7.7. Рессорно-пружинные стали

Основными требованиями, предъявляемыми к рессорно-пружинным сталям, являются высокое сопротивление малым пластическим деформациям (высокий предел упругости), высокий предел выносливости и повышенная релаксационная стойкость с сохранением упругих свойств в течение длительного времени.

Высокие упругие свойства обеспечиваются при содержании 0,5-0,7 % С и получении трооститной структуры за счет закалки и среднего отпуска при температуре 350-450 °С. Углеродистые пружинные стали после термической обработки на троостит имеют 800 МПа, легированные 1000 МПа.

Стали для пружин и рессор обычно легируют кремнием и марганцем, иногда в сочетании с другими элементами. Введение кремния задерживает распад мартенсита при отпуске. Кремний и марганец упрочняют феррит и увеличивают прокаливаемость стали.

Средние свойства углеродистых рессорно-пружинных сталей после термообработки: = 8001000 МПа, 10001200 МПа, = 58 %; = 2530 %, предел выносливости при изгибающей нагрузке 500-650 МПа, при кручении 300 МПа. Величина предела выносливости уменьшается при наличии поверхностных дефектов и обезуглероживания. После дробеструйной обработки в поверхностных слоях создаются остаточные сжимающие напряжения, что увеличивает выносливость. Предел усталости в результате поверхностного наклепа повышается в 1,5-2 раза.

При легировании рессорно-пружинных сталей кремнием и другими элементами прочность возрастает до =13001800 МПа, =11001600 МПа при  = 58 % и =2035 % .

7.8. Подшипниковые стали

В процессе работы детали подшипников (шарики, ролики, обоймы) испытывают высокие удельные знакопеременные нагрузки.

Термическая обработка состоит из закалки от 830-840 °С в масле и низкого отпуска менее 200 °С. После термообработки твердость должна быть не менее HRC 62.

Сталь ШХ4 обычно используют для изготовления шариков диаметром до 13,5 мм, роликов диаметром до 10 мм, ШХ15 соответственно 22,5 и 15 мм, ШХ15СГ - шариков до 30 мм. При изготовлении роликов большего диаметра применяют сталь ШХ20СГ.

7.9. Износостойкая аустенитная высокомарганцевая сталь

К износостойким относится сталь 110Г13Л. Сталь 110ПЗЛ, или сталь Гадфильда, является аустенитной высокомарганцевой сталью, из которой литьем (реже ковкой) изготавливают детали, от которых требуется высокая износостойкость в условиях удар­ных нагрузок.

К таким деталям относятся железнодорожные крестовины, траки гусеничных машин, щеки дробилок, зубья ковшей экска­ваторов и т. д.

Сталь 110Г13Л содержит, %: 0,9-1,4 С; 11,5-15,0 Мn; 0,5-1,0 Si. После литья структура состоит из аустенита и избыточных карбидов марганца и железа (Fe, Mn)₃C. При нагреве карбиды растворяются в аустените, поэтому после закалки от температуры 1100 °С в воде сталь получает чисто аустенитную структуру с малой твердостью НВ 200.

Марганцевый аустенит хорошо наклепывается с превращением аустенита в мартенсит и после деформации в процессе эксплуатации приобретает твердость до HRC 50-55.

7.10. Инструментальные стали

Инструментальные стали - это углеродистые и легированные стали, обладающие высокой твердостью и износостойкостью.

Инструментальные стали характеризуются теплостойкостью (красностойкостью), т. е. способностью сохранять указанные свойства при нагреве, возникающем в рабочей кромке инструмента, например, при резании с высокой скоростью, при деформировании нагретого металла. Содержание углерода в инструментальных ста­лях обычно 0,7-1,5 %.

Все углеродистые инструментальные стали (У8, У10Л, У11А и др.) имеют низкую прокаливаемость. Критический ди­аметр углеродистых сталей не превышает 15 мм. Поэтому углеродистые инструментальные стали применяют для инструментов небольшого размера.

Инструментальную сталь поставляют в отожженном состоянии со структурой зернистого перлита, так как сталь, имеющая структуру пластинчатого перлита и вто­ричного цементита, плохо обрабатывается резанием.

Структура сталей У7, У8, У9А в закаленном состоя­нии состоит из одного мартенсита.

Структура заэвтектоидных сталей У10А-У13А в за­каленном состоянии состоит из мартенсита и избыточных

карбидов. Углеродистые инструментальные стали необходимо охлаждать в воде или в водных растворах щелочей, так как они имеют малую устойчивость переохлажденного аустенита. В результате быстрого охлаждения усиливается деформация, коробление и возникают трещины.

Для уменьшения коробления и вероятности возникновения трещин углеродистые стали подвергают комбинированной или ступенчатой закалке. Сталь после закалки имеет значительную хрупкость, поэтому после закалки необходим отпуск. Температура отпуска определяется величиной рабочей твердости, которую должен иметь инструмент.

Сталь У7 предназначена для инструментов, подвергающихся ударам, которые должны иметь достаточную вязкость и твердость (зубила, кузнечные штампы, клейма и т.д.). Поэтому сталь У7 подвергают отпуску при температуре 250-325 °С для получения твердости HRC 48-55.

Из стали У8 делают матрицы, пуансоны, ножи, т. е. инструмент, который должен иметь высокую твердость к хорошую вязкость. Температура отпуска стали У8 200-220 °С на твердость HRC 60-62.

Из сталей У9А и У10А делают метчики, сверла, развертки, фрезы и др. Их отпускают при температурах 150-200 °С на твердость HRC 60-63.

Стали У12А, У13А предназначены для инструментов с максимальной износостойкостью при наивысшей твердости (мерительный инструмент, напильники, граверный инструмент и т. д.). Эти стали подвергают отпуску при температуре 150-180 °С на твердость HRC 62—64.

Легированные инструментальные стали обладают более высокой прокаливаемостью. Инструмент из этих сталей охлаждают в масле или в расплавленных солях, что уменьшает опасность возникновения трещин, деформации и коробления. Поэтому легированные стали применяют для инструментов сложной формы.

Стали 9ХС и X нагревают для закалки до температуры 820-860 °С и охлаждают в масле, вследствие чего они приобретают твердость HRC 62-63. Если после отпуска надо сохранить высокую твердость (HRC 62-63), то температура отпуска соответствует 150-160 °С, а если необходимо повысить вязкость – 260-300 °С (твердость HRC 55-60).

Недостатком стали 9ХС является склонность к обезуглероживанию при нагреве для закалки и повышенная твердость в отожженном состоянии (НВ 217-255), что ухудшает обрабатываемость резанием.

Сталь ХВГ нагревают до температуры 820-840 °С и подвергают отпуску при температуре 150-160°С для сохранения твердости HRC 62—63.