- •А. Н. Минков
- •Содержание
- •1 Конструкционная прочность и пути её повышения
- •1.1 Общие положения
- •1.2 Конструкционная прочность материалов
- •1.2.1 Общие положения
- •1.2.2 Механические свойства и способы их
- •1.3 Методы повышения конструкционной
- •1.4 Железоуглеродистые сплавы - основные
- •1.4.1 Общие положения
- •1.4.2 Углеродистые стали
- •1.4.3 Чугуны
- •2 Термическая обработка
- •2.1 Общие положения термической обработки
- •2.2 Превращения при нагревании и охлаждении стали
- •2.2.1 Образование аустенита при нагревании
- •2.2.2 Превращения аустенита при охлаждении
- •2.2.3 Превращения мартенсита при нагревании
- •2.3 Виды термической обработки
- •2.3.1 Отжиг
- •2.3.2 Закалка
- •Vкрит.- критическая скорость закалки
- •2.3.3 Отпуск
- •2.3.4 Дефекты термической обработки
- •2.4 Поверхностное упрочнение
- •2.4.1 Общие положения
- •2.4.2 Поверхностная закалка
- •2.4.2.1 Закалка с индукционным нагревом
- •2.4.2.3 Поверхностная закалка в электролитах
- •2.4.2.4 Закалка с нагревом лазерным лучом
- •2.4.3 Химико-термическая обработка (хто)
- •3 Легированные стали
- •3.1 Общие положения
- •Легированные стали можно классифицировать:
- •- По структуре в равновесном состоянии;
- •- По структуре образцов после охлаждения на воздухе;
- •- По назначению.
- •3.2 Конструкционные стали
- •3.2.1 Стали повышенной обрабатываемости
- •3.2.2 Низкоуглеродистые стали для цементации
- •3.2.3 Среднеуглеродистые стали для улучшения
- •3.2.4 Рессорно-пружинные стали
- •3.2.5 Подшипниковые стали
- •3.2.6 Высокопрочные стали
- •3.2.7 Износостойкие стали и сплавы
- •3.3 Инструментальные стали
- •3.3.1 Общие положения
- •3.3.2 Стали для режущего инструмента
- •3.3.2.1 Углеродистые и легированные инструментальные стали
- •3.3.2.2 Быстрорежущие стали
- •3.3.3 Штамповые стали
- •3.3.4 Стали для измерительных инструментов
- •3.4 Специальные стали
- •3.4.1 Коррозионностойкие (нержавеющие) стали
- •3.4.2 Жаростойкие стали и сплавы
- •3.4.3 Жаропрочные стали и сплавы
- •3.4.4 Магнитные стали и сплавы
- •4 Цветные металлы и сплавы
- •4.1 Алюминий и сплавы на его основе
- •4.1.1 Общая характеристика алюминия
- •4.1.2 Алюминиевые сплавы
- •4.2 Магний и сплавы на его основе
- •4.2.1 Общая характеристика магния и его сплавов
- •4.2.2 Деформируемые магниевые сплавы
- •4.2.3 Литейные магниевые сплавы
- •4.3 Титан и сплавы на его основе
- •4.3.1 Общая характеристика титана и его сплавов
- •4.3.2 Промышленные титановые сплавы
- •4.4 Бериллий и сплавы на его основе
- •4.4.1 Свойства бериллия
- •4.4.2 Бериллиевые сплавы
- •4.5 Медь и ее сплавы
- •4.5.1 Общая характеристика меди и её сплавов
- •4.5.2 Латуни
- •4.5.3 Бронзы
- •5 Неметаллические конструкционные материалы
- •5.1 Пластические массы
- •5.2 Стекло
- •5.2.1 Строение и состав неорганических стекол
- •5.2.2 Ситаллы
- •5.2.3 Органическое стекло
- •5.3 Древесина
- •Список литературы
- •Курс лекций по дисциплине
- •Для студентов механических специальностей
- •Часть 2 «Материаловедение»
3.2.4 Рессорно-пружинные стали
Основными требованиями, которые предъявляются к деталям типа рессор и пружин являются высокий предел текучести (до 1700 МПа), высокое сопротивление усталости при достаточной пластичности. Повышение значения предела текучести пружинных сталей достигается закалкой с последующим среднетемпературным отпуском при 400...480°С.
