Улучшаемые стали

Улучшаемыми называют такие стали, которые используются после закалки с высоким отпуском (улучшения). Эти стали (40Х, 40ХФА, 30ХГСА, 38ХН3МФА и др.) содержат 0,3–0,5 % углерода и 1–6 % легирующих элементов (ГОСТ 4543-71). Стали закаливают с 820–880 °С в масле (крупные детали – в воде), высокий отпуск производят при 500–650 °С с последующим охлаждением в воде, масле или на воздухе (в зависимости от состава стали).

Структура стали после улучшения – сорбит. Данные стали применяют для изготовления валов, шатунов, штоков и других деталей, подверженных воздействию циклических или ударных нагрузок. В связи с этим улучшаемые стали должны обладать высоким пределом текучести, пластичностью, вязкостью, малой чувствительностью к надрезу.

Хромистые улучшаемые стали (30Х, 40Х, 50Х) содержат 1 % Cr, 0,65 % Мn и 0,3–0,5 % С. Повышенное содержание углерода в них с 0,3 до 0,5 % вызывает увеличение прочности (с 900 до 1080 МПа), но приводит к снижению пластичности (с 12 до 9 %) и вязкости разрушения (с 0,7 до 0,4 МДж/м²).

Стали обладают небольшой прокаливаемостью, увеличение которой достигается микролегированием (0,001–0,005 %) их бором (35ХР. 40ХР), однако при этом повышается порог хладноломкости. Введение в сталь 0,15 % V (40ХФА) способствует увеличению ее вязкости с 0,6 (у стали 40Х) до 0,9 МДж/м² (у стали 40ХФА). Стали склонны к отпускной хрупкости.

Хромокремниймарганцевые стали типа 35ХГСА, называемые хромансилами, содержат по 1 % хрома, марганца и кремния и характеризуются хорошими механическими и технологическими (свариваются, штампуются) свойствами. Среди их недостатков можно отметить чувствительность к концентраторам напряжений, к коррозии под напряжением и водородному охрупчиванию, а также склонность к обратимой отпускной хрупкости. Эти стали широко применяют в автомобилестроении и авиации для изготовления силовых сварных конструкций валов, деталей рулевого управления и т.д.

Хромоникелевые стали (40ХН, 45ХН, 30ХН3А и др.) содержат 0,5–0,8 % Сr и 1–3 % Ni. Они отличаются хорошей прокаливаемостью, прочностью и вязкостью (σ_в = 1 000 МПа; σ_0,2 = 800 МПа; KCU = 0,7–0,8 МДж/м²).

Хромоникелевые стали так же, как хромансил и хромистые, склонны к обратимой отпускной хрупкости и должны охлаждаться после высокого отпуска с большой скоростью.

Присутствие же 0,2–0,5 % молибдена (или 0,5–0,8 % вольфрама) в стали затормаживает диффузионные процессы, уменьшает разницу в диффузионной подвижности атомов в объеме и по границам зерна и тем самым существенно препятствует возникновению неоднородности. Ванадий (0,15 %) способствует измельчению зерна. Поэтому хромоникелевые стали, легированные молибденом (вольфрамом) и ванадием, 36Х2Н2МФА, 38ХНЗМА, 38ХНЗВА, 38ХНЗМФА и др., обладают лучшими свойствами (σ_в = 1100– 1200 МПа; σ_0,2 = 950–1 100 МПа; δ = 12 %, ψ = 50 %; KCU = 0,8 МДж/м²).

Повышение в них содержания никеля до 3–4 % еще более улучшает прокаливаемость и снижает порог хладноломкости с –40 до –60 °С.

Стали относятся к мартенситному классу, слабо разупрочняются при нагреве до 300–400 °С. Из них изготавливают валы и роторы турбин, тяжелонагруженные детали редукторов и компрессоров.