книги / Стали и сплавы

Механические свойства в зависимости от температуры отпуска [29]

Технологические свойства [82]

Температура ковки, °С: начала 1200, конца 900. Охлаждение в колодцах при 750-800 *С.

Свариваемость —хорошая при стыковой электросварке со сталями 45 и 40Х. Обрабатываемость — /ГУТВСШ1 = 0,6 и Кубст = 0,3 резанием при НВ 212-228.

Красностойкость (ГОСТ 19265-73)

Температура, °С | Время, ч | Твердость H R C ,

_________ 620_______________ 4______________ 59

П р и м е ч а н и е . Шлифуемость - повышенная (ГОСТ 19265—73).

Сталь Р18Ф2

Вид поставки — сортовой прокат, в том числе фасонный: ГОСТ 19265—73, ГОСТ 2590-88, ГОСТ 2591-88. Калиброванный пруток ГОСТ 19265-73, ГОСТ 7417-75. Шлифованный пруток и серебрянка ГОСТ 19265-73, ГОСТ 14965-77. Полоса ГОСТ 19265-73, ГОСТ 4405-75. Поковки и кованые заготовки ГОСТ 19265-73, ГОСТ 1133-71.

Назначение - чистовые и получистовые режущие инструменты (резцы, фрезы, машинные развертки, сверла и т.д.) для обработки деталей из среднелегированных конструкционных сталей, а также некоторых марок нержавеющих сталей и жаро­ прочных сплавов.

Критические точки, °С

Технологические свойства

Температура ковки,вС: начала — 1180, конца — 850.

Для повышения твердости, износостойкости, коррозионной стойкости повер­ хностного слоя используют цианирование, азотирование, сульфидирование, обра­ ботку паром.

Раздел 3. СТАЛИ И СПЛАВЫ КОРРОЗИОННОСТОЙКИЕ, ЖАРОСТОЙКИЕ, ЖАРОПРОЧНЫЕ, ИЗНОСОСТОЙКИЕ

Общие сведения

Коррозионностойкие (нержавеющие) стали применяют для изготов­ ления деталей машин и конструктивных элементов (в основном сварных), работающих в различных агрессивных средах (влажная атмосфера, морская вода, кислоты, растворы солей, щелочей, расплавы металлов). Легирова­ ние коррозионностойких сталей преследует достижение высокой коррози­ онной стойкости в рабочей среде и обеспечение заданного комплекса фи­ зико-механических характеристик. Высокая коррозионная стойкость обес­ печивается переходом стали в пассивное состояние. Легко пассивирующи­ мися металлами являются алюминий, хром, никель, титан и др. Хром один из основных легирующих элементов коррозионностойких сталей и обычно находится в пределах от 11 до 30 %. Никель в сплавах с железом повышает коррозионную стойкость, стабилизирует аустенитную структуру и позво­ ляет создать аустенитные хромоникелевые стали с высокой коррозионной стойкостью в сильных агрессивных кислотах (соляной, серной).

Наиболее распространенные коррозионностойкие стали аустенитно­ го, аустенитно-ферритного и аустенитно-мартенситного классов имеют в своей основе различные комбинации систем Fe-Cr-Ni, Fe-Cr-Ni-M n с до­ полнительным легированием различными элементами. Для борьбы с явле­ нием межкристаллитной коррозии в аустенитных сталях следует снижать содержание углерода для исключения образования хромистых карбидов и вводить в сталь стабилизирующие добавки (титан, ниобий), которые свя­ зывают углерод в специальные карбиды TiC, NbC и исключают обеднение приграничных участков по хрому.

К жаростойким (окалиностойким) относятся стали и сплавы, облада­ ющие стойкостью против коррозионного разрушения поверхности в газо­ вых средах при температурах выше 550 °С, работающие в нагруженном или слабонагруженном состоянии.

Жаростойкость (окалиностойкость) характеризует сопротивление окис­ лению при высоких температурах. Для повышения окалиностойкости сталь легируют элементами, которые изменяют состав и строение окалины. В ре­ зультате введения в сталь необходимых количеств хрома, алюминия или кремния, обладающих ббльшим сродством к кислороду, чем железо, в про­ цессе окисления на поверхности образуются плотные оксиды на основе хрома, алюминия или кремния. Образовавшаяся тонкая пленка из этих ок­ сидов затрудняет процесс дальнейшего окисления. Чтобы обеспечить ока­ линостойкость до температуры 1100 °С в стали должно быть не менее 28 % Сг (сталь 15X28). Наилучшие результаты получаются при одновременном легировании стали хромом, кремнием и алюминием.

