Конструкционная сталь марки. Марки конструкционной качественной углеродистой стали. Качественная рессорно-пружинная сталь

Конструкционная сталь - легированная или углеродистая сталь, предназначенная для изготовления различных деталей, механизмов и конструкций в машиностроении и строительстве и обладающая определенными механическими, физическими и химическими свойствами. Например, ШХ15 - специализированный материал для подшипников.

По форме, размерам и предельным отклонениям металлопродукция соответствует требованиям:

• прокат круглый (круг сталь 40х) - ГОСТ 2590-88, ГОСТ 7417;
• прокат квадратный - ГОСТ 2591-88, ГОСТ 8559;
• прокат шестигранный - ГОСТ 2879-88, ГОСТ 8560;
• прутки кованые квадратные и круглые - ГОСТ 1113-88;
• полосы - ГОСТ 103-76, ГОСТ 4405;
• профили для косых шайб: ГОСТ 5157;
• со специальной отделкой поверхности - ГОСТ 14955.

Конструкционная легированная сталь

Нормативный документ: качественная конструкционная легированная сталь изготовляется согласно ГОСТ 4543-71.

Легированная сталь - сталь, в которую в процессе легирования в определенных количествах вводят специальные элементы, обеспечивающие требуемые свойства. Такие элементы называют легирующими. Они могут повышать прочность и коррозионную стойкость стали и снижать опасность ее хрупкого разрушения.

Для легирования стали используются следующие химические элементы: марганец (Mn) - Г; кремний (Si) - С; хром (Cr) - Х; никель (Ni) - Н; медь (Cu) - Д; азот (N) - А; ванадий (V) - Ф; ниобий (Nb) - Б; вольфрам (W) - В; селен (Se) - Е; кобальт (Co) - К; бериллий (Be) - Л; молибден (Mo) - М; бор (B) - Р; титан (Ti) - Т; алюминий (Al) - Ю.

Классификация конструкционной легированной стали

По отношения общей массы легирующих элементов к массе стали:

• сталь высоколегированная - более 10%;
• сталь среднелегированная - более 2,5-10%;
• сталь низколегированная - до 2,5%.

В зависимости от основных легирующих элементов:

• хромистая;
• марганцовистая;
• хромомарганцовая;
• хромокремнистая;
• хромомолибденовая;
• хромомолибденованадиевая;
• хромованадиевая;
• никельмолибденовая;
• хромоникелевая;
• хромоникелевая с бором;
• хромокремнемарганцовая;
• хромокремнемарганцовоникелевая;
• хромомарганцовоникелевая;
• хромомарганцовоникелевая с титаном и бором;
• хромоникельмолибденовая;
• хромоникельмолибденованадиевая;
• хромоникельванадиевая;
• хромоалюминиевая;
• хромоалюминиевая с молибденом;
• хромомарганцовоникелевая с молибденом;
• хромомарганцовоникелевая с молибденом и титаном.

В зависимости от хим. состава и свойств:

• качественная;
• высококачественная - А;
• особо высококачественная (сталь электрошлакового переплава) - Ш.(например ШХ15)

По видам обработки:

• прокат горячекатаный и кованый (в том числе с обточенной или ободранной поверхностью);
• калиброванный;
• со специальной отделкой поверхности.

По качеству поверхности:

• 1 группа;
• 2 группа;
• 3 группа.

По состоянию материала:

• без термической обработки;
• термически обработанный - Т;
• нагартованный - Н.

Марки конструкционной легированной стали

Марки стали: 15Х, 20Х, 30Х, 35Х, 38ХА, 40Х, 45Х, 50Г, 12ХН, 20ХН, 40ХН, 14ХГН, 19ХГН, 20ХГНМ, 30ХМ.

• 20Х - 15Х, 20ХН, 12ХН2, 18ХГТ;
• 30ХГСА - 40ХФА, 35ХМ, 40ХН, 25ХГСА, 35ХГСА;
• 40Х - 45Х, 38ХА, 40ХН, 40ХС.

Обозначение марок конструкционной легированной стали: две первые цифры указывают содержание углерода в сотых долях процента, цифры после букв указывают содержание легирующего элемента в целых единицах.

