- •1 Конструкційна міцність і шляхи її підвищення
- •1.1 Загальні положення
- •1.2 Конструкційна міцність матеріалів
- •1.2.1 Загальні положення
- •1.2.2 Механічні властивості та способи їх
- •1.3 Методи підвищення конструкційної
- •1.4 Залізовуглецеві сплави основні конструкційні
- •1.4.1 Загальні положення
- •1.4.2 Вуглецеві сталі
- •1.4.3 Чавуни
- •2 Термічна обробка
- •2.1 Загальні положення термічної обробки
- •2.2 Перетворення при нагріванні і охолоджуванні сталі
- •2.2.1 Утворення аустеніту при нагріванні
- •2.2.2 Перетворення аустеніту при охолоджуванні
- •2.2.3 Перетворення мартенситу при нагріванні
- •2.3 Види термічної обробки
- •2.3.1 Відпал
- •2.3.2 Гартування
- •Vкрит.- критична швидкість гартування
- •2.3.3 Відпуск
- •2.3.4 Дефекти термічної обробки
- •2.4 Поверхневе зміцнення
- •2.4.1 Загальні положення
- •2.4.2 Поверхневе гартування
- •2.4.2.1 Гартування з індукційним нагрівом
- •2.4.2.3 Поверхневе гартування в електролітах
- •2.4.2.4 Гартування з нагрівом лазерним променем
- •2.4.3 Хіміко-термічна обробка (хто)
- •3 Леговані сталі
- •3.1 Загальні положення
- •3.2 Конструкційні сталі
- •3.2.1 Сталі підвищеної оброблюваності
- •3.2.2 Низьковуглецеві сталі для цементації
- •3.2.3 Середньовуглецеві сталі для поліпшення
- •3.2.4 Ресорно-пружинні сталі
- •3.2.5 Підшипникові сталі
- •3.2.6 Високоміцні сталі
- •3.2.7 Зносостійкі сталі та сплави
- •3.3 Інструментальні сталі
- •3.3.1 Загальні положення
- •3.3.2 Сталі для різального інструменту
- •3.3.2.1 Вуглецеві і леговані інструментальні сталі
- •3.3.2.2 Швидкорізальні сталі
- •3.3.3 Штампові сталі
- •3.3.4 Сталі для вимірювальних інструментів
- •3.3.5 Тверді сплави
- •3.4 Спеціальні сталі
- •3.4.1 Корозійностійкі (нержавіючі) сталі
- •3.4.2 Жаростійкі сталі і сплави
- •3.4.3 Жароміцні сталі і сплави
- •3.4.4 Магнітні сталі і сплави
- •4 Кольорові метали і сплави
- •4.1 Алюміній і сплави на його основі
- •4.1.1 Загальна характеристика алюмінію
- •4.1.2 Алюмінієві сплави
- •4.2 Магній і сплави на його основі
- •4.2.1 Загальна характеристика магнію і його сплавів
- •4.2.2 Магнієві сплави, що деформуються
- •4.2.3 Ливарні магнієві сплави
- •4.3 Титан і сплави на його основі
- •4.3.1 Загальна характеристика титану і його сплавів
- •4.3.2 Промислові титанові сплави
- •4.4 Берилій і сплави на його основі
- •4.4.1 Властивості берилію
- •4.4.2 Берилієві сплави
- •4.5 Мідь і її сплави
- •4.5.1 Загальна характеристика міді і її сплавів
- •4.5.2 Латунь
- •4.5.3 Бронзи
- •Література
- •Курс лекцій з дисципліни
- •108/2007. Підп. До друку Формат 60х84/16.
- •84313, М. Краматорськ, вул. Шкадінова, 72
3.2.2 Низьковуглецеві сталі для цементації
Для виготовлення деталей, які працюють за умов тертя, ударних і змінних навантажень, застосовують низьковуглецеві сталі, які містять до 0,2 % вуглецю і піддаються цементації з подальшим гартуванням і низькотемпературним відпуском. Сталі для цементації підрозділяються на три групи:
- вуглецеві сталі з серцевиною, яка не зміцнюється під час подальшої термічної обробки;
- низьколеговані сталі, в яких серцевина зміцнюється в невеликих межах;
- леговані сталі з сильно зміцнюваною серцевиною при термічній обробці.
До сталей першої групи відносяться сталі 10, 15, 20. Внаслідок низької прогартовуваності їх застосовують для мало відповідальних деталей з не зміцнюваною серцевиною. Навіть після гартування з охолоджуванням у воді шари, які розташовані під цементованим шаром, мають ферито-перлітну структуру, і, відповідно, низьку твердість і міцність.
