Стали каких марок являются улучшаемыми

Улучшаемые и высокопрочные стали

версия для печати

Улучшаемыми конструкционными сталями называют среднеуглеродистые стали, содержащие 0,3—0,5 % углерода и легирующие элементы обычно в количестве не более 5 %, которые используют после операции так называемого «улучшения», состоящей из закалки и высокого отпуска. Закалку таких сталей обычно прово­дят в масле. Температура отпуска составляет 550—650 °С.

После термообработки улучшаемые стали имеют структуру, хорошо воспринимающую ударные нагрузки.
Улучшаемые стали имеют высокую прочность, вязкость, ма­лую чувствительность к концентраторам напряжений и хорошую прокаливаемость.

Обычное содержание кремния в улучшаемых сталях составляет 0,17—0,37%, марганца — 0,5—0,8 %, и менее 0,035% фосфора и серы.

К этой группе относятся:

Высокопрочными называют стали с временным сопротивлением более 1500 МПа. Современными направлениями достижения высокопрочного состояния без снижения работоспособности конструкций явля­ются такие методы упрочняющей обработки стали, как термо­механическая обработка, и использование таких новых высоко­прочных материалов, как мартенситностареющие стали (МСС) и ПНП-стали — (ПНП — пластичность, наведенная превраще­нием).

Источник

Учебные материалы

Улучшаемыми сталями называют среднеуглеродистые конструкционные стали, содержащие (0,3…0,5) % С, подвергаемые закалке от температуры 820…880 0 С и последующему высокотемпературному отпуску при 550…680 0 С. После такой термической обработки стали приобретают структуру сорбита, хорошо воспринимающую ударные нагрузки.

Хромистые стали

Для средненагруженных деталей небольших размеров применяют хромистые стали марок 30Х, 38Х, 40Х, 50Х. С увеличением содержания углерода возрастает прочность, но снижается пластичность и вязкость.

Прокаливаемость сталей невелика и для ее увеличения легируется бором (0,002…0,005%). Критический диаметр стали 35ХР при закалке в воде составляет 30…45 мм, а в масле 20…30 мм.

Введение 0,1…0,2 % ванадия (40ХФА) 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. Значение механических свойств некоторых улучшаемых сталей после термообработки приведены в таблице 10.

Хромомарганцевые стали

Совместное легирование сталей хромом (0,9…1,2 %) и марганцем (0,9…1,2 %) позволяет получить достаточно высокую прочность и прокаливаемость (например, 40ХГ), однако они имеют пониженную вязкость, пониженный порог хладноломкости (от 20 0 С до минус 60 0 С). Введение титана снижает склонность к перегреву, а добавление бора увеличивает прокаливаемость.

Таблица 10 — Механические свойства некоторых легированных улучшаемых сталей

Марка
стали
Прокаливается диаметр, мм sigmaв,
МПа
sigma0,2,
МПа
d,
%
y,
%
KCU,
МДж/м 2
30X
40X
40XФА
40ХГТР
30ХГС
40ХН
30ХН3А
40ХН2МА
36Х2Н2МФА
38ХН3МФА
25-35
25-35
25-35
50-75
50-75
50-75
75-100
75-100
более 100
более100
900
1000
900
1000
1100
1000
1000
1100
1200
1200
700
800
750
800
850
800
800
950
1100
1100
12
10
10
11
10
11
10
12
12
12
45
45
50
45
45
45
50
50
50
50
0,7
0,6
0,9
0,8
0,4
0,7
0,8
0,8
0,8
0,8

Хромокремнемарганцевые стали

Они обладают высокой прокаливаемостью и механическими свойствами. К ним относятся стали марок 20ХГС, 25ХГС, 30ХГС. Стали хромансил применяют в виде листов и труб для ответственных сварных конструкций. При введении дополнительно никеля 1,4…1,8 % (30ХГНА) прочность стали повышается: s igma в =1650 МПа, sigma 0,2 = 1400 МПа.