Применение конструкционной легированной стали

Марка стали	Область применения
60С2(А)	Рессоры из полосовой стали толщиной 3-16мм и пружинной ленты толщиной 0,08-3мм; витые пружины из проволоки диаметром 3-16мм.
70СЗА	Тяжелонагруженные пружины ответственного назначения. Сталь склонна к графитизации.
50ХГ(А)	Рессоры из полосовой стали толщиной 3-18мм.
50ХФА(ХГФА)	Ответственные пружины и рессоры, работающие при повышенной температуре (до 300°С), или подвергаемые многократным переменным нагрузкам.
60C2XA	Большие высоконагруженные пружины и рессоры ответственного назначения.
60C2H2A(C2BA)	Ответственные высоконагруженные пружины и рессоры из калиброванной стали и пружинной ленты.
20Х	Кулачковые муфты, втулки, шпиндели, направляющие планки, плунжеры, оправки, копиры, шлицевые валики и др.
40Х	Зубчатые колеса, шпиндели и валы в подшипниках качения, червячные валы и др.
45Х, 50Х	Зубчатые колеса, шпиндели, валы в подшипниках качения, червячные и шлицевые валы, и др. детали, работающие на средних скоростях при небольшом давлении.
38ХА	Зубчатые колеса, работающие на средних скоростях при средних давлениях.
45Г2, 50Г2	Крупные малонагруженные детали: валы, зубчатые колеса тяжелых станков и т.п.
18ХГТ	Детали, работающие на больших скоростях при высоких давлениях и нагрузках.
20ХГР	Тяжелонагруженные детали, работающие при больших скоростях и нагрузках.
15ХФ	Некрупные детали, подвергаемые цементации и закалке с низким отпуском.
40ХС	Мелкие детали высокой прочности.
40ХФА	Ответственные высокопрочные детали, подвергаемые закалке и высокому отпуску; средние и мелкие детали сложной формы, работающих в условиях износа; ответственные сварные конструкции, работающие при знакопеременных нагрузках.
35ХМ	Валы, детали турбин и крепеж, работающие при повышенной температуре.

Свариваемость: cварка конструкционных легированных сталей несколько затруднена из-за склонности к закалке околошовной зоны и образованию в ней хрупких структур (требуется специальная технология сварки).

Сталь низколегированная качественная конструкционная

Нормативный документ: качественная конструкционная низколегированная сталь изготовляется согласно ГОСТ 19281-89.

Сталь Низколегированная - легированная сталь с содержанием общей массы легирующих элементов менее 2,5% от общей массы стали.

Марки стали низколегированной

Марки стали: 09Г2, 09Г2С, 0ХСНД, 17Г1С, 16Г2АФ, 10ХНДП, 15ХНДП, 0ХСНД, 15ХСНД и т.д.

Сталь низколегированная марок 10ХНДП, 15ХНДП, 0ХСНД, 15ХСНД является атмосферно коррозионно-стойкой (АКС).

Заменители некоторых марок стали:

• 09Г2С - 09Г2, 09Г2ДТ, 09Г2Т, 10Г2С;
• 10ХСНД - 16ГАФ.

Применение стали низколегированной

Низколегированная сталь применяется для изготовления корпусов вагонов железнодорожных, метро, трамвая, несущих конструкций локомотивов, сельскохозяйственных и других полевых машин и инженерных сооружений, работающих в условиях переменных динамических нагрузок и сезонных и суточных теплосмен.

Свариваемость: сталь низколегированная сваривается без ограничений.

Углеродистая качественная конструкционная сталь

Нормативный документ: качественная конструкционная углеродистая сталь изготовляется согласно ГОСТ 1050-88, ГОСТ 1051-73.

Углеродистая сталь - сталь, не имеющая в своем составе легирующих элементов, но содержащая углерод в различной концентрации: до 0,25% - низкоуглеродистая сталь, 0,24-0,6% среднеуглеродистая сталь, более 0,6 - высокоуглеродистая сталь.

Классификация углеродистых сталей

По качеству

• обыкновенного качества;
• повышенного качества;
• качественная.

По назначению сталь обыкновенного качества:

• А - поставляется по механическим свойствам, применяется в изделиях, подвергающихся горячей обработке (сварка, ковка и др.), которая может изменить регламентируемые механические свойства;
• Б - поставляется по химическому составу, применяется для деталей, подвергающихся обработке, которая может изменить регламентируемые механические свойства, при этом их уровень кроме условий обработки определяется хим. составом;
• В - поставляется по механическим свойствам и химическому составу для деталей, подвергаемых сварке.

По степени раскисления:

• кипящая - кп;
• полуспокойная - пс;
• спокойная сталь без термической обработки - сп.

