Конструкционные стали

Стали, легированные бором. Бор увеличивает прокаливаемость стали. Легирование бромом повышает прочностные свойства после закалки и низкого отпуска, не изменяя или несколько снижая вязкость и пластичность. Бор делает сталь чувствительной к перегреву. Легирование бористой стали титаном повышает ее устойчивость против перегрева. Дополнительное легирование стали никелем повышает прокаливаемость, пластичность и вязкость. 

 

 

4. Конструкционные машиностроительные стали и сплавы

специального  назначения

Специальное назначение конструкционных  сталей и сплавов определяется требованием  к конкретному комплексу механических, физических, физико-химических и технологических  свойств, необходимому для эксплуатации изделий в строго определенных условиях, например, при очень высоких напряжениях, низких или повышенных температурах, динамических или гидроабразивных  нагрузках, для специального назначения в приборах и аппаратах электро- и радиотехнической промышленности.

В зависимости от химического  состава сплавы этой группы подразделяют на классы по основному составляющему  элементу:

-сплавы на железоникелевой основе;

-сплавы на никелевой основе.

Классификация машиностроительных сталей и сплавов по основному  потребительскому свойству имеет следующие  группы; особо высокой прочности и вязкости, коррозионностойкие (в том числе, собственнокоррозионностойкие, жаростойкие, жаропрочные и криогенные), износостойкие, пружинные, автоматные, шарикоподшипниковые и литейные.

 

4.1 Мартенситностареющие высокопрочные стали

Мартенситностареющие стали  представляют собой сплавы железа с  никелем (8 – 20%), а часто и с  кобальтом. Для протекания процесса старения в мартенсите сплавы дополнительно  легируют Ti, Be, Al, Nb, W, Mo. 
Никель и кобальт способствуют упрочнению при старении и одновременно повышают сопротивление хрупкому разрушению.  
Хром (легирование до12%)  упрочняет мартенсит сталей Fe – Ni – Ti и Fe – Ni – Al при старении повышает сопротивление коррозии даже в сильно агрессивных средах (морской воде, кислотах и др).

Мартенситностареющие стали - особо высококачественные и из-за высокой стоимости применяются для деталей наиболее ответственного назначения: Н18К9М5 - шестерни, валы, корпуса ракет; Н10Х12Д2Т - детали химической аппаратуры, пружины; Н4Х12К15М4Т - штампы горячего деформирования, детали теплоэнергетических установок и др.

Мартенситностареющие стали  применяют в авиационной промышленности, в ракетной технике, в судостроении, в приборостроении, в приборостроении  для упругих элементов, в криогенной технике.

 

4.2Коррозионностойкие стали

Коррозионностойкие стали  и ставы (ГОСТ 5632-72), в том числе высоколегированные, обладают достаточной стойкостью против коррозии только в ограниченном числе сред. Они обязательно имеют в своем составе более 12,5%Сг, роль которого состоит в образовании на поверхности изделия защитной (пассивной) оксидной пленки, прерывающей контакт с агрессивной средой. При этом лучшей стойкостью против коррозии обладают те стали и сплавы, в которых все содержание хрома приходится на долю твердого раствора. Содержание углерода должно быть низким, чтобы уменьшить переход хрома в карбиды, так как это может уменьшить концентрацию хрома в защитной пленке. Для предотвращения выделений карбидов хрома используют также быстрое охлаждение из области g-твердого раствора или легирование титаном, ванадием, ниобием или цирконием для связывания углерода в более устойчивые карбиды.