Читайте также:  Лоток неперфорированный горячеоцинк сталь погруж после изготовления 50х100х3000

Хромоникелевые стали

Обладают высокой прокаливаемостью, прочностью, хорошей вязкостью. Применяются для изготовления крупных изделий сложной конфигурации, работающих при вибрационных и динамических нагрузках. Никель, особенно в сочетании с молибденом, сильно снижает порог хладноломкости. Чем выше содержание никеля, тем ниже допустимая температура применения стали и выше ее сопротивления хрупкому разрушению. Рекомендуется вводить до 3 % Ni. При большем содержании получается много остаточного аустенита. Для тяжелонагруженных деталей с диаметром сечения до 70 мм используют стали марок 40ХН, 45ХН, 50ХН.

Хромоникелемолибденованадиевые стали

Кроме молибдена, добавляют ванадий, который способствует получению мелкозернистой структуры. Стали марок 38ХН3МФ и 36Х2Н2МФА применяют для деталей больших сечений (1000…1500 мм и более). В сердцевине после закалки образуется бейнит, а после отпуска — сорбит. Стали обладают высокой прочностью, пластичностью и вязкостью, низким порогом хладноломкости. Молибден, присутствующий в стали, повышает ее теплостойкость. Эти стали можно использовать при температурах 400…450 0 С при изготовлении наиболее ответственных деталей турбин, компрессоров, для которых требуется материал особой прочности в крупных сечениях (поковки валов и цельнокованных роторов турбин, валы высоконапряженных турбовоздуходувных машин, детали редукторов и т.д.).

Уважаемые студенты!
Специалисты нашего сайта готовы оказать помощь в учёбе по разным предметам:
✔ Решение задач
✔ Выполнение учебных работ
✔ Помощь на экзаменах

Источник

Улучшаемые стали

Улучшаемыми сталями называют среднеуглеродистые конструкционные стали (0,3—0,5 % С), подвергаемые закалке и последующему высокотемпературному отпуску. После такой термической обработки стали приобретают структуру сорбита, хорошо воспринимающую ударные нагрузки.

Углеродистые улучшаемые стали (стали 35, 40, 45 и 50) обладают небольшой прокаливаемостью (до 10 мм), поэтому механические свойства с увеличением сечения изделия понижаются. Для мелких деталей после термической обработки получаютσв = 600…700 МПа и KCU = 0,4…0,5 МДж/м 2 . Если от деталей требуется более высокая поверхностная твердость (шпиндели, валы, оси и т. д.), то после закалки их подвергают отпуску на твердость HRC 40—50. Для получения высокой поверхностной твердости используют закалку ТВЧ (шестерни, коленчатые валы, поршневые пальцы и т. д.).

Для получения высоких механических свойств в деталях сечением более 25—30 мм применяют легированные стали, которые обладают большей прокаливаемостью, более мелким зерном, их критическая скорость закалки меньше, следовательно, меньше закалочные напряжения, выше устойчивость против отпуска.

Отсюда их основное преимущество перед углеродистыми конструкционными сталями — лучший комплекс механических свойств: выше прочность при сохранении достаточной вязкости и пластичности, ниже порог хладноломкости.

Большинство легированных конструкционных сталей относится к перлитному классу.

При создании легированных сталей всегда учитывают стоимость легирующего элемента и его дефицитность.

Основным легирующим элементом в конструкционных сталях является хром, содержание которого обычно составляет 0,8— 1,1 %; марганца в сталях до 1,5 %; кремния 0,9—1,2 %; молибдена 0,15—0,45 %; никеля 1—4,5 %. Общая сумма легирующих элементов не превышает 3—5 %.

Все перечисленные элементы, кроме никеля, увеличивая прочность стали, понижают ее пластичность и вязкость. Никель является исключением — он оказывает особенно положительное влияние на свойства стали, увеличивая ее прочность, не понижая пластичность и вязкость. Кроме того, никель понижает порог хладноломкости. Поэтому стали, содержащие никель, особенно ценны как конструкционный материал.