По химическому составу для качественной стали:

• I - с нормальным содержанием марганца (Mn 0,80%);
• II - с повышенным содержанием марганца (Mn 1,2%) - Г.

Марки качественной конструкционной углеродистой стали

Углеродистая сталь обыкновенного качества: Ст0, Ст1кп, Ст1пс, Ст1сп, Ст2кп, Ст2пс, Ст2сп, СтЗкп, СтЗпс, СтЗсп, СтЗГпс, СтЗГсп, Ст4кп, Ст4пс, Ст4сп, Ст5пс, Ст5сп, Ст5Гпс, Стбпс, Стбсп.

Углеродистая качественная сталь: 08, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 58, 60 - машинная сталь; А12, А20, А30 - автоматная сталь.

Обозначение марки стали: «Ст» - сталь, следующие за ней цифры - условный номер марки в зависимости от химического состава, затем указывается степень раскисления («кп», «пс», «сп»).

Заменители некоторых марок стали:

• Ст20 - Ст15, 25;
• Ст35 - Ст30, 40, 35Г;
• Ст45 - 40Х, Ст50, 50Г2.

Применение качественной конструкционной углеродистой стали

Марка стали	Область применения
08кп, 10	Детали, изготовляемые холодной штамповкой и холодной высадкой, трубки, прокладки, крепеж. Цементуемые и цианируемые детали, не требующие высокой прочности сердцевины.
15, 20	Малонагруженные детали: валики, пальцы, упоры, копиры, оси, шестерни. Тонкие детали, работающие на истирание: рычаги, крюки, траверерсы, вкладыши, болты, стяжки и др.
30, 35	Детали, испытывающие небольшие напряжения: оси, шпиндели, звездочки, тяги валы и т.п.
20к	Котельная сталь.
40, 45	Детали с повышенной прочностью: коленчатые валы, шатуны, зубчатые венцы, распределительные валы, маховики, зубчатые колеса, шпильки, храповики и др.
50, 55	Зубчатые колеса, прокатные валки, штоки, бандажи, валы, малонагруженные пружины и др.
60	Детали с высокими прочностными и упругими свойствами: прокатные валки, эксцентрики, шпиндели, пружинные кольца, пружины и диски сцепления, пружины амортизаторов.
А12, А20, А30	Неответственные детали массового производства, изготавливаемые на станках-автоматах.

Свариваемость: хорошая для котельных сталей и сталей марок Ст08-Ст35; затрудненная для стали Ст45; автоматные стали не применяются для сварки.

Теплоустойчивая качественная конструкционная сталь ГОСТ 20072-74

Нормативный документ: качественная конструкционная легированная сталь теплоустойчивая изготовляется согласно ГОСТ 20072-74.

Классификация теплоустойчивой стали

По видам обработки сталь подразделяют:

• горячекатаная;
• кованая;
• калиброванная;
• калиброванная шлифованная.

По состоянию материала:

• без термической обработки;
• термически обработанная - Т;
• нагартованная - Н (для калиброванной стали).

По назначению:

• а - для горячей обработки давлением;
• б - для холодной механической обработки (обточки, строжки, фрезерования и другой обработки по всей поверхности);
• в - для холодного волочения (подкат).

Марки теплоустойчивой конструкционной стали

Марки стали: 12МХ, 12Х1МФ, 25Х1МФ, 25Х2М1Ф, 20Х1М1В1ТР, 20Х1М1В1БР, 20Х1МФ, 18Х3МВ, 20Х3МВФ, 15×5, 15Х5М, 15ХВФ, 12Х8ВФ.

Обозначение марок стали: наименование состоит из обозначения элементов и следующих за ними цифр, указывающих среднюю массовую долю легирующего элемента в целых единицах, кроме элементов, присутствующих в стали в малых количествах. Цифры перед буквенным обозначением указывают среднюю или максимальную массовую долю углерода и стали в сотых долях процента. Сталь, полученную методом электрошлакового переплава, обозначают через тире в конце наименования марки буквой - Ш.

Применение теплоустойчивой конструкционной стали

Изготовление деталей, работающих в нагруженном состоянии при температуре до 6000С в течение длительного времени.

Свариваемость: ограниченно или трудносвариваемая.

Шарикоподшипниковая качественная конструкционная сталь ГОСТ 801-78

Нормативный документ: качественная конструкционная легированная сталь шарикоподшипниковая изготовляется согласно ГОСТ 801-78.

