2.1. Теориялық бөлім

Материалдың негізгі талабы болып келесі саналады: екпінді тұтқырлық пен қажетті деңгейдегі серіппелік және беріктік.

Беріктік деңгейінің әртүрлілігіне байланысты болаттардың келесі маркалары қолданылуы мүмкін:

1.Конструкциялы көміртекті немесе жетілдірілген (нормальды) жағдайдағы легирленген болат (40, 40Х, 30Г2, 40ХГТР, 30ХГСА, 30ХН2МА).

Легирлеу принциптері:

- Si,Al, Cr, Ni, Mn, В – беріктікті жоғарылатады;

- Мо, W – жетілдірілетін болаттардың сынғыштығын жою мақсатында қолданады;

- Si, Cr – жылуға төзімділігін арттырады;

- V, Nb, Zr, Ti – карбид, нитрит және карбонитриттер түрінде құрылымды бөлшектейді, материалдың беріктігін арттырады; егер, қатты ерітіндіде орналасса – жылуға төзімділігін арттырады;

- Ni – екпінді тұтқырлықты, саңылаусыздықты және салқынға төзімділікті жоғарылатады;

- Al, Ti, Mn– тотықсыздандырғыш (металды емес қосылыстардың мөлшерін азайтады).

Жетілдірілетін болаттың қасиеттері шынықтырудан соң бұйым кесіндісінің құрылымына байланысты. Ең жоғарғы механикалық қасиеттер бастапқы мартенсітті торлы құрылыстың соң туындайды (толық шынықтыру). Толық шынықтыруды жүзеге асыру үшін, бөлшектің көлденең қимасына байланысты қажетті шынықтырудағы болат таңдалады.

Жетілдірілетін болаттардағы негізгі легирлеуші элементтер бұл, хром, марганец, никель, молибден, бор, ванадий және т.б. олардағы көміртегінің мөлшері көбінесе 0,3...0,5 % құрайды.

Жоғары температуралы шынықтыру кезіндегі температураны таңдау үшін, болаттың сынғыштық қасиетін ескеру қажет.

Егер, пайдаланудың берілген немесе анықталған температурасы нольден төмен болса, онда сәйкес салқынға төзімді болатты таңдау қажет. Төменгі температурада жұмыс жасау үшін никельмен легирленген болат пайдаланылады.

2. Бейнитке арналған изотермиялық шынықтырудан соң немесе төменгі температуралы мартенситке арналған шынықтырудан соң жоғары беріктікті орташа легирленген болат (30ХГСН2А, 35ХГСА, 40ХГСН3ВА).

Жоғары беріктікті болаттарды ( >1600 МПа, > 1400 МПа) көбінесе беріктікті сақтауда бұйымның массасын төмендету мақсатында қолданады(беріктігі жоғары болаттар, жоғарғы жылдамдықты болаттар, біліктер және т.б.). Қажетті беріктікке ие осы болаттар қажетті серпімділікке, динамикалық салмақтарға кедергілікке, екпінді тұтқырлыққа, дәнекерлеушілікке де ие болуы қажет. Жұмсарту режимі кезінде, қажетті 200...300°С-тағы сынғыштық деңгейін ескеру қажет. Бұл екпінді тұтқырлықтың төмендеуіне әкеп соқтырады. Егер, болаттың жалпы серіппелілігі өте қатты төмен болмаса, онда жіберуді 200ºС температурадан төмен жағдайда жүргізеді немесе көптеген жағдайларда, екпінді тұтқырлық деңгейінен жоғары температурада жүргізеді t >300 °С .

Жоғары беріктікті төмен түсірілген болаттың құрамындағы көміртегінің құрамы көбінемесе 0,3-0,4 % аспайды, бұл мартенситті беріктететіндіктен болады, бірақ бұл болаттың сынғыштығын жоғарылатады. Жоғары беріктікті болаттарды хроммен, молибденмен, вольфраммен, ванадиймен, кремниймен және никельмен легирлейді. Легирлеу тым артып кетпей, жеткілікті түрде жүргізілуі керек, себебі мартенситті айналымның температурасы төмендегенде, шынықтырушы кернеу мен қалдық аустениттің мөлшері артады.

Осы болаттардың кемшіліктері: әртүрлі орталардың әсеріне сезімталдығы (сутектік әлсіздік, сумен әрекеттескенде сынғыштығы және т.б.); қасиеттердің анизотропиясына бейімділігі; төмен түсірілген бұйымдарды түсіру температурасынан жоғары мәнде қыздырғанда, сол бұйым беріктігінің төмендеуі. Жоғары температурада пайдалануға болатын жоғары беріктікке ие қатты бұйымдарды жасау үшін, екінші рет қата алатын болаттарды қолданады.

3.Шынықтырудан және тозудан соң(старение) алынған жоғары беріктікті мартенситті-тозғыш болат (Н18К9М5Т, Х12Н8К5М3Т).

Мартенситті-тозғыш болат (МСС) жоғары беріктікті ( > 2000 МПа) және серіппелі, жақсы жылу және салқынға төзімділік және т.б. қасиеттердің жиынтығынан тұрады.

Осы болаттар көміртегінің 0,03 %-ын құрайды. Шынықтырудан соң, орнын басатын элементтермен қаныққан -қатты ерітіндісінің көрінісі болып табылады. Тозу кезінде интерметалидті фазалардың бөлінуімен -қатты ерітіндінің ыдырауы болады. Беріктету әсеріне байланысты легирлеуіш элементтер келесі ретпен орналастырылады: Ti, Ве, Аl, W, Мо, Си. Молибден мен кобальтты біріктіріп қосқанда, тозу кезіндегі берік болу қарқындылығы артады. Әшейін, мартенситті-тозғыш болат( МСС) никельдің 8-20 %-ын құрайды, ол сыну қасиетін төмендетеді.

Мартенситті-тозғыш болат (МСС) легирлеуі аустенит қалдықтарының мөлшерін жоғарылатады және шынықтырудан соң, аутенитті-мартенситті немесе толық аустенитті құрылымға ие болады (коррозияға төзімді мартенситті-тозғыш болат ).