- •Институт металлургии и химии
- •Термическая обработка металлов и сплавов. Курс лекций.
- •Введение
- •1. Виды термической обработки стали
- •2. Основы теории термической обработки
- •2.1. Превращения в стали при нагревании
- •2.2. Рост зерна
- •2.3. Превращение переохлажденного аустенита
- •2.4. Мартенситное превращение и его особенности
- •2.5. Превращения при отпуске стали
- •3. Практика термообработки сталей
- •3.1. Отжиг сталей
- •3.2. Закалка сталей
- •3.3. Способы закалки
- •3.4. Поверхностная закалка
- •3.5. Отпуск стали
- •3.6. Отпускная хрупкость
- •3.7. Прокаливаемость сталей
- •4. Химико-термическая обработка стали
- •4.1. Цементация
- •4.2. Азотирование
- •4.3. Цианирование
- •4.4. Диффузионная металлизация
- •5. Термомеханическая обработка
- •5.1. Втмо сталей
- •5.2. Нтмо сталей
- •6. Легированные стали
- •6.1. Влияние легирующих элементов на полиморфное превращение в сталях
- •6.2. Взаимодействие легирующих элементов с железом и углеродом
- •6.3. Влияние легирующих элементов на фазовые превращения при термообработке
- •6 .4. Изменение твердости легированной стали при отпуске
- •6.5. Маркировка легированной стали
- •7. Конструкционные стали
- •7.1. Характеристика конструкционных сталей
- •7.2. Стали для холодной штамповки
- •7.3. Стали для строительных конструкций
- •7.4. Цементуемые стали
- •7.5. Улучшаемые стали
- •7.6. Высокопрочные стали
- •7.7. Рессорно-пружинные стали
- •7.8. Подшипниковые стали
- •7.9. Износостойкая аустенитная высокомарганцевая сталь
- •7.10. Инструментальные стали
- •8. Термическая обработка серого литейного чугуна
- •9. Термическая обработка алюминиевых сплавов
- •10. Старение железа
- •Заключение
- •Список литературы
7.3. Стали для строительных конструкций
Эта группа сталей содержит относительно малые количества углерода 0,1 - 0,25 %. По сравнению с углеродистыми сталями более высокая прочность строительных низколегированных сталей достигается упрочнением феррита за счет легирования сравнительно малыми количествами кремния и марганца, а также хрома, никеля, меди и некоторых других элементов.
Конструкционные низколегированные стали в горячекатаном пли нормализованном состоянии применяют для строительных конструкций, армирования железобетона, магистральных нефте- и газопроводов. Для изготовления деталей машин их применяют сравнительно редко.
Детали строительных конструкций обычно соединяют сваркой. Поэтому основным требованием к строительным сталям является хорошая свариваемость. Это означает, что сталь при сварке не должна давать горячих и холодных трещин и свойства сварного соединения (металла шва и зоны термического влияния) не должны существенно отличаться от свойств основного металла.
Поэтому стали, используемые для изготовления строительных конструкций, не должны содержать более 0,25 % С.
К низколегированным строительным сталям относятся стали марок 14Г2, 17ГС, 14ХГС, 15ХСНД. Сталь 15ХСНД, содержащая никель и медь, работает в конструкциях до - 60 0С без перехода в хрупкое состояние. Кроме того, введение этих элементов увеличивает коррозионную стойкость стали в атмосферных условиях.
Введение в сталь небольших добавок ванадия и ниобия (до 0,1 %) вместе или раздельно обеспечивает дополнительное упрочнение за счет образования карбонитридов этих элементов и измельчения зерна. К сталям такого типа относятся низколегированные стали марок 14Г2АФ, 17Г2АФБ и другие с 0.2= 450 МПа после нормализации. Такие стали используют в строительстве и машиностроении в виде листов, сортового фасонного проката для изготовления сварных конструкций без дополнительной термической обработки.
Дополнительное повышение механических свойств и снижение порога хладноломкости может быть достигнуто с помощью контролируемой прокатки. Контролируемая прокатка состоит в проведении деформации, особенно в конце процесса, при более низкой температуре (800-850 °С) с увеличением степени деформации в последних проходах. Эффект контролируемой прокатки состоит в значительном измельчении зерна, а также дисперсном упрочнении частицами карбонитридов.
7.4. Цементуемые стали
При работе деталей под действием динамических нагрузок в условиях поверхностного износа для их изготовления применяют низкоуглеродистые стали, содержащие обычно не более 0,2 % С, подвергая их цементации, закалке и низкому отпуску.
Твердость поверхности готовой детали должна составлять около HRC 60. При этом твердость сердцевины углеродистых сталей находится в пределах HRC 20—40. В отличие от слабо-прокаливающихся углеродистых сталей при цементации и термообработке легированных сталей происходит дополнительное упрочнение сердцевины. Это упрочнение тем больше, чем более легирована сталь.
В зависимости от степени упрочняемости сердцевины различают три группы цементуемых сталей; с неупрочняемой, слабо- и сильноупрочняемой сердцевиной.
К первой группе относятся углеродистые стали марок 10, 15, 20. Их применяют для малоответственных деталей с неупрочняемой сердцевиной и деталей небольших размеров. Под цементованным слоем при закалке аустенит превращается в феррито-перлитную смесь.
Вторую группу составляют низколегированные хромистые стали марок 15X, 20Х, имеющие слабоупрочняемую сердцевину. Дополнительное легирование малыми добавками ванадия (сталь 15ХФ) позволяет получить более мелкое зерно, что улучшает пластичность и вязкость стали.
Стали третьей группы используют для изготовления деталей, испытывающих значительные ударные нагрузки, имеющих большее сечение или сложную конфигурацию или подвергающихся действию больших знакопеременных напряжений. В состав этих сталей вводят никель: 20ХН, 12ХНЗА, 12Х2Н4А. Ввиду его дефицитности никель иногда заменяют марганцем, вводя, кроме того небольшое количество титана или ванадия для измельчения зерна (18ХГТ).