Классификация шарикоподшипниковой стали

По требованию к качеству поверхности и в зависимости от дальнейшей обработки:

• для холодной механической обработки - ОХ;
• для горячей обработки давлением - ОГ;
• для холодной высадки - ХВ;
• для холодной штамповки - ХШ.

По форме, размерам и предельным отклонениям:

• горячекатаный круг сталь 40х - ГОСТ 2590-88;
• горячекатаный квадрат - ГОСТ 2591-88;
• заготовка квадратная - по действующим нормативным документам;
• горячекатаная полоса - ГОСТ 103-76;
• калиброванный круг квалитета h11 с дополнительными размерами - ГОСТ 7417-75;
• круг со специальной отделкой поверхности квалитета h11 групп В и Г - ГОСТ 14955-77.

По состоянию материала:

• без термической обработки;
• термически обработанная.

Марки шарикоподшипниковой конструкционной стали

Марки стали: ШХ15, ШХ4, ШХ15 СГ, ШХ20 СГ.

Обозначение марок стали: Ш - подшипниковая, Х - легированная хромом, цифра - содержание хрома, СГ - легированная кремнием и марганцем. Например, сталь шарикоподшипниковая и рессорно-пружинная ШХ15.

Заменители некоторых марок стали:

• ШХ15 - ШХ9, ШХ12, ШХ15 СГ;
• ШХ15 СГ - ХВГ, ШХ15, ХС, ХВСГ.

Применение шарикоподшипниковой стали

Изготовление деталей, работающих под воздействием сосредоточенного и переменного напряжений, возникающих в зоне контакта шариков и роликов с беговыми дорожками колец подшипников качения. Особой популярностью пользуется ШХ15.

Свариваемость: сваривается способом КТС.

Рессорно-пружинная качественная конструкционная сталь, в т.ч. сталь ШХ15 изготавливается по ГОСТ 14959-79

Нормативный документ: качественная конструкционная рессорно-пружинная легированная или углеродистая сталь изготовляется согласно ГОСТ 14959-79.

Классификация рессорно-пружинной стали

По способу обработки проката:

• горячекатаный и кованый;
• калиброванный;
• со специальной отделкой поверхности;
• горячекатаный круг сталь 40х с обточенной или шлифованной поверхностью.

По химическому составу стали:

• качественная;
• высококачественная - А.

По нормируемым характеристикам и применению:

• 1, 1А, 1Б;
• 2, 2А, 2Б;
• 3, 3А, 3Б, 3В, 3Г;
• 4, 4А, 4Б.

Марки рессорно-пружинной качественной стали

Марки стали: 65, 70, 75, 85, 60Г, 65Г, 55С2,60С2, 60С2А, 70С3А, 55ХГР, 50ХФА, 60С2ХА, 60С2ХФА, 65С2ВА.

Заменители некоторых марок стали:

• 65Г - 70, У8А, 70Г, 60С2А,9ХС,50ХФА, 60С2, 55С2;
• 50ХФА - 60С2А, 60ХГФА, 9ХС.

Применение рессорно-пружинной стали

Работа в качестве пружин, рессор, гибких мембран, сильфонов и аналогичных деталей.

Свариваемость: рессорно-пружинная конструкционная углеродистая и конструкционная легированная сталь не применяется для сварных конструкций.

Сталь, применяемая для изготовления деталей машин , строительных конструкций и других сооружений, должна обладать высокими механическими свойствами. При этом сталь должна обладать высоким комплексом механических свойств, а не высоким значением какого-либо одного свойства. Материал, идущий на изготовление деталей, подвергающихся большим нагрузкам, должен хорошо сопротивляться таким нагрузкам и наряду с высокой прочностью обладать вязкостью, чтобы сопротивляться динамическим и сопротивляться динамическим и ударным воздействиям. Другими словами, материал должен обладать прочностью и надежностью.

В деталях, испытывающих знакопеременные нагрузки, металл должен обладать высоким сопротивлением усталости, а трущиеся детали -сопротивлением износу. Во многих случаях требуется хорошее сопротивление коррозии, ползучести и другим постоянным воздействиям. Это значит, что детали должны быть долговечными. Таким образом, детали машин должны быть изготовлены из прочного, надежного и долговечного материала.

