Северная Торговая Компания

Украина, г.Чернигов, пр-т Мира 74/1
м/т 067-64-63-882
т/ф 0462-65-15-44
e-mail: stk-electro@yandex.ru

Конструкционные стали.

Свое название улучшаемые конструкционные стали получили из-за того, что они подвергаются термообработке – улучшению, состоящей из закалки с высокотемпературным отпуском. В результате улучшения получается высокий комплекс механических характеристик с хорошей комбинацией прочности и пластичности. Улучшаемые конструкционные стали должны отличаться не только высокой прочностью, определяемой на гладких образцах, но и высокой конструктивной прочностью. Чаще всего в производстве используют такие конструкционные улучшаемые стали: сталь 35, сталь 40, сталь C45W3(1.1730) –аналог стали 45, сталь 40Х, сталь 45Х, сталь 40ХН, сталь 40ХНМА. Обработка металла

Конструктивная прочность.

Определить конструктивную прочность можно во время испытания образцов, имеющих надрез и образцов, имеющих надрез при перекосе 4 и 8о, т.е. расхождение оси образца с направленностью растягивающих усилий.

Растяжение образца по оси влечет равноценное распределение напряжений по сечению (рис. 1 а). Надрез дает симметричное скопление напряжений (рис. 1 б); перекос создает асимметрию концентраций напряжений с увеличением максимума (рис. 1 в).

Рис. 1 Эпюры напряжений при осевом растяжении:

а - для гладкого образца;

б - для образца с надрезом;

в - для образца с надрезом и перекосом (пунктиром обозначена ось образцов, а стрелками - направление действия растягивающих усилий).

В действительности характерны случаи скопления напряжений при переходе от толстого сечения к тонкому (например: в местах выточек, галтелей, отверстий); в то же время присутствует несимметричное прикладывание нагрузки. Следовательно, восприимчивость к надрезу является важным свойством конструктивной прочности стали.

Улучшение конструкционных сталей.

Добиваются повышения пластичности и конструктивной прочности закаленной стали высокотемпературным отпуском. Так из рис. 2 видно, что при увеличении продолжительности отпуска предел прочности при осевом растяжении гладких и надрезанных образцов понемногу снижается (кривые 1 и 2), а для примера с надрезом и перекосом беспрестанно увеличивается (кривая 3).

Конструктивная прочность после высокотемпературного отпуска очень высока. Целью легирования конструкционных улучшаемых сталей является рост конструктивной прочности и однородности структуры и характеристик по сечению деталей. Такая однородность приобретается при увеличении прокаливаемости, дающей возможность получить однородную закаленную, а затем и высокоотпущенную структуру по всей величине детали. В зависимости от условий нагружения и прокаливаемости конструкционные улучшаемые стали могут быть разбиты на три группы:

№ группы

Условия наружения

Марки стали

Прокаливаемость в мм

Механические свойства

1

Детали,  работающие при малых нагрузках

Сталь 40
Сталь 45
Сталь 50

10

60-70

40-60

40-50

4-5

2

Среднезагруженные детали

Сталь 40Х
Сталь 40Г

20

80-90

70-80

45-55

8-10

3

Детали, работающие при наибольших нагрузках

Сталь 30ХГСА
Сталь 40ХНМА
Сталь 18Х2Н4ВА

30
80
120

10-120

90-110

40-50

10-12

Исходя из данных таблицы, видно, что вместе с возрастанием степени легирования существенно увеличивается совокупность механических свойств и прокаливаемость стали, а значит и возможность использования стали для крупных сечений, эксплуатирующийся при наибольших нагрузках.

Термическая обработка улучшаемых сталей происходит при нагреве до 820-880оС (зависит от состава) с дальнейшим охлаждением в масле (исключая довольно большие детали из углеродистой стали, которые закаливаются в воде). Интервал по температуре отпуска для различных марок стали колеблется от 500 до 650оС.

Отпускная хрупкость.

Одним из наиболее опасных недостатков большинства конструкционных сталей является отпускная хрупкость. Проявляется которая в том, что в интервалах температур отпуска около 300 и 450-650оС отмечаются «провалы» ударной вязкости. Отпускная хрупкость I рода (около 300 оС) идентична температурам распада остаточного аустенита при отпуске.

Она происходит вне зависимости от скорости дальнейшего охлаждения и имеет название «необратимой» отпускной хрупкости. Отпускная способность I I рода образовывается после медленного охлаждения с печью из отпускного интервала 450-650оС и не появляется после быстрого охлаждения в масле.

Быстрое охлаждение дает возможность сохранить углерод, фосфор, азот и другие составляющие в твердом растворе, именно поэтому падения ударной вязкости не наблюдается. Однако даже самое быстрое охлаждение громоздких деталей, не позволит достаточно скоро охладить внутренние части, в которых может образоваться отпускная хрупкость.

Чтобы избежать подобного, в состав добавляют вольфрам и молибден до 1%. Ниже приведена таблица наиболее распространенных конструкционных улучшаемых сталей, в которой описан их состав:

Марка стали

Химический состав в %

C

Si

Mn

Cr

Ni

Прочие элементы

Сталь 35
Сталь 40
Сталь 45
Сталь 40Х
Сталь 45Х
Сталь 40ХН
Сталь 40ХНМА

0,32-0,40
0,37-0,45
0,42-0,50
0,36-0,44
0,41-0,49
0,36-0,44
0,37-0,44

0,17-0,37
0,17-0,37
0,17-0,37
0,17-0,37
0,17-0,37
0,17-0,37
0,17-0,37

0,50-0,80
0,50-0,80
0,50-0,80
0,50-0,80
0,50-0,80
0,50-0,80
0,50-0,80

≤0,25
≤0,25
≤0,25
0,80-1,10
0,80-1,10
0,45-0,75
0,60-0,90

≤0,25
≤0,25
≤0,25
-
-
1,00-1,40
1,25-1,65

-
-
-
-
-
-
0,15-0,25Мо