Литература

1. Гольдштейн М.И.Специальные стали /М.И. Гольдштейн, С.В.Грачев, Ю.Т.Векслер. –М.: МИСИС. – 1999. – 408 с.

2. Башнин Ю.А.Технология термической обработки стали /Ю.А. Башнин, Б.К.Ушаков, А.Г. Сеней.– М.: Металлургия, 1986. – 424 с.

3. Раузин Я.Р. Термическая обработка хромистой стали /Я.Р. Раузин.– М.: Металлургия, 1978. – 277 с.

4. Спектор А.Г.Структура и свойства подшипниковых сталей /А.Г. Спектор,Б.М. Зельбет, С.А. Киселева. – М.: Металлургия, 1980. – 264 с.

3.3 Высокопрочные конструкционные стали

К высокопрочным относятся стали, временное сопротивление которых _в >1600 МПа и _0,2 > 1400 МПа. Стали с пределом текучести более 2000 МПа иногда называют сверхвысокопрочными.

Прежде всего высокопрочные стали применяют в изделиях, для которых важно уменьшение массы при сохранении высокой прочности. Это могут быть высокопрочные болты и крепежные изделия, некоторые виды тросов и прядей, высокоскоростные роторы, валы и многие другие детали машин и механизмов. Высокопрочные стали используют в космической, ракетной, авиационной технике, а также в ряде отраслей приборостроения.

Получение сталей высокой прочности неизбежно ведет к пони­жению характеристик пластичности и прежде всего сопротивления хрупкому разрушению. Поэтому надежность стали в конструкции (изделии) может быть охарактеризована конструктивной прочностью - комплексом механических свойств, находящихся в корреляции с эксплуатационными условиями работы изделий. Для боль­шинства конструкционных высокопрочных сталей такими парамет­рами конструктивной прочности являются: предел текучести (_0,2) и параметр вязкости разрушения (трещиноустойчивости) – К_1с.

Конструктивную прочность конструкционных сталей можно оценить по диаграмме конструктивной прочности, построенной в координатах предел текучести _0,2 – вязкость разрушения К_1с. На рисунке 3.9 представлена обобщенная диаграмма конструктивной прочности конструкционных сталей различных классов и способов упрочнения.

На диаграмме указаны области средне- и высокоуглеродистых легированных сталей. Штриховой линией отмечено значение _0,2 = 1400.МПа, являющееся нижней границей для высокопрочных сталей. На диаграмме также указаны приблизительные области различных механизмов распространения трещины при испытаниях на К_1с, построенные на основании фрактографических исследований.

Высокопрочные стали при необходимой прочности должны иметь достаточные пластичность, сопротивление динамическим нагрузкам, ударную вязкость, усталостную прочность, а для ряда изделий и хорошую свариваемость.

В высокопрочном состоянии изделия весьма чувствительны к различным концентраторам напряжений как внешним (выточки, острые переходы, отверстия с малым радиусом и т.д.), так и внутренним (неметаллические включения), поэтому большое значение имеет чистота стали по неметаллическим включениям.

Рисунок 3.9 – Обобщенная диаграмма конструктивной прочности

конструкционных сталей (О.И. Романив, А.Н. Ткач)

MAC - метастабильные аустенитные стали; НУС - низкоуглеродистые стали; СУС и ВУС -средне- и высоколегированные стали; МСС - мартенситно-стареющие стали; СМЗ -стали со сверхмелким зерном; ТМО - стали после термомеханической обработки; ПП - эвтектоидные стали со структурой пластинчатого перлита. Характер разрушения: I - область вязкого разрушения; II - транскристаллитный скол; III - интеркристаллитный скол; IV- квазискол

При выплавке высокопрочных сталей применяют чистые шихтовые материалы, специальные методы выплавки, повышающие чистоту стали по неметаллическим включениям, газам и вредным примесям, такие как электрошлаковый переплав, вакуумные способы плавки и др., которые повышают пластичность стали, но при этом и удорожают сталь.

Как правило, получение высокопрочного состояния связано с образованием метастабильной структуры с высоким уровнем микроискажений, высокой плотностью дефектов кристаллического строения и, следовательно, повышенной склонностью к протеканию диффузионных процессов. Это необходимо учитывать при осуществлении технологических операций на изделиях из высокопрочных сталей, при которых возможно насыщение детали водородом (например, электролитическое травление) и появление водородной хрупкости.

При временном сопротивлении более 1600 МПа появляется склонность к замедленному разрушению образцов с трещиной. Повышение содержания углерода резко увеличивает склонность высокопрочных сталей к замедленному разрушению при контакте с водой. Причина этого явления до конца не ясна. Предполагается, что это связано с развитием коррозии под напряжением, эффектом Ребиндера и водородной хрупкостью. Высокопрочные стали склонны к хрупкости при контакте с расплавленными легкоплавкими металлами.

Существуют разные способы получения высокопрочных сталей: закалка на мартенсит с низким отпуском (300 –350 °С) и вторичное твердение в интервале температур 500 – 650 °С, а также ряд специальных технологических процессов, к которым можно отнести термомеханическую обработку, волочение сталей со структурой тонкопластинчатой феррито-карбидной смеси, получение сталей со структурой сверхмелкого зерна и некоторые другие. К высокопрочным сталям относятся мартенситностареющие стали и стали со структурой метастабильного аустенита.