Механические свойства стали зависят от ее структуры и состава. Совместное воздействие термической обработки и легирования является эффективным способом повышения механических характеристик стали. Возможными способами улучшения (повышения) механических характеристик стали являются: увеличение содержания углерода; легирование:, диспергирование структурных составляющих (путем понижения температуры превращения аустенита в сочетании с отпуском); измельчение зерна:, наклеп. Однако всякое упрочнение, проведенное указанными способами (кроме измельчения зерна и легирования никелем), снижает вязкость (повышает порог хладноломкости и уменьшает работу распространения трещины).

Поэтому при разработке составов конструкционных сталей и режимов их термической обработки нужно рассматривать такие способы, при которых пластические и вязкие свойства уменьшаются в минимальной степени.

Простое увеличение углерода при феррито-перлитной структуре (нормализованное состояние) приводит к повышению прочности и порога хладноломкости. Максимальная прочность при такой структуре соответствует содержанию углерода примерно 1% С и достигает всего лишь 100 кгс/мм 2 , тогда как. порог хладноломкости лежит ниже 0°С лишь при содержании углерода не более 0,4%.

Таким образом, предельное содержание углерода в термически не упрочненной стали с феррито-перлитной структурой составляет 0,4%. При этом сталь будет иметь бв =60 кгс/мм 2 .

Если предъявить требования свариваемости , то содержание углерода должно быть снижено во избежание образования трещин в сварном шве и его охрупчивания; прочность при этом снизится до 35 кгс/мм 2 .

Получение дисперсных структур в результате переохлаждения аустенита ведет к непрерывному повышению твердости и прочности : максимальную твердость (прочность) имеет мартенситная структура. При 0,4% С мартенситная структура имеет твердость около HRC 60 (НВ 650), что соответствует прочности порядка. 20-40 кгс/мм 2 . Однако вязкость в этом случае недопустимо низкая, и должна быть повышена отпуском, правда, за счет снижения прочности.

Двойная обработка, при которой окончательная структура формируется не из аустенита, а из мартенсита, т.е. применение закалки с последующим отпуском позволяет широко изменять прочностные свойства от максимальных, соответствующих закаленному состоянию до минимальных, соответствующих отожженному, и важно, что при этом пластические и вязкие свойства оказывающей более высокие, чем при одинарной обработке (продукты распада аустенита).

Такое повышение качества стали в результате двойной термической обработки - закалки и высокого отпуска - называется термическим улучшением).

Оптимальные механические свойства достигаются в результате улучшения (или изотермической закалки) , для чего аустенит должен быть при закалке переохлажден до температур образования мартенсита. В углеродистых сталях при применяемых на практике интенсивных закалочных средах (вода) сквозную закалку удается получить в сечениях до -10-15 мм.

Увеличить прокаливаемость термическими средствами (интенсификация охлаждения, выращивания зерна) нецелесообразно, так как возникает опасность получения закалочных дефектов и ухудшения вязких свойств.

Практически остается один способ углубления прокаливаемости -легирование. Было показано, что введение легирующих элементов приведет вначале к улучшению механических свойств (например, порога, хладноломкости) пока при данных условиях (размер деталей, условия охлаждения) не будет достигнута сквозная прокаливаемость, после чего дальнейшее увеличение содержания легирующего элемента приводит уже к ухудшению свойств. Режим термической обработки конструкционных сталей определяется главным образом содержанием углерода.

Рассмотрим применяемые на практике типичные режимы термической обработки для низкоуглеродистой (0,10-0,25% С) исреднеуглеродистой (0,30-0,45% С) сталей. Конструкционные стали подвергают двойной упрочняющей термической обработке - закалке + отпуску, причем среднеуглеродистые -обычно высокому отпуску (улучшению), низкоуглеродистые – низкому.

Режим закалки определяется положением критических точек и способностью аустенита к переохлаждению.

Нагрев под закалку проводят, как правило, до температур, незначительно превышающей (на 30-50°С) точку Асз.У большинства марок конструкционных низкоуглеродистых сталей эта температура находится около 900°С и у среднеуглеродистых - около 850°С. Низколегированные стали, как и углеродистые, следует закаливать в воде (и лишь при малых размерах - в масле), так как малая устойчивость переохлажденного аустенита в районе перлитного распада (около 600°С) делает необходимым быстрое охлаждение при закалке.

