Сужающие γ – область -хром, ванадий, вольфрам, молибден, кремний, титан - и сталь вплоть до температур плавления остается ферритной.

Карбидообразующие л.э. – это Cr W V Mo Ti и др. – они могут растворяться в цементите (Fе Ме)3С или образовывать самостоятельные карбиды Cr 23С6, VС, TiС… Карбиды л.э. имеют более высокую твердость, чем карбид железаFе 3С .

ЦЕМЕНТУЕМЫЕ СТАЛИ

К этому типу относятся низко- и среднелегированные стали с содержанием углерода до

0,25% , также углеродистые (до 0,25% углерода).

Примеры: сталь15, 20, 25, 15Г , 20Г, 20Х, 15Х, 12ХН3А, 18ХГТ, 18Х2Н4МА…

После цементации и последующей закалки с низким отпуском достигается высокая поверхностная твердость и прочность при мягкой вязкой сердцевине.

Применяется для деталей работающих на износ(высокая твердость поверхности), испытывающих ударные и переменные нагрузки (вязкая сердцевина): кулачки, шестерни, поршневые кольца…

УЛУЧШАЕМЫЕ СТАЛИ

Это средне- и низколегированные стали с содержанием углерода 0,3 – 0,5 %, а также углеродистые с таким же интервалом по углероду. Их подвергают улучшению - закалка + высокий отпуск

(500-600^оС, структура - сорбит). После такой обработки они обладают достаточной прочностью и высокой пластичностью и вязкостью (лучший набор свойств). Применяют для деталей, работаюших в сложных напряженных условиях ( противостоят переменным и ударным нагрузкам).

Примеры: сталь 35, 40, 45, 40Х, 40ХН, 30ХГСА, 40ХН2МА…

ВЫСОКОПРОЧНЫЕ СТАЛИ

Высокопрочными называют стали, имеющие предел прочности более 1500МПа (150кгс/мм2).

Применяются в машино-, ракето-, самолетостроении. Такой высокий уровень прочности можно получить:

1). В среднеуглеродистых легированных сталях, применяя закалку с низким отпуском. Примеры:

30ХГСН2А, 40ХГСН3ВА, 40ХН2МА…

2). А также высокая прочность может быть получена за счет термомеханической обработки. Это совмещение пластической деформации (например ковка) стали , нагретой до аустенитного состояния, с ее последующей закалкой и далее отпуск (при деформации в аустенитной области происходит измельчение аустенитного зерна и последующей закалкой фиксируется тонкоигольчатый мартенсит, что и дает выигрыш в характеристиках прочности).

3). Третий путь - это применение мартенсито-стареющих сталей .

Пример:03Н18К9М5Т, 03Н12К15М10, 04Х11Н9М2Д2ТЮ…

Это высоколегированные безуглеродистые сплавы (углерода не более 0,03%) сплавы железа с никелем (в пределах 8-25%), содержащие также кобальт, молибден, титан, алюминий, хром , медь.

При проведении закалки (охлаждение возможно на воздухе) фиксируется железоникелевый мартенсит, имеющий высокую пластичность (это объясняется тем, что это перенасыщенный твердый раствор замещения, а не внедрения, как в мартенсите углеродистых сталей). Прочность после закалки в районе 900-1100 МПа . После закалки проводят формообразующие операции – давлением, резанием (пластичность хорошая, а прочность не очень высокая). Упрочнение происходит при старении - это термообработка, заключающаяся в выдержке при температуре 480-520 ^оС, при старении происходит выделение из мартенсита мелкодисперсных интерметаллидных фаз (интер с латинского – «между», т.е. соединения металл- металл) : NiAl , Ni3Ti, Fe2Mo, Ni3Mo . После старения прочность повышается до высоких значений - 2400МПа. Механизм упрочнения объясняется торможением дислокаций мелкими интерметаллидными частицами, выделившимися из пересыщенного твердого раствора.

РЕССОРНО-ПРУЖИННЫЕ СТАЛИ

Рессорно-пружинные стали предназначены для изготовления упругих элементов, пружин, рессор. Эти стали должны обладать: высоким пределом упругости и выносливостью (многократность нагружения) при достаточной пластичности и вязкости . (Вспомним: предел упругости- это напряжение, при котором относительное остаточное удлинение составляет очень малые значения (сотые, тысячные доли %); первое требование к пружинам – высокий предел упругости, т.к. пружины должны деформироваться упруго, пластическая (остаточная )деформация не допускается.) Эти свойства достигаются после термообработки, заключающейся в закалке и последующем среднем отпуске.

В качестве рессорно-пружинных сталей применяют углеродистые стали с повышенным содержанием углерода 0,5-0,8%, а для ответственных деталей – легированные стали (углерод в тех же пределах). У легированных помимо лучших показателей прочности, прокаливаемости, выносливости (сопротивление усталости) , увеличивается релаксационная стойкость (релаксация – ослабление) . В процессе работы пружин часть упругой деформации переходит в пластическую (остаточную), поэтому пружины с течением времени теряют свои упругие свойства. Легированные стали, имея повышенную релаксационную стойкость, более надежны, следовательно применяют для более ответственных деталей.