Читайте также:  Достоинства углеродистых инструментальных сталей

Кроме названных элементов, в конструкционные стали для деталей машин вводят около 0,1 % V, Ti, Nb, Zr для измельчения зерна. Введение 0,002—0,003% В увеличивает прокаливаемость.

Улучшаемые стали можно условно разделить на несколько групп.

Широко применяют стали, легированные хромом, особенно стали марок40Х, 45Х.Для увеличения прокаливаемости в них иногда добавляют бор (сталь40ХР). Увеличение прокаливаемости (в сечении до 40 мм) достигается и добавлением в хромистыестали около 1 % Мп: 30ХГ, 40ХГ, 40ХГР и др. Для уменьшения склонности хромистых сталей к отпускной хрупкости II рода вводят 0,15—0,25 % Мо.

Хромомарганцевые стали20ХГС, 25ХГС, ЗОХГС,называемыехромансиль,легированы хромом, кремнием и марганцем, т. е. не содержат дефицитных легирующих элементов. Эти стали обладают хорошей свариваемостью и прочностью, например, сталь30ХГСпосле термической обработки имеетσв= 1650 МПа при KCU = 0,4 МДж/м2. Недостаток этих сталей — склонность к отпускной хрупкости II рода и к обезуглероживанию поверхности при нагреве.

Чем больше размер детали, сложнее ее конфигурация, выше напряжения, возникающие в ней в процессе работы, тем с большим количеством никеля применяют сталь для ееизготовления:40ХНМ, 30ХН2МФ, 38ХНЗМФи т. д.

Молибден и вольфрам вводят в состав сталей также для уменьшения склонности к отпускной хрупкости. На рис. 152 приведена диаграмма, позволяющая выбрать нужную марку стали, в зависимости от заданных прочности и размеров сечения.

20 40 60 80 100 120

А, мм

Рис. 152. Диаграмма для выбо­ра марок конструкционной ста­ли в зависимости от заданной прочности и размеров сечения

а детали (С. М. Баранов):

Источник

Основные марки улучшаемых конструкционных сталей

Улучшаемые конструкционные стали

Термин «улучшаемые» сформировался от способа термической обработки – «улучшение». Это значит, что свойства этих сталей (прочность, ударную вязкость, усталостную прочность) можно варьировать (улучшать) в широких пределах термической обработкой, заключающейся в закалке и последующем высокомили среднем отпуске.

Это, как правило, среднеуглеродистые (0,25-0,6% С), малолегированные (£ 3% легирующих элементов в сумме) или среднелегированные (3-10 % легирующих элементов) стали (табл. 1).

I углеродистые стали ГОСТ 1050-74 II малолегированные стали ГОСТ 4543-71 III среднелегированные стали ГОСТ 4543-71
30, 35 30Г, 50Г, 60Г, 65Г 38ХН3А
40, 45 30Х, 40Х 38Х2МЮА
50, 55 30ХМ, 40ХМ 40ХН2МА
60, 65 50Г2, 50ХФА 38ХН3МФА
30ХГСА, 40ХМФА 45ХН2МФА

Улучшаемые стали в конструкциях должны обеспечивать необходимые показатели прочности (sв – предел прочности; s0.2 – предел текучести), пластичности (d% — относительное удлинение; Y% — поперечное сужение), усталостной прочности — s -1 ; ударной вязкости – КСU; твердости НВ, НRс по всему сечению детали.

Основными принципами при выборе марки улучшаемой конструкционной стали являются следующие показатели:

1. Наличие концентраторов напряжений, динамических нагрузок и пониженных температур определяет необходимость легирования элементами, снижающими температуру перехода в хрупкое состояние, например, никелем.

2. Выбор марки стали (степени легированности) определяется размером термически обрабатываемых заготовок (прокаливаемостью).

3. Уровень требуемой прочности достигается термической обработкой.