Увеличение содержания легирующих элементов приводит к увеличению устойчивости переохлажденного аустенита. В конструкционных сталях обычного состава содержание легирующих элементов таково, что становится возможной закалка в масле. В некоторых сталях с несколькими легирующими элементами (например, в хромовольфрамовых или хромоникельмолибденовых, сталях) перлитное превращение аустенита настолько задерживается, что охлаждением деталей больших размеров на спокойном воздухе достигается переохлаждение аустенита до температур мартенситного превращения. Рассматривая условия, которые необходимо создать для охлаждения при закалке легированных конструкционных сталей, мы должны вспомнить еще об одной особенности кинетики распада аустенита сталей, легированных карбидообразующими элементами. В этих сталях (низкоуглеродистых) скорость бейнитного превращения при 300 - 400°С оказывается существенно более высокой, чем скорость перлитного распада 500-600°С). Поэтому при закалке следует ускорять охлаждение в нижнем районе температур (при 300-400°С), чтобы избежать бейнитного превращения.

В виде общего вывода важно заметить, что у легированньк сталей мартенситная структура может быть достигнута более медленным охлаждением, чем у углеродистых; более медленное охлаждение создает меньшие внутренние напряжения, что является фактором, повышающим конструктивную прочность.

Закалка стали на мартенсит - это первый этап термической обработки конструкционной стали. Низкая пластичность, значительные внутренние напряжения не допускают применения конструкционной стали только в закаленном состоянии. Необходим отпуск, повышающий пластичность и вязкость и уменьшающий внутренние напряжения. Отпуск - завершающая операция термической обработки конструкционной стали, окончательно формирующая ее свойства.

В низкоуглеродистой стали после закалки получается достаточно пластичный мартенсит.

Отпуск при 150°С снимает (конечно, только частично) внутренние напряжения и несколько повышает пластичность. В лучших сортах низкоуглеродистых легированных сталей при такой термической обработке (закалка + отпуск при 150°С) достигается высокий комплекс механических свойств (до 130-140 кгс/мм 2 при =50-60%). Структура после такой обработки состоит из отпущенного малоуглеродистого мартенсита.

Для среднеуглеродистых конструкционных сталей, у которых после закалки получается мартенсит с большим содержанием углерода, такой отпуск недостаточен, если стремиться получить высокую вязкость.

При низком отпуске прочность будет повышенной (σ в =160-170 кгс/мм 2 , а пластичность и вязкость - низкими. Поэтому для этих сталей необходим более высокий отпуск, который обычно проводят при 550-600°С. При этой температуре происходит полный распад мартенсита с образованием зернистой высокодисперсной феррито-карбидной смеси - сорбита. Механические свойства при этом будут примерно такими же, как и при низкотемпературном отпуске малоуглеродистых сталей т.е.σ в =120-130 кгс/мм 2 , σ = 50-60.

Типичным режимом термической обработки для получения лучшего комплекса механических свойств являются: для малоуглеродистых легированных сталей - закалка с 900°С в масле с отпуском при 150° (структура отпущенного мартенсита ); для среднеуглеродистых легированных сталей - закалка с 850°С в масле с отпуском при 550-650°С (структура сорбита ). В обоих случаях механические свойства, получаются почти одинаковые. Наиболее высокую прочность получают путем ТМО. Технологическое осуществление ТМО, однако, достаточно сложно.

Влияние температуры отпуска и скорости охлаждения после отпуска на ударную вязкость легированной конструкционной стали. Для случая медленного охлаждения после отпуска кривая ударной вязкости имеет два минимума - для отпуска, при 300°С и при 550°С. Охрупчивание стали при некоторых условиях отпуска, называется отпускной хрупкостью. Понижение вязкости при этом вызвано повышением температуры перехода в хладноломкое состояние. Различаются два рода отпускной хрупкости.

Отпускная хрупкость 1 рода проявляется при отпуске около 300°С у всех сталей, независимо от их состава и скорости охлаждения после отпуска.

Отпускная хрупкости II рода обнаруживается после отпуска, выше 500°С. Характерная особенность хрупкости этого вида заключается в том, что она проявляется в результате медленного охлаждения после отпуска: при быстром охлаждении вязкость не уменьшается, а монотонно возрастает с повышением температуры отпуска Однако отпускная хрупкость П рода снова может быть вызвана новым высоким отпуском с последующим замедленным охлаждением.

Цементуемые (низкоуглеродистые) стали. Рассмотрим некоторые наиболее распространенные низкоуглеродистые стали, применяемые для изготовления цеметуемых деталей. Как уже указывалось, для этой цели применяют стали с низким содержанием углерода (0,1-0,25%) с тем, чтобы после цементации, закалки и низкого отпуска получить твердый поверхностный слой и вязкую сердцевину. Твердость поверхности после такой обработки будет около HRС 60, а сердцевины - порядка HRC 15-30.

