Контрольные вопросы для самопроверки по подразделу 3.2.1. Темы 3

1. Что называют сталью, чугуном?

2. Как подразделяют углеродистые стали?

3. Как подразделяют стали обыкновенного качества?

4. Какие стали обыкновенного качества поставляют: по механи­ческим свойствам, по химическому составу, по механическим свойс­твам и химическому составу?

5. Как обозначаются стали обыкновенного качества?

6. По каким показателям поставляется сталь ВСтЗ?

7. Как расшифровать сталь ВСт1кп2?

8. Какие стали обыкновенного качества применяются для изго­товления: 1) изделий, не подвергающихся горячей обработке, 2)из­делий, подвергающихся термической обработке, 3)изделий путем сварки?

9. Каково назначение стали группы А?, Б? и В?

10. Как обозначаются качественные углеродистые стали?

11. Как подразделяют качественные углеродистые стали?

12. Как расшифровать сталь 45Г, 08?

13. Каково назначение качественных сталей I и II групп?

14. Какие сплавы называются чугунами?

15. Какие чугуны называются серыми?, белыми?, ковкими?, вы­сокопрочными?

16. Как обозначаются серые, ковкие и высокопрочные чугуны?

17. Почему в обозначение марки чугуна входит не химсостав, как для сталей, а механические свойства?

18. Как расшифровать основные марки сталей и чугунов, приме­няемых в судостроении и судоремонте для изготовления деталей судовых технических средств?

3.2.2. Легированные стали. Состав легирующих элементов.

Ключевые слова: Влияние легирующих элементов на свойства стали, классификация и маркировка легированных сталей. См. Справочник по современным судостроительным материалам. - Л.: Судостроение, 1979.- 583 с. и другие учебники.

Легированными называются стали, в которые специально вводят (легирующие) элементы. Основными легирующими элементами конструк­ционных сталей являются Сr, Ni, Si, Mn, а такие элементы как W, Mo, V, Ti и другие вводят в сталь в сочетании с основными для до­полнительного улучшения свойств.

Влияние легирующих компонентов на свойства стали зависит от количества вводимых элементов и их взаимодействия с железом и уг­леродом. С железом они обычно находятся в виде твердых растворов замещения (легированный феррит и легированный аустенит) или химического (интерметаллического) соединения (FeCr, Fe₃W₂, Fе₃Мо₂), а при взаимодействии с углеродом - в связанном (TIC, WC) или в сво­бодном состоянии.

Легированный феррит присутствует во всех конструкционных сталях, подвергающихся улучшению, а легированный аустенит являет­ся основной структурной составляющей жаропрочных и нержавеющих сталей. Интерметаллические соединения являются упрочняющей фазой при термической обработке.

Все легирующие компоненты, за исключением марганца, при наг­реве задерживают рост зерна аустенита, что позволяет легированные стали подвергать обработке давлением в более широком интервале температур или подвергать химико-термической обработке, не опа­саясь перегрева.

Следует помнить, что в наибольшей мере преимущества легиро­ванной стали проявляются после ее термообработки. Особенно сильно повышается _т,  и a_н. Это объясняется тем, что легированные стали обладают меньшей критической скоростью закалки, а, следова­тельно, лучшей прокаливаемостью. Это позволяет производить закал­ку деталей в менее резких охладителях (масло, воздух), что умень­шает деформацию изделии и опасность образования трещин. Кроме то­го, после термической обработки они имеют более мелкое зерно и более дисперсные структуры.

Растворяясь в железе, легирующие элементы оказывают большое влияние на положение критических точек в стали. Одни легирующие элементы (Ni, Mn, Co) расширяют γ-область, понижая а3 и a1, дру­гие (W, V, Сr, Мо) сужают  и расширяют -область, повышая аз и a1. Почти все легирующие элементы сдвигают точки Е и S диаграммы Fe-C влево, т.е. в сторону меньших концентраций углерода. Исклю­чение - V, Ti, Nb, которые повышают концентрацию углерода в эвтектоиде.

Рассмотрим влияние отдельных легирующих элементов и их соче­таний на некоторые основные свойства стали.

Хром (X) повышает твердость и прочность стали, но снижает вязкость и затрудняет ковкость; в значительной степени увеличива­ет сопротивление коррозии.

Никель (Н) повышает прочность и ударную вязкость, улучшает ее ковкость и уменьшает склонность к окислению, способствует об­разованию мелкозернистой структуры стали и делает ее менее чувс­твительной к перегреву и пережогу.

Вольфрам (В) повышает красностойкость, устраняет хрупкость при отпуске, повышает твердость, способствует получению мелкого зерна.

Ванадий (Ф) повышает теплоустойчивость. При высоких темпера­турах свойства ванадиевой стали почти не изменяются.

Молибден (М) повышает кислотоустойчивость, твердость, преде­лы прочности и текучести, но понижает вязкость, способствует сохранению механических свойств при высоких температурах, препятс­твует возникновению хрупкости при отпуске.

