1.4 Выбор сплавов и их характеристика

Сталь 35Л относится к среднеуглеродистым сталям, которые в литейном производстве применяют для большинства стальных отливок, т. к. литейные свойства их несколько выше, чем низкоуглеродистых сталей. Повышение содержания углерода приводит к снижению температуры плавления и увеличению интервала кристаллизации – значительно увеличивает практическую жидкотекучесть и сокращает пригар. С другой стороны, повышение содержания углерода, вселедствие увеличения усадки в жидком состоянии и вследствие понижения теплопроводности стали увеличивает объем усадочных раковин. Поэтому сталь 35Л можно рекомендовать для отливок с одинаковой небольшой толщиной стенки, не имеющих значительных термических узлов. Термическая обработка отливок – нормализация (860-880 С).

Сталь 50Л относится к высокоуглеродистым сталям, применяемым для изготовления отливок, подверженных износу без значительной ударной нагрузки. Литейные свойства стали весьма благоприятны, что позволяет использовать низкую температуру разливки. Благодаря этому опасность пригара невелика. Однако низкая теплопроводность и высокая хрупкость высокоуглеродистой стали приводит к формированию значительных термических напряжений и опасности возникновения холодных трещин. При простой конфигурации отливок в качестве термической обработки можно использовать нормализацию.

Сталь 110Г13Л (сталь Гатфильда) широко применяется при изготовлении деталей горного оборудования вследствие ее высокого сопротивления износу, наиболее высокого по сравнению с другими марками сталей. Сталь Гатфильда аустенитного класса получается после закалки с температуры 1000 – 1150 С в воде, для тонкостенных отливок на воздухе. Оптимальное соотношение марганца к углероду в стали Гатфильда равно 10. Такое содержание компонентов получается автоматически при присадке доменного ферромарганца, в котором содержится 80% марганца и 7% углерода. Фосфор также вводится в расплав ферромарганцем, содержащим его 0,3-0,4%. Удалить фосфор железисто-известковыми шлаками нельзя, поскольку одновременно будет окисляться марганец. Но влияние фосфора на снижение пластичности практически не прослеживается, т.к. в стали Гатфильда фосфор находится не по границам зерен в виде фосфидов, а внутри аустенитного зерна. Низкое содержание серы получается автоматически благодаря высокому содержанию марганца в стали. Сталь Гатфильда практически не поддается механической обработке, она обладает высоким сопротивлением износу только при ударном наклепе.

Сталь 35ХГСЛ применяется для отливок, от которых требуется повышенная износостойкость, благодаря образованию в структуре карбидов. В отличие от углеродистой стали, пластичность ее несколько выше из-за более округлой формы и мелких карбидов. Строение стали очень мелкозернистое, поскольку выпадение карбидов происходит при низких температурах. Термическая обработка – нормализация (870-890 С) и отпуск (570-600 С).

Для получения отливок высокой коррозионной стойкостью используются стали, легированные хромом. Хром, окисляющийся легче железа, образует плотную оксидную пленку, предохраняющую от дальнейшего окисления. Нержавеющая хромистая сталь должна содержать не менее 11,7% хрома в твердом растворе и феррите. Углерод в стали, образуя карбид, связывает хром. Поэтому содержание углерода в хромистой стали необходимо ограничивать. Оптимальному содержанию этих элементов соответствует сталь 15Х13Л, которая благодаря низкому содержанию углерода обладает также повышенной пластичностью. Наивысшая коррозионная стойкость стали достигается термической обработкой (отжиг при 940-960 С, закалка с 1040-1060 С, охлаждение в воде, отпуск при 740-760 С, охлаждение на воздухе) и полировкой. Для придания хромистой стали высокой жаростойкости ее легируют дополнительно кремнием. Сталь 40Х9С2Л обладает высокой жаростойкостью при температуре до 800 С, жаропрочностью до 700 С. Мартенситная структура отливок достигается без термической обработки.

Химический состав и механические свойства используемых сталей приведены в табл. 1.3-1.4.

Таблица 1.3

Химический состав используемых сталей (ГОСТ 977-88)

Марка Стали.	Химический состав,%
	C	Mn	Si	Cr	P	S	Ni
35 Л	0,32-0,40	0,5-0,8	0,2-0,52		<0,05	<0,05
50Л	0,47-0,55	0,45-0,9	0,2-0,52		<0,05	<0,05
110Г13Л	0,9-1,5	11,5-15	0,3-1	<1	<0,12	<0,05	<1
35ХГСЛ	0,3-0,4	1-1,3	0,6-0,8	0,6-0,9	<0,04	<0,04
15X13Л	<0,15	0,3-0,8	0,2-0,8	12-14	<0,025	<0,03
40Х9С2Л	0,35-0,5	0,3-0,7	2-3	8-10	<0,25	<0,3

Таблица 1.4

Механические свойства используемых сталей (ГОСТ 977-88)

	Временное сопротивление, МПа	Относительное удлинение, %	Относительное сужение, %	Ударная вязкость, кДж/м²
35 Л	491	15	25	0,343
50Л	569	11	20	0,245
110Г13Л	800	40	30	2
35ХГСЛ	628	14	25	0,14
15X13Л	540	16	45	0,5
40Х9С2Л	Не нормируются