Жаростойкие стали и сплавы разделены на следующие группы: хро­ мистые и хромалюминиевые стали ферритного класса (15Х25Т, 15X28), хромокремнистые стали мартенситного класса (40Х10С2М), хромоникеле­ вые стали аустенитно-ферритного класса (20Х23Н13), хромоникелевые аус­ тенитные стали (10Х23Н18, 20Х25Н20С2) и сплавы на хромоникелевой основе (ХН35ВТ, ХН70Ю, ХН78Т и т.д.).

Жаропрочные стали и сплавы — это материалы, которые работают при высоких температурах в течение определенного времени в условиях сложнонапряженного состояния. Главной характеристикой, определяющей работоспособность стали и сплава, является жаропрочность.

Жаропрочность — это рпособность сталей или сплавов работать под напряжением в условиях повышенных температур без заметной остаточной деформации и разрушения. Основными характеристиками жаропрочности являются ползучесть и длительная прочность.

Явление непрерывной деформации под действием постоянного на­ пряжения называется ползучестью. Характеристикой ползучести является предел ползучести, характеризующий условное растягивающее напряже­ ние, при котором скорость или деформация ползучести за определенное время достигают заданной величины. Если допуск дается по скорости пол­ зучести, то предел ползучести обозначается ст с двумя индексами — ниж­ ний соответствует заданной скорости ползучести в %/ч, а верхний — тем­ пературе испытания. Если задается относительное удлинение, то в обозна­ чение предела ползучести вводят три индекса: один верхний соответствует температуре испытания, два нижних — деформации и времени. Для дета­ лей, работающих длительный срок (годы), предел ползучести должен ха­ рактеризоваться малой деформацией, возникающей при значительной дли­ тельности приложения нагрузки. Для турбин паровых котлов, лопаток па­ ровых турбин, работающих под давлением, допускается суммарная дефор­ мация не более 1 % за 100000 ч, в отдельных случаях допускается 5 %. У лопаток газовых турбин деформация может быть 1—2 % на 100—500 ч.

Сопротивление материала разрушению при длительном воздействии температуры оценивается длительной прочностью.

Длительная прочность — условное напряжение, под действием кото­ рого материал при данной температуре разрушается через заданный про­ межуток времени.

Жаропрочные свойства в первую очередь определяются температурой плавления основного компонента сплава, затем его легированием и, нако­ нец, режимами предшествующей термообработки, определяющими струк­ турное состояние сплавов. Основой жаропрочных сталей и сплавов являют­ ся твердые растворы или пересыщенные растворы, способные к дополни­ тельному упрочнению вследствие дисперсионного твердения.

Для кратковременной службы применяются сплавы с высокодисперс­ ным распределением второй фазы, а для длительной службы — структур­ но-стабильные сплавы. Для длительной службы следует выбирать сплав, не склонный к дисперсионному твердению.

К высоколегированным жаропрочным сплавам относятся сплавы, со­

держание железа в которых более 45 %, суммарное содержание легирующих элементов не менее 10 %, при__этом содержание одного из легирующих элементов должно быть не менее 8 %.

Самым распространенным легирующим элементом в жаропрочных сталях и сплавах является хром, который благоприятно влияет на жаро­ стойкость и жаропрочность.

Высоколегированные жаропрочные стали из-за различных систем ле­ гирования относятся к различным классам: ферритные, мартенситные

(20X13, 30X13), мартенситно-ферритные (15Х12ВН14Ф), аустенитные

(37Х12Н8Г8МФБ). Внутри класса следует различать стали с различным ти­ пом упрочнения: карбидным, интерметаллидным и смешанным (карбид- но-интерметаллидным).

Для котельных установок, работающих длительное время (10000—100000 ч) при температурах 500—580 °С, рекомендуются стали перлитного класса, введение молибдена в которые повышает температуру рекристаллизации феррита и тем самым повышает его жаропрочность.

Однако большую часть жаропрочных сталей, работающих при повы­ шенных температурах, составляют аустенитные стали на хромоникелевой и хромомарганцевой основах с различным дополнительным легированием. Эти стали подразделены на три подгруппы: гомогенные (однофазные) аусте­ нитные стали, жаропрочность которых обеспечивается в основном легированностью твердого раствора; стали с карбидным упрочнением', стали с ин­ терметаллидным упрочнением.

Жаропрочные сплавы разделены по металлу основы: сплавы на осно­ ве никеля и кобальта. Эти сплавы чаще всего подразделяют и по способу производства на деформируемые и литые. Для жаропрочных сплавов на ос­ нове железа и никеля наиболее перспективны в качестве упрочнителей твер­ дого раствора такие элементы, как молибден, ниобий, вольфрам. Положи­ тельное влияние алюминия, ниобия и титана связано с образованием уп­ рочняющих интерметаллидных фаз.

Как и аустенитные стали, сплавы на основе никеля могут быть разде­ лены на гомогенные (нихромы, инконели) и стареющие (нимоники). Необ­ ходимые свойства достигаются путем комплексного легирования, в резуль­ тате которого образуются многофазные сплавы.