Основным параметром, по которому выбирается марка улучшаемой стали является прокаливаемость (критический диаметр), так как механические свойства в случае прокаливаемости у сталей разных марок этой группы отличаются незначительно.

Стали этой группы подвергают обычно (улучшению) закалке в масле и высокому отпуску (600 °C).

Читайте также:  Результатом берлинского кризиса стали следующие события бомбардировка дрездена

На рис. 2 представлена схема микроструктуры стали 40Х, после отжига и после улучшения.

Рис. 2. Схема микроструктуры стали 40Х

а) после отжига, б) после закалки и высокого отпуска

Стали, подвергаемые термическому улучшению, широко применяют для изготовления различных деталей, работающих в сложных напряженных условиях (при действии разнообразных нагрузок, в том числе переменных и динамических). Стали, приобретают структуру сорбита, хорошо воспринимающую ударные нагрузки. Важное значение имеет сопротивление хрупкому разрушению.

Улучшению подвергаются среднеуглеродистые стали с содержанием углерода 0,30-0,50 %.

Улучшаемые углеродистые стали 35, 40, 45 дешевы, из них изготавливают детали, испытывающие небольшие напряжения (сталь 35), и детали, требующие повышенной прочности (стали 40, 45). Но термическое улучшение этих сталей обеспечивает высокий комплекс механических свойств только в деталях небольшого сечения, так как стали обладают низкой прокаливаемостью. Стали этой группы можно использовать и в нормализованном состоянии.

Детали, требующие высокой поверхностной твердости при вязкой сердцевине (зубчатые колеса, валы, оси, втулки), подвергаются поверхностной закалке токами высокой частоты. Для снятия напряжений проводят низкий отпуск.

2.3. Влияние элементов на полиморфизм железа

Все элементы, которые растворяются в железе, влияют на температурный интервал существование его аллотропических модификаций (А3= 911 o С, А4=1392 o С).

В зависимости от расположения элементов в периодической системе и строения кристаллической решетки легирующего элемента возможны варианты взаимодействия легирующего элемента с железом. Им соответствуют и типы диаграмм состояния сплавов системы железо – легирующий элемент (рис. 3).

Большинство элементов или повышают А4 и снижают А3, расширяя существовавшие g–модификации (рис. 3. а), или снижают А4 и повышают А3, сужая область существования g–модификации (рис. 3. б).

Рис. 3 Схематические диаграммы состояния Fe – легирующий элемент. а – для элементов, расширяющих область существования –модификации; б – для элементов, сужающих область существования –модификации

Большинство элементов образуют с железом твердые растворы замещения. Они растворяются в железе и влияют на положение точек А3 и А4, определяющих температурную область существования a и g железа.

Если легирующие элементы имеют решетку ОЦК, то они ¯А4, ­ А3, ГЦК ­А4, ¯А3.

По характеру влияние на полиморфные превращения легирующие элементы можно разделить на две группы:

1 группа — элементы (Cr, W, Mo, V, Si, Al и др. имеющих ОЦК решетку), достаточное содержание которых обеспечивает существование в сталях при всех температурах легированного феррита.Такие сплавы называют Ферритными.

Они понижают А4 и повышают А3, следовательно при определенной концентрации (точка У) А1 и А3 сливаются и область g фазы замыкается. При содержании легирующего элемента больше У сплавы состоят из твердого раствора легирующего элемента в a — железе.

2 группа — элементы (Ni, Mn и др. имеющих ГЦК решетку), стабилизирующие при достаточной концентрации легированный аустенит при всех температурах. Такие сплавы называют Аустенитными. Сплавы, только частично претерпевающие превращение g—>a, называются, соответственно, полуаустенитнымиили полуферритными.группа (расширяющих область) Ni и Mn, которые понижают t (температуру) точки А3 и повышают А4. Расширяется на диаграмме gфаза и сужается a — фаза (рис. 3.а.).

Аустенитные и ферритные сплавы не имеют превращений при нагреве и охлаждении.

Источник