Наружные дефекты на поверхности пружин являются концентраторами напряжений и могут стать причиной образования усталостных трещин. Поэтому поверхность пружин д.быть без загрязнений, плен,, микротрещин…

Примеры: сталь 60, 65, 70, 75, 80, 85, 60Г, 60С2ХА, 50ХФА, 60С2Н2А…

Свойства стали 60С2 после т/о (закалка с 870 ^оС в масло, отпуск - 470 ^оС ) : 42-48 НRС, σв (предел прочности) ~ 1300МПа, δ (относительное удлинение) ~ 6 %, φ (относительное сужение) ~ 25 %.

ШАРИКОПОДШИПНИКОВЫЕ СТАЛИ

Шарикоподшипниковые стали предназначены для изготовления колец, шариков, роликов подшипников . Сталь должна иметь высокие : твердость, износостойкость, сопротивляемость контактной усталости (контактная выносливость).

Этим требованиям удовлетворяют высокоуглеродистые (0,95- 1,15 % углерода) хромистые стали высокого качества, чистые по неметаллическим включениям и карбидной неоднородности.

Рис. 23 Вредное влияние неметаллических включений и карбидной неоднородности в шарикоподшипниковых сталях . Рисунок на доске.

У шарикоподшипниковых особая маркировка :ШХ4, ШХ15, ШХ15С2.

Ш- шарикоподшипниковая, Х – хромистая, цифра – содержание хрома в десятых долях процента (сравни: в обычной маркировке легированных , цифры после букв - процент легирующего элемента в целых процентах)

ШХ4 - шарикоподшипниковая хромистая сталь , содержание углерода ~ 1% (в маркировке % углерода не обозначен, но мы их обозначили как высокоуглеродистые ), хрома ~0,4 %;

ШХ15 - углерод ~ 1 %, хрома ~ 1,5 %.

Термообработка - закалка + низкий отпуск – дает структуру Мотп (мартенсит отпуска) с высокой твердостью 62-65 НRС , следовательно и износостойкость высокая.

Строительные стали, содержат малые количества углерода (0,1— 0,3%). Это объясняется тем, что детали строительных конструкций обычно соединяются сваркой. Низкое, содержание углерода обесп)ечивает хорошую свариваемость. В качестве строительных используются углеродистые стали Ст2 и Ст3, имеющие предел текучести б_0,2 = 240 МПа. В низколегированных строительных сталях при содержании около 1,5% Мn и 0,7% Si предел текучести увеличивается до 360 МПа. К этим сталям относятся 14Г2, 17ГС, I4ХГС. Дополнительное легирование небольшими количествами ванадия и ниобия (до 0,1%) повышает предел текучести до 450 МПа за счет уменьшения величины зерна. К сталям такого типа относятся 14Г2АФ, I7Г2АФБ. Приведенные стали применяют для строительных конструкций, армирования железобетона, магистральных нефтепроводов и газопроводов.

ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Инструментальные материалы подразделяются на: - материалы для режущего инструмента; для измерительного инструмента; штамповые стали ( штампы для обработки металлов давлением);

МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕТА

Основные требования к материалам для режущего инструмента:

- высокая твердость и износостойкость; достаточная прочность и вязкость; теплостойкость;

Теплостойкость –(красностойкость) – способность сохранять высокую твердость, а следовательно и и режущую способность при продолжительном нагреве.

В процессе работы инструмент нагревается до высоких температур ( чем выше скорость резания, чем тверже обрабатываемый материал, тем больше силы трения, тем выше температура нагрева режущей кромки).

Нагрев в процессе резания можно сравнить с нагревами при отпуске:

окончательная низкий средний высокий

термообработка для отпуск отпуск отпуск

инструмента ~ 200 ^оС ~ 400 ^оС ~ 600 ^оС

Закалка + низкий отпуск

Структура – Мартенсит отп. Структура – М отп. Троостит отп. Сорбит отп.

Высокие твердость и прочность Высокие твердость и прочность твердость и прочность твердость и

Низкие пластичность, вязкость Низкие пластичность, вязкость снижаются прочность еще

больше снижаются

Т.е. в процессе работы, инструмент нагреваясь теряет свою твердость, а следовательно и режущую способность (Чем выше температура отпуска, тем ниже твердость и прочность. Для инструмента после закалки проводят низкий отпуск, чтобы получить мах твердость и прочность. А если режущая кромка при работе нагреется до температур превышающих температуру низкого отпуска, то чем выше нагрев, тем меньше будет твердость инструмента). Ниже дана классификация материалов для режущего инструмента с значениями теплостойкости

УГЛЕРОДИСТЫЕ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ СТАЛИ

Содержат 0,7-1,35 % углерода. Маркируются буквой «У», далее - число обозначает содержание углерода в десятых долях процента : У7(У7А) … У13(У13А)

Пример : У7А – углеродистая инструментальная качественная сталь, 0,7 % углерода.

Инструмент ударного действия Сверла, метчики, фрезы напильники,

инструмент по дереву граверный инструмент

У7,У8 У9- У12 У13

→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→

↑ % углерода , ↑ твердость и прочность, ↓ ударная вязкость, пластичность

Для снижения твердости все инструментальные стали перед формообразующими операциями подвергают отжигу. После сфероидизирующего отжига цементит перлита приобретает зернистую форму, твердость которого меньше твердости пластинчатого перлита. Окончательная термообработка (т.е. обработка, придающая эксплуатационные свойства инструменту) заключается в закалке с низким отпуском.

Схема, поясняющая предварительную и окончательную термообработку инструмента: