8.2.4. Легированные конструкционные стали

Легированные стали широко применяют в тракторном, сельскохозяйственном машиностроении, в автомобильной промышленности, тяжелом и транспортном машиностроении и в мень­шей степени в станкостроении, инструментальной и других видах промышленности. Эти стали широко применяют для высоконагруженных металлоконструкций.

В качестве легирующих элементов чаще используют сравнительно недорогие и недефицитные элементы — марганец, кремний, хром. Стали, содержащие эти элементы, нередко добавочно легируют титаном, ванадием и бором.

Для изготовления высоконагруженных деталей стали легируют значительно более дорогими и дефицитными элементами, такими как никель, молибден, вольфрам, ниобий и др.

Стали, в которых суммарное содержание легирующих элемен­та не превышает 2,5 %, относятся к низколегированным, содержа­ние 2,5—10 % — к легированным, и более 10 % — к высоколеги­рованным (содержание железа более 45 %).

Чем выше легированность стали и меньше размеры полуфабри­ката, тем стоимость стали больше. Особенно дороги стали, содер­жащие большое количество никеля, молибдена, вольфрама и кобальта.

Наиболее широкое применение в строительстве получили низко­легированные стали, а в машиностроении — легированные стали.

В этих сталях обычно содержится 0,8—1,8 % Мn, 0,4—1,2 % Si, 0,8—2,5 (чаще 0,8—1,0 %) Сr, 1,0—4,5 % Ni, 0,15—0,4 % Мо, 0,5—1,2 % W, 0,06—0,3 % V, 0,03—0,09 % Тi, 0,002—0,005 % В.

Большинство конструкционных легированных сталей отно­сится к перлитному классу, а в равновесном состоянии - к доэвтектоидной группе. Высоколегированные стали, как правило, имеют специальное назначение (коррозионно-стойкие, жаропрочные, не­магнитные и др.) и относятся к ферритному, мартенситному, аустенитному и смешанным структурным классам.

8.2.4.1. Строительные низколегированные стали

Низколегированными строительными называются стали, содержащие не более 0,22 % С и сравнительно небольшое количество неде­фицитных легирующих элементов: до 1,8 % Мn, до 1,2 % Si, до 0,8 % Сr, а также до 0,8 % Ni, до 0,5 % Сu, до 0,15 % V, до 0,03 % Тi, до 0,15 % N и других.

К этим сталям относятся стали 09Г2, 09Г2С, 10Г2С1, 14Г2, 17ГС, 15ГФ, 15Г2СФ, 10Г2Б, 15ХСНД, 10ХНДП и многие другие. Стали в виде листов, сортового фасонного проката применяют в строительстве и машиностроении для сварных конструкций, в основном без дополнительной термической обработки.

8.2.4.2. Конструкционные (машиностроительные) цементируемые (нитроцементируемые) легированные стали

Цементацию (нитроцементацию) широко применяют для упрочнения среднеразмерных зубчатых колес, валов коробки пере­дач автомобилей, валов быстроходных станков, шпинделей и мно­гих других деталей машин.

Для изготовления деталей, упрочняемых цементацией, приме­няют низкоуглеродистые (0,15—0,25 % С) стали. Содержание легирующих элементов в сталях не должно быть слишком высоким, но должно обеспечить требуемую прокаливаемость поверхност­ного слоя и сердцевины. При этом следует иметь в виду, что карбидообразующие элементы (Сr, Мn и др.) уменьшают раствори­мость углерода в аустените. Это способствует образова­нию в цементованном слое карбидов, при меньшем содержании уг­лерода, обеднению аустенита легирующими элементами и умень­шению прокаливаемости цементованного слоя, как следствие этого, ухудшению механических свойств. Марганец и хром, ко­торыми нередко легируют цементуемые стали, повышают прока­ливаемость сердцевины и в меньшей степени цементованного слоя. Сильно повышает прокаливаемость цементованного слоя молибден.

После цементации, закалки и низкого отпуска цементованный слой должен иметь твердость 58—62 HRС, а сердцевина 30—42 HRС. Сердцевина цементуемых сталей должна обладать высокими механическими свойствами, особенно повышенным пре­делом текучести, кроме того, она должна быть наследственно мелкозернистой.

К данной группе сплавов можно отнести следующие:15Х, 20Х, 20ХФ, 12ХН3Ф,18ХГТ и др.