В деталях из углеродистой стали вследствие ее слабой прокаливаемости высокую твердость получает лишь поверхностный цементованный слой, а сердцевина не упрочняется.

В легированных же сталях упрочнение сердцевины при термической обработке (закалка +низкий отпуск) будет тем более значительным; чем больше углерода и легирующих элементов они содержат.

Цементуемые стали следует разделять на три группы:

углеродистые стали с не упрочняемой сердцевиной,

низколегированные стали со слабо упрочняемой сердцевиной,

относительно высоколегированные стали с сердцевиной, сильно упрочняемой при термической обработке.

Стали последней группы называют иногда высокопрочными цементуемыми сталями. К ним следует также отнести и стали со сравнительно невысоким содержанием легирующих элементов, но с повышенным содержанием углерода (0,25-0,30%).

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 3-5%, и часто около 0,1% измельчителей зерна (ванадий, титан, ниобий, цирконий). Обычная термическая обработка таких сталей закалка, в масле и высокий отпуск (660-650°). 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 невозможны быстро охлаждать при отпуске, следует использовать стали, содержащие молибден (0,15-0,30%).

Сложные по конфигурации детали, особенно если они подвергаются ударным воздействиям, желательно изготавливать из сталей, содержащих никель. Интенсивность падения свойств при увеличении диаметра термически обрабатываемой заготовки тем меньше, чем более легирована сталь.

Строительная сталь. Строительная сталь предназначается для изготовления строительных конструкций- мостов, газо- и нефтепроводов, ферм, котлов и т.д.. Все строительные стали как правило, являются сварными, и свариваемость- одно из основных свойств строительной стали. Поэтому строительная сталь-это низкоуглеродистая сталь, с С<0,22-0,25 %. Повышение прочности достигается легированием обычно дешевыми элементами марганцем и кремнием. В этом случае и при низком содержании углерода предел текучести возрастает до 40-45 кгс/ мм 2 (предел прочности до 50-60 кгс/ мм 2), а при использовании термической обработки и выше. Простые углеродистые строительные стали-Ст1,Ст2 и СтЗ. Сталь 18Г2АФ имеет феррито-перлитную структуру, но с сильно измельченным зерном благодаря присутствию нитридов ванадия. Измельчение зерна обеспечивает повышение предела текучести примерно на 10кгс/ мм 2 . Сталь Фортивелл имеет состав: 0.2% С; 0,5% Мо; 0,003% В. Легирование молибденом и бором, замедляющими распад аустенита, приводит к получению бейнитной структуры при охлаждении на воздухе. При содержании 0,2% С бейнитная структура имеет предел текучести 45 кгс/ мм 2 при хорошей пластичности.

Арматурная сталь. Для армирования железобетонных конструкций применяют прутки (гладкие и периодического профиля) и проволоку.

В предварительно напряженной железобетонной конструкции металл испытывает значительные напряжения, и поэтому в таких конструкциях применяют высокопрочные стальные стержни или высокопрочную проволоку.

В не напряженных конструкциях применяют стали обыкновенного качества, так как сталь не испытывает больших напряжений (СтЗ, Ст5),а в предварительно напряженных конструкциях-среднеуглеродистые и высокоуглеродистые стали в горячекатанном состоянии, а также упрочненные термической обработкой. Арматурная сталь делится на классы по прочности. Арматурная сталь классов A-I, А-П и A-III применяют для ненапряженных конструкций, а арматурную сталь -более высоких классов- для предварительно напряженных конструкций. Свойства, соответствующие классу A-IV, могут быть получены в горячекатанном состоянии в легированных сталях марок 20ХГЦ или 80С или в простой углеродистой стали марки Ст5 после упрочняющей термической обработки (закалка в воде, отпуск при 400°С). Сталь 23Х2Г2Т после горячей прокатки и низкотемпературного отпуска (300°С), применяемого главным образом для удаления из металла водорода, получает свойства класса A-V. Арматуру. более высоких классов (А-VI- A-VIII) изготавливают только с применением упрочняющей термической обработки.

Для работы при низких температурах лучше применять стали с более низким содержанием углерода или стали после термической обработки.

