Механические свойства некоторых улучшаемых сталей

Марка стали	σв, МПа	σ-1, МПа	t50 °С
30ХН2МА	1000	450	- 50
30ХГСА	1100	500	- 40
40ХН2МА	1080	520	- 40
45ХН2МФА	1370	760	- 60

Легирующие элементы улучшаемых сталей влияют также и на другие свойства, такие как:

– склонность к росту зерна при нагреве под закалку (в то время как марганец делает сталь склонной к перегреву, карбидообразующие элементы, такие как титан, ванадий, препятствуют росту зерна);

– теплостойкость (тугоплавкие элементы замедляют диффузионные процессы и повышают температуру распада мартенсита, что способствует сохранению твердости при нагреве до более высоких температур);

– склонность к отпускной хрупкости (хромистые, хромоникелевые, хромомарганцевые стали и др. склонны к отпускной хрупкости, в то время как легирование сталей молибденом или вольфрамом устраняет эту склонность.

Таблица 3.4

Критический диаметр легированных сталей

Марка стали	dкрит, мм
40Х	20 – 25
40ХМ	35 – 45
40ХМФА	80 – 100
30Х2НМФА	100 – 1000

Хромистые стали 40Х, 45Х, 50Х относятся к наиболее дешевым, однако имеют пониженную прокаливаемость (20 – 25 мм) и склонны к отпускной хрупкости.

Хромованадиевая сталь 40ХФ не склонна к росту зерна при нагреве под закалку, так как образующийся в присутствии ванадия специальный карбид VC сдерживает рост зерна. Как тугоплавкий элемент ванадий позволяет применять для получения необходимой прочности более высокий отпуск, чем для хромистых сталей. Это, в свою очередь, способствует более полному снятию остаточных напряжений и повышению предела выносливости.

Марганцовистые стали 30Г2, 35Г2, 40Г2, 45Г2, 50Г2 имеют склонность к росту зерна при нагреве под закалку. Вследствие этого их применяют для изготовления деталей, работающих с небольшими ударными нагрузками.

Хромомарганцевые стали 30ХГТ, 40ХГТ, 35ХГФ как комплекснолегированные имеют более высокую прокаливаемость (до 40 мм).

Хромокремнистые, хромокремниевомарганцевые стали 30ХС, 38ХС, 30ХГСА (хромансиль) применяются с учетом присущих им недостатков: небольшая прокаливаемость (25 – 40), сильная склонность к отпускной хрупкости. Кроме того, в присутствии кремния стали склонны к обезуглероживанию при нагреве под закалку, т.е. к выгоранию углерода из поверхностных слоев деталей.

Хромомолибденовые стали 30ХМ, 35ХМ, 30Х3МФ, 40ХМФА не склонны к отпускной хрупкости из-за наличия молибдена; присутствие ванадия обеспечивает мелкое зерно; а сочетание трех тугоплавких элементов (Cr, Mo, V) придает сталям теплостойкость. Критический диаметр хромомолибденовых сталей составляет 80 – 100 мм. Из них изготавливают особо ответственные детали.

Хромоникелевые стали 40ХН, 45ХН, 50ХН отличаются хорошей прокаливаемостью (40 – 50 мм), прочностью и вязкостью. Однако стали склонны к отпускной хрупкости.

Хромоникельмодибденовые стали 40Х2НМА, 30Х2НМФА, 38ХН3МФА, 18Х2Н4МА являются уникальным машиностроительным материалом: обладая всеми необходимыми свойствами, в том числе и высокой ударной вязкостью, они могут прокаливаться в сечениях до 100 мм.

Высокопрочные стали (σ_в ≥ 1500 МПа)

Стимулом к созданию высокопрочных сталей явилось развитие космической и авиационной промышленности, отраслей, в которых необходимо получение конструкций наименьшей массы при высокой прочности.

Высокая прочность сталей достигается специальным легированием и термообработкой, которые обеспечивают сочетание различных механизмов упрочнения.

Особенность высокопрочного состояния состоит в близости значений временного сопротивления разрыву и предела текучести, что увеличивает вероятность возникновения трещин в материале, поэтому одним из обязательных критериев выбора сталей является коэффициент вязкости разрушения К_1с .

Основные требования к высокопрочным сталям состоят в обеспечении, наряду с требуемым уровнем прочности достаточной пластичности, ударной вязкости и трещинностойкости. Таким комплексом свойств обладают стали следующих типов: мартенситно-стареющие, а также среднеуглеродистые низколегированные, упрочняемые закалкой с последующим низким отпуском или термомеханической обработкой (табл. 3.5).

Среднеуглеродистые низколегированные, упрочняемые закалкой с последующим низким отпуском (30ХГСН2А, 40ХГСН3ВА, 40ХН2СМА и др.) применяются в авиастроении – для деталей шасси, болтов, баллонов; в ракетостроении – для корпусов двигателей.

Таблица 3.5