Стали для пружин и рессор должны обеспечивать сквозную прокаливаемость для получения структуры мартенсита по всему сечению детали. Наличие после закалки немартенситных продуктов распада аустенита и остаточного аустенита ухудшает пружинные свойства. Чем мельче зерно, тем выше сопротивление стали малым пластическим деформациям. Наличие обезуглероженного слоя на готовых пружинах резко снижает пределы упругости и выносливости.
Для изготовления пружин и рессор применяют конструкционные стали с повышенным содержанием углерода 0,5…0,7%, дополнительно легированные кремнием, марганцем, хромом и ванадием.
Для пружин малого сечения, испытывающих при работе незначительные нагрузки, используют углеродистые стали 65, 70, 75, 65Г,75Г.
Кремнистые стали (55С2, 60С2, 70С3) применяют для изготовления пружин вагонов, автомобильных рессор, торсионных валов и др. Кремний повышает прокаливаемость, задерживает распад мартенсита при отпуске и значительно упрочняет феррит, что обеспечивает хорошие свойства. Однако кремнистые стали склонны к обезуглероживанию, что снижает предел выносливости. Кроме этого, они трудно обрабатываются резанием.
Дополнительное легирование кремнистых сталей хромом, кремнием, вольфрамом, никелем увеличивает их прокаливаемость и уменьшает склонность к обезуглероживанию. Стали 60С2ХФА и 65С2ВА, имеющие прокаливаемость до 50 мм, применяются для изготовления крупных тяжелонагруженных пружин. Сталь 60С2Н2А прокаливается до 80 мм и используется при изготовлении ответственных пружин, работающих в условиях значительных динамических нагрузок.
Для уменьшения чувствительности к концентраторам напряжений готовые пружины и листы рессор подвергают поверхностному наклепу обдувкой дробью, после чего предел выносливости увеличивается в 1,5…2 раза.
Пружины из углеродистых, марганцевых, кремнистых сталей работают при температурах не больше 200оС. Для пружин с температурой эксплуатации до 300оС используют пружины из стали 50ХФА, а при более высоких температурах до 500оС - из стали 3Х2В8Ф, до 600оС - из стали Р18.
Для работы в агрессивных средах пружины изготовляют из хромистых коррозионностойких сталей типа 40Х13, 95Х18.
3.2.5 Подшипниковые стали
Подшипниковые стали должны обладать высокой твердостью, износостойкостью и высоким пределом усталости, так как в процессе эксплуатации детали подшипника воспринимают значительные знакопеременные нагрузки. В этих сталях должно обеспечиваться равномерное распределение карбидов, отсутствие неметаллических включений и других концентраторов напряжений, вызывающих образование трещин и выкрашивание металла.
Маркируются шарикоподшипниковые стали буквами ШХ и числом, указывающим на содержание хрома в десятых долях процента. Содержание углерода в шарикоподшипниковых сталях составляет 0,95…1,15%, серы – меньше 0,020%, фосфора – меньше 0,027%.
Сталь ШХ15 предназначена для изготовления деталей подшипников с поперечным сечением 10…20 мм, а дополнительно легированные марганцем и кремнием ШХ15СГ и ШХ20СГ – для деталей, прокаливающихся на глубину свыше 30 мм.
Детали подшипников подвергают закалке от температур 820…850оС и низкому отпуску при 150…170оС. После закалки в структуре может содержаться до 15% остаточного аустенита, превращение которого может вызвать изменение размеров деталей подшипников. Для уменьшения количества остаточного аустенита прецизионные подшипники подвергают обработке холодом при -70о…-80оС. Окончательно обработанная подшипниковая сталь имеет мартенсита с включениями мелких карбидов и высокую твердость до 64НRC.
Детали крупногабаритных роликовых подшипников диаметром 0.5…2 м изготавливают из сталей 12ХН3А, 12Х2Н4А, подвергая их цементации на большую глубину (3…6 мм).
Для подшипников, работающих в агрессивных средах, применяют коррозионно-стойкую хромистую сталь 95Х18.