Пружинная сталь. Работа пружин, рессор и тому подобных деталей характеризуется тем, что в них используют только упругие свойства стали. Большая суммарная величина упругой деформации пружины (рессоры и т.д.) определяется ее конструкцией- числом и диаметром витков, длинной пружины. Главное требование состоит в том, чтобы сталь имела высокий предел упругости (текучести). Это достигается закалкой с последующим отпуском при температуре в районе 300-400°С. При такой температуре отпуска предел упругости (текучести) получает наиболее высокое значение, а то, что эта температура лежит в интервале развития отпускной хрупкости I рода, в силу содержания углерода как правило, все же более низким, чем у инструментальных. Сталь 23Х2Г2Т после горячей прокатки и низкотемпературного отпуска 300°С(применяемого главным образом для удаления из металла водорода сталей)имеет приблизительно 0,5-07%С, часто с добавками марганца и кремния.Для особо ответственных пружин применяют сталь 50ХФ, содержащую хром и ванадий и обладающую наиболее высокими упругими свойствами.

Термическая обработка пружин и рессор из легированных сталей заключается в закалке от 800-850° (в зависимости от марки стали) в масле или в воде с последующим отпуском в районе 400-500°С на твердость HRC 35-45. Это соответствует б в =130-160 кгс/мм 2 .

Шарикоподшипниковая сталь. Шарикоподшипниковая сталь прежде всего должна обладать высокой твердостью, поэтому применяют высокоуглеродистые стали типа инструментальной (иногда низкоуглеродистые в цементованном состоянии). Чтобы шарикоподшипниковая сталь легко принимала закалку (т.е. имела низкую критическую скорость закалки) и в качестве закалочной среды для нее можно было бы применять масло, сталь легируют (обычно хромом). Обозначение марки.например ШХ 15 надо расшифровывать так: шарикоподшипниковая хромистая; цифра показывает примерное содержание хрома в десятых долях процента. Хром, как указывалось, вводят для обеспечения необходимой прокаливаемости. Следовательно, чем меньше размер закаливаемой детали подшипника, тем меньше может быть содержание хрома в стали.

Рекомендуется шарики и ролики диаметром до 13,5 и 10 мм изготавливать из стали ШХ9, шарики диаметром 13,5 и 22,5 мм и ролики диаметром 10-15 мм- из стали ШХ12 и, наконец, шарики диаметром 22,5 мм и ролики диаметром 15-30 мм- из стали ШХ15. Из этой же стали следует изготавливать кольца всех размеров за исключением очень крупных; ролики диаметром свыше 30 мм и кольца с толщенной стенки свыше 15 мм- из стали марки ШХ15СГ, в которую, кроме хрома, вводят легирующие элементы- кремний и марганец, увеличивающие прокаливаемость.

Термическая обработка деталей шарикоподшипника (шарики, ролики, кольца) состоит из двух основных операций закалки и отпуска. Закалку проводят в масле, температура нагрева 830-840°С с последующим отпуском при 150-160°С в течении 1-2 ч, что обеспечивает получение твердости не ниже НRС 62. Структура должна представлять собой отпущенный очень мелко игольчатый мартенсит с равномерно распределенными избыточными карбидами.

Дефекты легированных сталей. Высокие механические свойства легированных сталей обеспечили им преимущественное применение по сравнению с углеродистыми во многих отраслях специального машиностроения (авиации, автомобилестроении и т.д.). Вместе с тем в легированных сталях чаще появляются различные дефекты, встречающихся, но реже в углеродистых сталях. Часто при самом строгом соблюдении правильно установленных технологических режимов эти дефекты не поддаются полному устранению. Важнейшие из них: отпускная хрупкость, дендритная ликвация и флокены (явление отпускной хрупкости).

Дендритная ликвация. Появление дендритной ликвации обусловлено неравновесной кристаллизацией сплавов. После прокатки или ковки получаются волокна, вытянутые вдоль направления деформации.

Для уменьшения дендритной ликвации прибегают к диффузионному отжигу слитков перед прокаткой, который состоит в длительном нагреве стали при весьма высоких температурах (1000-1200°С).

Флокены. Флокены представляют собой в изломе пятна (хлопья),а в поперечном микрошлифе - трещины. Естественно, что наличие трещин вызывает снижение механических свойств. Трещины - флокены тем более опасны, чем более высокую прочность имеет сталь. Флокены можно устранить последующей ковкой (прокаткой) на меньший размер, так как при этом трещины (флокены) завариваются. Флокены редко обнаруживаются в малых сечениях (диаметром менее 25-30 мм).