Кпервой группе относятся элементы, упрочняющие твердый раствор на основе никеля (хром, кобальт, молибден, вольфрам, ванадий).

Ко второй группе элементов относятся алюминий, титан, ниобий, тантал, образующие с никелем упрочняющие интерметаллидные фазы.

Ктретьей группе относят углерод, бор, цирконий, лантан, церий, которые способствуют упрочнению границ зерен за счет сегрегаций, рафи­ нирования металла от вредных примесей и т.д.

Вследствие высокой жаропрочности сплавы на никелевой основе на­

шли широкое применение для наиболее ответственных деталей паровых и газовых турбин.

Вид поставки — сортовой прокат, в том числе фасонный: ГОСТ 5949—75, ГОСТ 2590-88, ГОСТ 2591-88. Калиброванный пруток ГОСТ 7417-75, ГОСТ 8559-75, ГОСТ 8560—78. Шлифованный пруток и серебрянка ГОСТ 14955—77. Полоса ГОСТ 4405—75, ГОСТ 103-75. Поковки и кованые заготовки ГОСТ 1133-71.

Назначение - клапаны впуска и выпуска автомобильных, тракторных и ди­ зельных двигателей, трубки рекуператоров, теплообменники, колосники, крепеж­ ные детали.

Температура критических точек, °С [81]

Химический состав, % (ГОСТ 5632-72)

77масле; отпуск при 5 0 0 - 540 °С, охл. на воздухе

Механические свойства при повышенных температурах [81]

О б р азец д и ам ет р ом 10 м м и длиной 5 0 мм, прокат а н ны й и от ож ж енны й . С корост ь деф орм ирования 1,1 м м /м ин; скорост ь деф орм ац ии 0 ,0 0 0 4 1/с

Технологические свойства [81,104]

Температура ковки, °С: начала 1200, конца 850. Сечения до 300 мм охлаждают­ ся в печах.

Свариваемость - не применяется для сварных конструкций. Флокеночувствительность - не чувствительна.

Склонность к отпускной хрупкости - склонна.

Сталь 40Х10С2М

Вид поставки - сортовой прокат, в том числе фасонный: ГОСТ 5949-75, ГОСТ 2590-88, ГОСТ 2591-88, ГОСТ 2879-88, ГОСТ 18907-73. Калиброванный пруток ГОСТ 7417—75, ГОСТ 8559-75, ГОСТ 8560-78. Шлифованный пруток и серебрянка ГОСТ 14955-69, ГОСТ 18907-73. Полоса ГОСТ 4405-75, ГОСТ 103-76. Поковки и кованые заготовки ГОСТ 1133-71.

Назначение - клапаны авиадвигателей, автомобильных и тракторных дизельных двигателей, крепежные детали двигателей. Сталь жаростойкая и жаропрочная мар­ тенситного класса обладает высокими механическими свойствами до 600 °С, одна­ ко при длительных выдержках при 500 °С и особенно при 600 °С ударная вязкость резко снижается до 150 кДж/м2

Температура критических точек, °С [81]

Химический состав, % (ГОСТ 5632-72)

Механические свойства при испытании на длительную прочность [81]

Технологические свойства [81]

Температура ковки, вС: начала 1200, конца 850. Сечения до 350 мм охлаждаются в ямах.

Свариваемость - трудносвариваемая. Способ сварки РДС, необходимы подо­ грев и последующая термообработка.

Флокеночувствительность - не чувствительна. Склонность к отпускной хрупкости - не склонна.

Заменитель - стали 12X13, 12Х18Н9Т.

Вид поставки - сортовой прокат, в том числе фасонный: ГОСТ 5949—75, ГОСТ 2590-88, ГОСТ 2591-88, ГОСТ 2879-88, ГОСТ 18968-73, ГОСТ 19442-74. Калиброванный пруток ГОСТ 8559-75, ГОСТ 8560-78, ГОСТ 7417-75. Шлифо­ ванный пруток и серебрянка ГОСТ 14955-77, ГОСТ 18907-73. Лист толстый ГОСТ 7350-77. Лист тонкий ГОСТ 5582-75. Полоса ГОСТ 4405-75, ГОСТ 103-76, ГОСТ 18968-73. Поковки и кованые заготовки ГОСТ 1133-71, ГОСТ 18968-73, ГОСТ 25054-81. Трубы ГОСТ 9941-81, ГОСТ 9940-81.

Назначение —детали с повышенной пластичностью, подвергающиеся удар­ ным нагрузкам (клапаны гидравлических прессов, предметы домашнего обихода), а также изделия, подвергающиеся действию слабоагрессивных сред (атмосферные осадки, водные растворы солей органических кислот при комнатной температуре и другие), лопатки паровых турбин, клапаны, болты и трубы. Сталь коррозионностойкая и жаростойкая ферритного класса.

Температура критических точек, °С [49]