4.7.2. Легированные конструкционные стали

Маркировка легированных конструкционных сталей. Легиро­ванные конструкционные стали маркируют цифрами и буквами. Двухзначные цифры, приводимые в начале марки, указывают среднее содержание углерода в сотых долях процента, буквы справа от цифры обозначают легирующий элемент: А - азот, Б -- ниобий, В- вольфрам, Г- марганец, Д - медь, Е - се­лен, К - кобальт, Н- никель, М - молибден, П- фосфор, Р- бор, С - кремний, Т - титан, Ф - ванадий, X - хром, Ц - цирконий, Ч - редкоземельный, Ю - алюминий.

Цифры после букв указывают примерное содержание соответ­ствующего легирующего элемента в целых процентах; отсутствие цифры указывает, что среднее содержание легирующего элемента не превышает 1,0 - 1,5 %. Основная масса легированных конструк­ционных сталей выплавляется качественными (< 0,035 % Р и < 0,035 % S).

Высококачественные стали содержат меньше вредных приме­сей (< 0,025 % S и 0,025 % Р) и обозначаются буквой «А», поме­щенной в конце марки. Особовысококачественная сталь обозна­чается буквой «Ш», располагаемой в конце марки (например, 30ХГСА-Ш). Если буква «А» расположена в середине марки (на­пример, 16Г2АФ), то сталь легирована азотом 0,015 - 0,025 %, а если в начале марки (например, А40) - сталь автоматная (хо­рошо обрабатываемая резанием), содержащая 0,4 % С. Индекс «АС» в начале марки указывает, что сталь автоматная легированная свинцом (АС35Г2).

Расшифруем некоторые марки стали. Например, сталь 12Х2Н4А содержит, % (в среднем): 0,12 - С, 2 - Сг, 4 - Ni и от­носится к высококачественным, на что указывает в конце марки буква «А». Сталь 18ХГТ содержит 0,18 % С, а отсутствие цифр после букв, обозначающих легирующие элементы, говорит о том, что хрома и марганца содержится около 0,8 - 1,2 %, а титан, как указано ранее, присутствует в небольшом количестве - 0,03 - 0,09 %. Следует подчеркнуть, что некоторые элементы - V, Ti, Nb, Zr, В, N и др. - нередко присутствуют в стали в сотых долях процента (бор в тысячных долях процента), оказывая при этом существенное влияние на свойства стали. Потому они рассматриваются, как легирующие элементы (микролегирование), что находит отражение в марке стали. Например, сталь 10Г2Б содержит 0,02 - 0,05 % Nb, сталь 14Г2АФ содержит, %: 0,015 - 0,025 N и 0,07 - 0,12 V, сталь - 20ХГР содержит 0,001 - 0,005 % В.

Для эффективного использования легированных сталей инже­нер должен понимать их положительные стороны и недостатки по сравнению с углеродистыми сталями.

1. Положительные особенности легированных сталей обнару­живаются в термически обработанном состоянии. Поэтому из легированных сталей изготовляются детали, обязательно подвер­гаемые теомической обоаботке (закалка + отпуск).

2. Большинство легирующих элементов увеличивают устойчивость аустенита. Поэтому нагруженные детали крупного сече­ния следует изготовлять из легированной конструкционной ста­ли.

3. В связи с тормозящим действием легирующих элементов ня распад аустенита возможно применение при за­калке «мягких» охладителей (масла).

Закалка в масле в значительной степени снижает брак по за­калочным трещинам и короблению.

4. Увеличивается экс­плуатационная надежность деталей машин.

5. Особенно благоприятное воздействие оказывает никель, резко снижающий порог хладноломкости.

Однако легированные стали имеют и специфические недо­статки.

1. Многие легированные стали подвержены обратимой от­пускной хрупкости.

2. В высоколегированных сталях после закалки имеется по­вышенное количество остаточного аустенита, что снижает твер­дость, сопротивление усталости.

3. Легированные стали больше углеродистых сталей склонны к дендтритной ликвации. Поэтому при кристаллизации дендриты обедняются легирующими элементами, междендритный материал обогащается ими. После ковки, прокатки таких сталей образуется характерная строчечная структура (рис. 4.22, а) и увеличивается неоднородность свойств стали вдоль и попе­рек направления деформирования. Сталь с такой структурой обладает также плохой обрабатываемостью резанием.

Рис. 4.22. Структура малоуглеродистой стали: а -cтрочечная после прокатки; б - после отжига

4. Весьма опасным пороком легированных сталей являются флокены (особенно в сталях, легированных никелем). Флокены представляют собой светлые пятна в изломе (рис. 4.23, а). В по­перечном сечении флокены обнаруживаются в виде мелких тре­щин с различной ориентацией (рис. 51, б). Причиной возникно­вения флокенов является выделение водорода, растворенного в стали.

Рис. 4.23. Флокены в стали: а - излом; б - макрошлиф

Цементуемые легированные стали. Цементуемые стали — это низкоуглеродистые (до 0,25 % С), низко- (до 2,5 %) и среднелегированные (2,5 -10 % суммарное со­держание легирующих элементов) стали. Эти стали, например, 15ХА, 18ХГ и др. предназначены для деталей ма­шин и приборов, работающих в условиях трения и испытывающих ударные и переменные нагруз­ки. Работоспособность таких деталей зависит от свойств сердцевины и поверхностного слоя ме­талла. Цементуемые стали насыщают с поверх­ности углеродом (цементуют) и подвергают тер­мической обработке (закалке и отпуску). Такая обработка обеспечивает высокую по­верхностную твердость и сохраня­ет требуемую вязкость и заданную прочность сердцевины металла