Высокопрочные легированные стали

Стали с пределом прочности 140—200 кгс/мм² и более на­зывают высокопрочными. Эти стали отличаются повышенной чувствительностью к нагрузкам и склонностью к хрупкому разрушению. Для обеспечения надежной работы и использо­вания высокой прочности такие стали должны иметь доста­точный запас пластичности и вязкости. Необходимо избегать конструктивных концентраторов напряжений.

Высокопрочное состояние в сочетании с высоким сопро­тивлением хрупкому разрушению может быть получено при использовании:

— среднеуглеродистых комплекснолегированных сталей после низкого отпуска при ТМО;

— мартенситностареющих сталей. Среднеуглеродистые комплекснолегированные низкоотпущенные стали. После закалки и низкого отпуска уровень про­чности стали определяется содержанием углерода и практиче­ски не зависит от присутствия легирующих элементов. Увели­чение от 0,2 до 0,6 % С повышает предел прочности со 120 до 280 кгс/мм², при этом сопротивление хрупкому разрушению уменьшается. В связи с этим содержание углерода ограничи­вают 0,35—0,4 %, а предел прочности — 180—200 кг/мм².

Снижение чувствительности к подрезам достигается леги­рованием никелем в сочетании с другими элементами.

К распространенным высокопрочным сталям относятся стали ЗОХГСНА, 40ХГСНЗВА, 30Х2ГСНЗВМ. Они применя­ются в самолетостроении: для изготовления силовых сварных конструкций деталей фюзеляжей, шасси. Для достижения предела прочности 165 кгс /мм² стали подвергают изотерми­ческой закалке, поскольку по сравнению с низкоотпущенным состоянием она обеспечивает меньшую чувствительность к надрезам и более высокое сопротивление разрушению.

Si, Mo, W, V вводят в связи с тем, что эти элементы за­трудняют разупрочнение при отпуске, позволяют несколько снизить содержание углерода. Карбидообразующие элементы необходимы также для получения мелкого зерна, обязатель­ного для высокопрочных сталей. Хром и марганец вводят для обеспечения нужной прокаливаемое.

ТМО применительно к среднеуглеродистым легированным сталям ЗОХГСА, 40ХН, 40ХНМА, 38ХНЗМА и других марок обеспечивает высокую прочность (а_в = 200—280 кгс/мм²) при достаточном запасе пластичности и вязкости. Повышение прочности при ТМО связано с тем, что деформация вызывает в аустените измельчение блоков, создает высокую плотность дислокаций, образующих устойчивую ячеистую структуру, которая наследуется при мартенситной закалке.

Мартпенситностпареющие стали. Это класс высокопроч­ных материалов, превосходящих по конструктивной прочнос­ти и технологичности рассмотренные выше среднсуглсродис-тые стали.

Их основа — безуглеродистые (С = 0,03 %) сплавы железа с 8—25 % Ni, легированные Со, Mo, Ti, Al, Cr и другими эле­ментами (табл. 14.3).

Таблица 14.3

Химический состав и механические свойства мартенситностареющих сталей

Марка стали	Содер­жание легирую­щих эле­ментов, %	Механические свойства
		кгс/мм2	кгс/мм2		, %	кгс м/ /см2	кгс м/ /см2	кгс/ /мм2	кгс/ мм2
Н18К9М5Т Н12К15М10 Н10Х11М2Т	18 Ni; 9 Со; 5 Мо; 0,9 Ti 12 Ni; 15 Со; 10 Мо 10 Ni; 11 Cr; 2 Мо; 0,9 Ti; 0,2 Al	210 250 160	190 240 • 155	8 6 8	50 30 50	5 3 5	2 2,1	230 210	65

Высокая прочность таких сталей достигается совмещени­ем двух механизмов упрочнения — мартенситного превраще­ния и старения мартенсита. Небольшой вклад вносит также легирование твердого раствора.

Никель стабилизирует γ-твердый раствор, существенно снижая температуру у —> а-превращения, которое даже при невысоких скоростях охлаждения протекает по мартенситно-му механизму.

Мартенситностареющие стали закаливают при 800—860 °С на воздухе.

Основное упрочнение достигается при старении 450— 500 °С, когда из мартенсита выделяются мелкодисперсные частицы вторичных фаз (Ni₃Ti, NiAl, Fe₂Mo и др.), связан­ные с матрицей.

Для мартенситностареющих сталей характерны высокий предел текучести и низкий порог хладноломкости. Другим важ­ным свойством сталей этого класса является высокая техно­логичность. Они обладают неограниченной прокаливаемостью, хорошо свариваются, до старения легко деформируются и об­рабатываются резанием. При термообработке практически не происходит коробления и исключено обезуглероживание. Стали мартенситностареющего класса, несмотря на высокую сто­имость, находят все более широкое применение. Их использу­ют для изготовления наиболее ответственных деталей в ави­ации, ракетной технике, судостроении, приборостроении.