Високоміцні, пружинні, шарикопідшипникові, зносостійкі й автоматні сталі Високоміцні сталі

 

 

Високоміцними називають сталі, що мають межу міцності більше 1500 Мпа, що досягається підбором хімічного складу й оптимальної термічної обробки.

Такий рівень міцності можна одержати в средньовуглецевих легованих сталях, (30ХГСН2А,40ХН2МА), застосовуючи загартування з низькою відпусткою (при температурі 200…250^oС) або ізотермічне загартування з одержанням структури нижнього бейнита.

Після ізотермічного загартування середньо леговані сталі мають трохи меншу міцність, але більшу пластичність і в'язкість. Тому вони більше надійні в роботі, чим загартовані й низько відпущені.

При високому рівні міцності загартовані й низько відпущені середньо вуглецеві сталі мають підвищену чутливість до концентраторів напруги, схильністю до тендітного руйнування, тому їх рекомендується використовувати для роботи в умовах плавного навантаження.

Легування вольфрамом, молібденом, ванадієм утрудняє розупрочнюючі процеси при температурі 200…300^oС, сприяє одержанню дрібного зерна, знижує поріг холодноламкості, підвищує опір тендітному руйнуванню.

Висока міцність може бути отримана й за рахунок термомеханічної обробки.

Стали 30ХГСА, 38ХН3МА після низькотемпературної термомеханічної обробки мають межа міцності 2800 Мпа, відносне подовження й ударна в'язкість збільшуються у два рази в порівнянні зі звичайною термічною обробкою. Це пов'язане з тим, що часткове виділення вуглецю з аустеніту при деформації полегшує рухливість дислокацій усередині кристалів мартенситу, що сприяє збільшенню пластичності.

Мартенситно-Старіючі сталі (03Н18ДО9М5Т, 04Х11Н9М2Д2ТЮ) перевершують по конструкційній міцності й технологічності середньо вуглецеві леговані сталі. Вони мають малу чутливість до надрізів, високим опором тендітному руйнуванню й низькому порогу холодноламкості при міцності близько 2000 Мпа.

Мартенситно-Старіючі сталі являють собою безвуглецеві сплави заліза з нікелем (8…25 %), додатково леговані кобальтом, молібденом, титаном, алюмінієм, хромом і іншими елементами. Завдяки високому змісту нікелю, кобальту й малої концентрації вуглецю в результаті загартування у воді або на повітрі фіксується високо пластичний, але низько міцний залізо нікелевий мартенсит, пересичений легуючими елементами. Основне зміцнення відбувається в процесі старіння при температурі 450…550^oС за рахунок виділення з мартенситної матриці когерентно з нею зв'язаних дрібнодисперсних фаз. Мартенситно-Старіючі сталі мають високу конструкційну міцність в інтервалі температур від криогенних до 500 ^oС і рекомендуються для виготовлення корпусів ракетних двигунів, стовбурів артилерійської й стрілецької зброї, корпусів підводних човнів, батискафів, високонавантажених дисків турбомашин, зубчастих коліс, шпинделів, черв'яків і т.д.

 

Пружинні сталі.

 

Пружини, ресори й інші пружні елементи є найважливішими деталями різних машин і механізмів. У роботі вони випробовують багаторазові змінні навантаження. Під дією навантаження пружини й ресори пружно деформуються, а після припинення дії навантаження відновлюють свою первісну форму й розміри. Особливістю роботи є те, що при значних статичних і ударних навантаженнях вони повинні випробовувати тільки пружну деформацію, залишкова деформація не допускається. Основні вимоги до пружинних сталей - забезпечення високих значень меж пружності, плинності, витривалості, а також необхідної пластичності й опору тендітному руйнуванню, стійкості до релаксації напруг.

Пружини працюють в області пружних деформацій, коли між діючою напругою й деформацією спостерігається пропорційність. При тривалій роботі пропорційність порушується через перехід частини енергії пружної деформації в енергію пластичної деформації. Напруги при цьому знижуються.

Мимовільне зниження напруг при постійній сумарній деформації називається релаксацією напруг.

Релаксація приводить до зниження пружності й надійності роботи пружин.

Пружини виготовляються з вуглецевих (65, 70) і легованих (60С2, 50ХГС, 60С2ХФА, 55ХГР) конструкційних сталей.

Для зміцнення пружинних вуглецевих сталей застосовують холодну пластичну деформацію за допомогою дробеструйної і гідроабразивної обробок, у процесі яких у поверхневому шарі деталей наводяться залишкові напруги стиску.

Підвищені значення межі пружності одержують після загартування із середньою відпусткою при температурі 400…480^oС.

Для сталей, використовуваних для пружин, необхідно забезпечити наскрізну прокалюваність, щоб одержати структуру троститу по всім перетині.

Пружні й міцностні властивості пружинних сталей досягаються при ізотермічному загартуванні.

Пружинні сталі легують елементами, які підвищують межа пружності - кремнієм, марганцем, хромом, вольфрамом, ванадієм, бором.

З метою підвищення утомної міцності не допускається зневуглецьовування при нагріванні під загартування й потрібне високу якість поверхні.

Пружини й інші елементи спеціального призначення виготовляють із високохромистих мартенситних (30Х13), мартенситно-старіючих (03Х12Н10Д2Т), аустенітних нержавіючих (12Х18Н10Т), аустенито-мартенситних (09Х15Н8Ю), швидкорізальних (Р18) і інших сталей і сплавів.