До сталей другої групи відносяться низьколеговані сталі 20Х, 20ХР, 20ХН, які після цементації піддають гартуванню в маслі, що дозволяє одержати бейнітні структури за перетином деталі і наступні механічні властивості: в до 750 МПа, δ до 12%, КСU - 0,6...0,7 МДж/м2.
До сталей третьої групи відносяться сталі типу 20ХГР, 20ХНР, 12Х2Н4, 18Х2НВ, 30ХГТ, які після охолоджування в маслі гартуються на мартенсит. Якщо після гартування в цементованому шарі зберігається велика кількість залишкового аустеніту, то такі сталі піддають обробці холодом, а потім низьким відпуском.
3.2.3 Середньовуглецеві сталі для поліпшення
Ці сталі містять 0,3...0,5%С і легуючі елементи (хром, нікель, молібден, вольфрам, марганець, кремній в загальній кількості не більш 3…5%), а також до 0,3% елементів, які сприяють отриманню дрібного зерна аустеніту (ванадій, титан, ніобій, цирконій).
Найбільше поширення для машинобудування набули конструкційні сталі, леговані 0,8...1,2% Cr. Вони мають більшу прогартовуваність, ніж вуглецеві сталі. Хром сприяє отриманню в сталі високої і рівномірної твердості. Температурний інтервал холодноламкості хромистих сталей 0...-100оС. При 0оС спостерігається в'язкий злам, а при -100оС злам стає повністю крихким.
Хромисті сталі легують додатково:
- марганцем для підвищення прогартовуваності, але марганець сприяє зростанню зерна і, як наслідок, підвищує поріг холодноламкості;
- молібденом (0,15…0,45%) для підвищення прогартовуваності і зниження порогу холодноламкості, а також для підвищення статичної, динамічної і втомної міцності сталі;
- ванадієм (0,1 ...0,3%) для зменшення розміру зерна і підвищення в'язкості;
- бором (до 0,003%) для підвищення прогартовуваності, але при цьому підвищується поріг холодноламкості;
- титаном (до 0,1%) для подрібнення зерна.
Введення в хромисті сталі нікелю значно підвищує їх прогартовуваність. Додаткова добавка молібдену в хромоникельові сталі знижує відпускну крихкість, до якої схильні ці сталі.
Термічна обробка таких сталей включає гартування в маслі і високий відпуск (550…650°С). Нагрів для гартування проводять до температури на 30...50°С вище АС3. Для більшості сталей це температура біля 850°С.
Середньовуглецеві леговані сталі при гартуванні охолоджують в маслі, що дає можливість одержувати мартенситну структуру при значно меншому рівні внутрішніх напруг.
При високотемпературному відпуску (550…650°С) середньовуглецевих сталей слід передбачати швидке охолоджування після відпуску, яке запобігає розвитку відпускної крихкості другого роду. У тих випадках, коли після відпустки неможливо здійснити швидке охолоджування (наприклад, для великогабаритних деталей), слід використовувати сталі, леговані молібденом, який уповільнює розвиток відпускної крихкості другого роду.
Покращувальні сталі можуть бути умовно розподілені на 5 груп. Із зростанням номера групи зростає кількість легуючих елементів, збільшується прогартовуваність і опір крихкому руйнуванню.
До першої групи відносяться вуглецеві сталі 35, 40, 45. Максимальний перетин деталей (Дкр.), які прогартовуються на мартенсит, не перевищує 10мм. Перехідна температура холодноламкості (t50,оС) дорівнює -20оС.
Другу групу складають хромові сталі марок 30Х і 40Х. Для цих сталей Дкр і t50,оС складають, відповідно, 20 мм і – 40оС. Недоліком сталей цієї групи є схильність до відпускної крихкості другого роду.
Для сталей третьої групи (30ХМ, 40ХГ, 40ХГТ) критичний діаметр збільшується до 25мм, а перехідна температура холодноламкості знижується до -50оС. У ці сталі для підвищення прогартовуваності додатково вводять марганець, а для зниження відпускної крихкості – молібден. Такі сталі, леговані, окрім цього, ще і кремнієм, називають хромансилами (20ХГС, 30ХГС). Ці сталі добре зварюються, мають міцність в = 1200 МПа і ударну в'язкість КСU = 0,4 МДж/м2.
Четверту групу складають хромонікелеві сталі, які містять до 1,5% Ni (40ХН, 40ХНМ). Критичний діаметр в цих сталях перевищує 40 мм, а перехідна температура холодноламкості досягає -70оС.
До п'ятої групи відносять комплексно леговані сталі, які містять до 4%Ni (38ХН3М, 38ХН3МФА). Критичний діаметр цих сталей більше 100мм, а t50,оС нижче -100оС. З цих сталей виготовляють складні за конфігурацією і великі за перетином деталі, які гартуються в маслі.