8. Конструкционные стали. Требования, предъявляемые к конструкционным сталям. Улучшаемые стали. Требования к сталям. То, структура, свойства и примеры применения.

Конструкционная сталь, идущая на изготовление деталей ма­шин. Конструкционная сталь, как правило, у потребителя подвер­гается термической обработке. Поэтому конструкционные стали подразделяют на цементуемые (подвергаемые цементации) и улучшаемые (подвергаемые закалке и отпуску, практически не обязательно высокому).

Механические свойства стали зависят от её структуры и состава. Совместное воздействие термической обработки и легирования является эффективным способом повышения механических характеристик стали.

На механические характеристики стали влияют изменение содержания углерода, легирование, диспергирование структурных составляющих, измельчение зерна, наклёп. Упрочнение обычно ведёт к уменьшению вязкости и пластичности.

Простое увеличение углерода при феррито-перлитной структуре (нормализированное состояние) приводит к повышению прочности и порога хладноломкости. Максимальная прочность при такой структуре соответствует содержанию углерода примерно 1% С и достигает всего лишь 1000 МПа, тогда как порог хладноломкости лежит ниже 0ºС лишь при содержании углерода не более 0,4 %.

Предельное содержание углерода в термически не упрочнённой стали с ферритоперлитной структурой составляет 0,4%.

Если предъявить требование свариваемости, то содержание углерода должно быть снижено до 0,2% (во избежание образования трещин в сварном шве и его охрупчивания), прочность () при этом снизится до 350 МПа.

Повышение в результате двойной термической обработки – закалки и высокого отпуска – заставляет считать правильным название этого вида термической операции – улучшением (точнее термическим улучшением).

Высокий комплекс механических свойств свойствен продуктам отпуска мартенсита (или бейнита, поскольку нет принципиальных различий между бейнитным и изотермическим мартенситным первращением), поэтому необходимо при закалке добиваться сквозной прокаливаемости.

В зависимости от условий эксплуатации (ответственности деталей) легированные стали применяются после простейшего вида термической обработки (нормализации) или двойной термической обработки (закалки+отпуск). В зависимости от марки стали (содержание углерода, легирующих элементов) и режима термической обработки (условий закалочного охлаждения, температуры отпуска) могут быть получены разные уровни прочности, отличающиеся приблизительно в два раза.

Режим термической обработки конструкционных сталей определяется главным образом содержанием углерода.

Конструкционные стали подвергают двойной упрочняющей термической обработке – закалке + отпуску, причём среднеуглеродистые – обычно высокому отпуску (улучшению), низкоуглеродистые – низкому.

Нагрев под закалку проводят, как правило, до температуры, незначительно превышающей (на 30-50ºС) точку А_С3. У большинства марок конструкционных низкоуглеродистых сталей эта температура составляет примерно 900ºС и у среднеуглеродистых - 850ºС.

Низкоуглеродистые стали, как и углеродистые, следует закаливать в воде (и лишь при малых размерах – в масле), так как малая устойчивость переохлаждённого аустенита в районе перлитного распада (600ºС) быстрое охлаждение при закалке.

У легированных сталей мартенситная структура может быть достигнута более медленным охлаждением, чем у углеродистых, более медленное охлаждение создаёт меньшие внутренние напряжения, что является фактором, повышающим конструктивную прочность.

Закалка стали на мартенсит – это первый этап термической обработки конструкционной стали.

Отпуск – завершающая операция термической обработки конструкционной стали, окончательно формирующая её свойства.