженных воздействию циклических или ударных нагрузок. В связи с этим улучшаемые стали должны обладать высоким пределом текучести, пластичностью, вязкостью, малой чувствительностью к надрезу.

Хромистые улучшаемые стали (30Х, 40Х, 50Х) содержат 1% Сг, 0,65% Мn и 0,3 — 0,5% С. Повышенное содержание углерода в них с 0,3 до 0,5% вызывает увеличение прочности (с 900 до 1080 МПа), но приводит к снижению пластичности (с 12 до 9%) и вязкости разрушения (с 0,7 до 0,4 МДж/м2 ). Стали обладают небольшой прокаливаемостью, увеличение которой достигается микролегированием (0,001— 0,005%) их бором (35ХР, 40ХР), однако при этом повышается порог хладноломкости. Введение в сталь 0,15% V (40ХФА) способствует увеличению ее вязкости с 0,6 (у стали 40Х) до 0,9 МДжд/м2 (у стали 40ХФА). Стали склонны к отпускной хрупкости.

Хромокремниймарганцевые стали 30ХГСА (см. табл.9.l), 35ХГСА, называемые хромансилами, содержат по 1% хрома, марганца и кремния и характеризуются хорошими механическими (см. табл. 9.3) и технологическими (свариваются, штампуются) свойствами. Среди их недостатков можно отметить чувствительность к концентраторам напряжений, к коррозии под напряжением и водородному охрупчиванию, а также склонность к обратимой отпускной хрупкости. Эти стали широко применяют в автомобилестроении и авиации для изготовления силовых сварных конструкций валов, деталей рулевого управления и т. д.

Хромоникелевые стали (40ХН, 45ХН, 40ХНЗА и др.) содержат 0,5—0,8% Сг и 1— 3% Ni. Они отличаются хорошей прокаливаемостью, прочностью и вязкостью (σв = 1000 МПа, σ0,2= 800 МПа, d= 10—11%, KCU = 0,7—0,8 МДж/м2). Хромоникелевые стали, также как хромансил и хромистые, склонны к обратимой отпускной хрупкости и должны охлаждаться после высокого отпуска с большой скоростью (в воде или масле).

Отпускной хрупкостью называют охрупчивание стали при некоторых условиях отпуска. Различают два рода отпускной хрупкости, что соответствует двум минимумам ударной вязкости на ее зависимости от температуры отпуска (рис.9.8): для отпуска при 300°С и при 500°С. Отпускная хрупкость I рода проявляется при отпуске около 300°С и вызывается неравномерностью распада мартенсита по объему и границам зерен. Менее прочные приграничные слои зерен, претерпевающие почти полный распад на ферритно-цементитную смесь, играют роль концентраторов напряжений, что в конечном итоге вызывает хрупкое разрушение.

Рис.9.8 -  Влияние  температуры  отпуска  на  ударную  вязкость  стали:

1 и 2 – интервалы  отпускной  хрупкости I  и  II рода,  соответственно

 

Отпускная хрупкость II рода проявляется лишь в результате медленного охлаждения после отпуска при температурах выше 500°С. При быстром охлаждении вязкость не уменьшается, а, наоборот, возрастает с повышением температуры отпуска. Поэтому отпускную хрупкость II рода иногда называют обратимой в отличие от отпускной хрупкости I рода, именуемой необратимой. Отпускная хрупкость II рода вызвана активным карбидообразованием по границам зерен, обеднением в связи с этим приграничных районов легирующими элементами (хромом, марганцем) и диффузией сюда фосфора. В результате происходит охрупчивание стали из-за ослабления прочности межзеренных сцеплений. При быстром охлаждения фосфор не успевает диффундировать из объема зерен к границам.

Присутствие же 0,2—0,5% молибдена (или 0,5—0,8% вольфрама) в стали затормаживает диффузионные процессы, уменьшает разницу в диффузионной подвижности атомов в объеме и по границам зерна и тем самым существенно препятствует возникновению неоднородности между указанными зонами. Ванадий (0,15%) способствует измельчению зерна. Поэтому хромоникелевые стали, легированные молибденом (вольфрамом) и ванадием, 36Х2Н2МФА, 38ХНЗМА, 38ХНЗВА, 38ХНЗМФА и др., обладают лучшими свойствами (σв=1100—1200МПа, σ0,2=950—1100МПа, δ=12%, ψ= 50%, KCU = 0,8 МДж/м2). Повышение в них содержания никеля до 3—4% еще более улучшает прокаливаемость и снижает порог хладноломкости 1, с -40°С до -60°С.

Стали относятся к мартенситному классу, слабо разупрочняются при нагреве до 300—400 °С. Из них изготавливают валы и роторы турбин, тяжелонагруженные детали редукторов и компрессоров.


Авторы: 239 А Б В Г Д Е З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я

Книги: 268 А Б В Г Д Е З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я