Высокопрочные стали

К высокопрочным сталям относятся стали, временное сопротивление которых s_в ³ 1600 МПа. Стали с s_0,2 ³ 2000 МПа называют сверхвысокопрочными.

Высокопрочные стали применяют в изделиях, для которых важно уменьшение массы при сохранении высокой прочности: высокопрочные болты и крепежные изделия, стальные тросы, высокоскоростные роторы, валы и многие другие детали машин и механизмов. Высокопрочные стали используют в космической, ракетной, авиационной технике, а также в ряде отраслей приборостроения.

Получение сталей высокой прочности неизбежно ведет к понижению характеристик пластичности и, прежде всего, сопротивления хрупкому разрушению. Поэтому надежность стали в конструкции (изделии) может быть охарактеризована конструктивной прочностью – комплексом механических свойств, находящихся в корреляции с эксплуатационными условиями работы изделий. Для большинства конструкционных высокопрочных сталей такими параметрами конструктивной прочности являются: предел текучести (s_0,2) и параметр вязкости разрушения (трещиноустойчивости) – К_IC.

Высокопрочные стали при необходимой прочности должны иметь достаточные пластичность, сопротивление динамическим нагрузкам, ударную вязкость, усталостную прочность, а для ряда изделий и хорошую свариваемость.

В высокопрочном состоянии изделия крайне чувствительны к различным концентраторам напряжений как внешним (выточки, острые переходы, отверстия с малым радиусом и т.д.), так и к внутренним (неметаллические включения), поэтому большое значение имеет чистота стали по неметаллическим включениям.

При выплавке высокопрочных сталей применяют чистые шихтовые материалы, специальные методы выплавки, повышающие чистоту стали по неметаллическим включениям, газам и вредным примесям, такие как электрошлаковый переплав, вакуумные способы плавки и др., которые повышают пластичность стали.

Получение высокопрочного состояния связано с получением метастабильной структуры с высоким уровнем микроискажений, высокой плотностью дефектов кристаллического строения и повышенной склонностью к протеканию диффузионных процессов. Это необходимо учитывать при осуществлении технологических операций на изделиях из высокопрочных сталей, при которых возможно насыщение детали водородом (например, электролитическое травление)и появление водородной хрупкости.

При временном сопротивлении более 1600 МПа появляется склонность к замедленному разрушению образцов с трещиной. Повышение содержания углерода резко увеличивает склонность высокопрочных сталей к замедленному разрушению при контакте с водой. Также высокопрочные стали склонны к хрупкости при контакте с расплавленными легкоплавкими металлами.

Способы получения высокопрочных сталей:

- закалка на мартенсит с низким отпуском (300 – 350 ^оС) и вторичное твердение в интервале температур 500 – 650 ^оС.

- термомеханическая обработка;

- волочение сталей со структурой тонкопластинчатой феррито – карбидной смеси;

- получение сталей со структурой сверхмелкого зерна и др.

К высокопрочным сталям относятся пружинные, большинство мартенситно – стареющих, а также стали со структурой метастабильного аустенита.