Марганец (Г) повышает твердость, устойчивость против истира­ния, закаливаемость в масле, но повышает хрупкость стали.

Кремний (С) повышает упругие свойства, при повышенном содер­жании (до 15-20%) сталь обладает кислотоустойчивыми свойствами.

Анализ влияния указанных легирующих элементов на свойства стали показывает, что путем их сочетания можно добиться получения требуемых свойств стали. Например, хорошие результаты дает сов­местное действие хрома и никеля: практически обеспечивается прокаливаемость изделий любых размеров, а характерный недостаток хромоникелевых сталей, повышенная хрупкость при отпуске, устраня­ется дополнительным легированием вольфрамом и т.д.

Легирующие элементы в марках стали обозначают соответствую­щими буквами. Кроме указанных выше: А - азот, Б - ниобий, Д - медь, Е - селен, К - кобальт, П - фосфор, Р - бор, Ц - цирконий, Ч - редкоземельные материалы, Ю - алюминии.

Число в начале марки конструкционной стали указывает на со­держание углерода в сотых долях процента, цифры после букв - среднее содержание элемента в процентах. Например, марка 18Х2Н4В означает сталь со средним содержанием 0,18% С, 2% Сr, 4% Ni и около 1% W.

При маркировке инструментальных и некоторых специальных ста­лей отходят от этого правила. Для них содержание углерода указы­вается в десятых долях процента. Например, марка 9ХС означает сталь с содержанием 0,9% углерода, около 1 % хрома и 1% кремния, а при отсутствии цифры - содержание углерода от 1 до 1,5%.

Некоторые легированные стали выделены в отдельные группы: Ш - шарикоподшипниковые, Р - быстрорежущие, Е - магнитные и др.

Легированные стали классифицируются по структуре в отожжен­ном и нормализованном состояниях, по составу и содержанию легиру­ющих элементов, по назначению.

В отожженном состоянии легированные стали делятся на доэвтектоидные, эвтектоидные, заэвтектоидные и ледебуритные, а в нор­мализованном - на три класса: перлитный (до 5% легирующих элемен­тов), мартенситный (до 13%), аустенитный (до 20-30 %, главным об­разом Ni и Mn).

По составу - наличию в стали тех или иных легирующих элемен­тов, а по содержанию - по их количеству: низколегированные (до 2,5%), среднелегированные (2,5-10%) и высоколегированные (свыше 10%).

По назначению легированные стали подразделяют на конструкци­онные, инструментальные и со специальными физическими свойствами.

К конструкционным легированным сталям относятся стали, при­меняемые для изготовления цементуемых и улучшаемых термообработ­кой деталей судовых технических средств. Эти стали легируют разнообразными элемента­ми: Mn, Ni, Si, Сr, Mo, Ti, A1 и др.

К инструментальным относятся стали для режущего и меритель­ного инструмента. Эти стали, для получения высокой твердости, ле­гируют в основном карбидообразующими элементами: Сr, W, V, Мо идр.

К сталям и сплавам со специальными физическими свойствами относятся магнитные материалы, с высоким электросопротивлением, с заданным коэффициентом линейного расширения, с особыми упругими свойствами и др. Большинство из них отличаются высоким содержани­ем Ni, Сr, Со и др.

Легированные стали находят широкое применение для изготовле­ния деталей судовых технических средств, например:

Сталь 15Х, 18Х, 20Х, 18ХГ с цементацией и термообработкой - толкатели топливного насоса и клапанов газораспределения, ролик, ось ролика судовых СОД, ролик пускового золотника, ось ролика привода топливного насоса, топливная и пусковая кулачные шайбы, корпус клапана, подпятник и ролик топливного насоса МОД.

Сталь 38ХМЮА с азотированием и термообработкой - корпус и плунжер топливного насоса СОД.

Сталь ШХ15 - клапан нагнетательный топливного насоса судовых СОД, плунжер и седло клапана топливного насоса СОД, сопло форсун­ки топливного насоса МОД.

Сталь 18Х2H4ВА с цементацией на глубину 0,5-0,9 мм и термо­обработкой HRC 60 - направляющая иглы форсунки СОД.

Сталь 4Х9С2 - клапаны впускной и выпускной СОД и клапан пус­ковой МОД.

Сталь Р18 - игла форсунки СОД.

Сталь 3X13 - клапаны предохранительный и воздухораспредели­теля СОД,

Сталь 35ХМ (M_O=0,3%) - головка поршня МОД.

Сталь ХВГ - клапан и втулка топливного насоса МОД.

Сталь 40Х с закалкой ТВЧ на 1,5-2,5мм HRC. 54 - корпус фор­сунки МОД.

Сталь 3X13 - рубашка и корпус поршня, верхний и нижний што­ки поршня и золотник сервомотора регулятора, седло главного пус­кового клапана МОД.

Стали Х12ВНМФ и 2Х18Н9М - наружное и внутреннее кольца, ло­патки турбонагнетателя МОД.

Сталь ЗХ19Н9МВБТ - лопатка ротора турбонагнетателя МОД.