Физико-химические свойства коррозионностойких сталей меняются в  довольно широком диапазоне в  зависимости от структуры. Структура для наиболее характерных сплавов этого назначения может быть: ферритно-карбидной и мартенситной (12Х13, 20Х13, 20Х17Н2, 30Х13, 40Х13, 95Х18 - для слабых агрессивных сред (воздух, вода, пар); ферритной (15Х28) - для растворов азотной и фосфорной кислот; аустенитной (12Х18Н10Т) - в морской воде, органических и азотной кислотах, слабых щелочах; мартенситно-стареющей (10Х17Н13МЗТ, 09Х15Н8Ю) - в фосфорной, уксусной и молочных кислотах. Сплав 06ХН28МТ может эксплуатироваться в условиях горячих (до 60°С) фосфорной и серной (концентрации до 20%) кислот.

Коррозионная стойкость  сталей может быть повышена термической  обработкой  и созданием шлифованной  поверхности.

Коррозионностойкие стали и сплавы классифицируют в зависимости от агрессивности среды, в которой они используются, и по их основному потребительскому свойству на собственно коррозионностойкие, жаростойкие, жаропрочные и криогенные.

Изделия из собственно коррозионностойких сталей (лопатки турбин, клапаны  гидравлических прессов, пружины, карбюраторные иглы, диски, валы, трубы и др.) работают при температуре эксплуатации до 550°С.

 

4.3 Жаростойкие стали

Для жаростойких и жаропрочных  машиностроительных сталей используются малоуглеродистые (0,1 ...0,45% С) и высоколегированные (Si, Cr, Ni, Co и др.).

Жаростойкие (окалиностойкие) стали и сплавы получают на базе системы Fe + Cr * Ni с небольшим количеством кремния. Основным потребительским свойством этих сталей, является температура эксплуатации, которая должна быть более 550°С.  Жаростойкие стали устойчивы против газовой коррозии до 900...1200°С в воздухе, печных газах, в том числе, серосодержащих (15Х5, 15Х6СМ, 40Х9С2, ЗОХ13Н7С2, 12Х17, 15Х28), окислительных  и науглероживающих (20Х20Н14С2) средах, но могут проявлять   ползучесть при приложении больших нагрузок.

Жаростойкие стали характеризуют  по температуре начала интенсивного окисления. Величина этой температуры  определяется содержанием хрома  в сплаве. Так при 15% Cr температура эксплуатации изделий составляет 950°С, а при 25% Cr - 1300°С.

Жаростойкие стали и сплавы используются для производства труб, листов, деталей высокотемпературных установок, газовых турбин и поршневых двигателей, печных конвейеров, ящиков для цементации и др.

Жаропрочные стали должны обладать высоким сопротивлением химической коррозии, но вместе с тем, обеспечивать надежную работу под нагрузкой (то есть иметь достаточно высокие пределы ползучести и длительной прочности) при температурах эксплуатации выше 400...450°С.

Жаропрочные стали и сплавы в своем составе обязательно  содержат никель, который обеспечивает существенное увеличение предела длительной коррозионной прочности при незначительном увеличении предела текучести и  временного сопротивления, и марганец. Они могут дополнительно легироваться молибденом, вольфрамом, ниобием, титаном, бором, йодом и др. Так микролегирование бором, а также редкоземельными и некоторыми щелочноземельными металлами повышают такие характеристики, как число оборотов при кручении, пластичность и вязкость при высоких температурах. Механизм этого воздействия при микролегировании основан на рафинировании границ зерна и повышении межкристаллитной прочности. Химический состав и структура этих сталей весьма разнообразны.

Эти стали классифицируют по температуре эксплуатации (ГОСТ 20072-74): при 400...550°С - 15ХМ, 12Х1МФ, 25Х2М1Ф, 20ХЗМВФ; при 500...600°С - 15Х5М, 40Х10С2М, 20Х13; при 600:..650°С -12Х18Н9Т, 45Х14Н14В2М, 10Х11Н23ТЗМР, ХН60Ю, ХН70Ю, ХН77ТЮР, ХН56ВМКЮ. ХН62МВКЮ.

Жаропрочные стали и сплавы применяются для изготовления труб, клапанных, паро- и газотурбинных деталей (роторы, лопатки, диски и др.), листов, печных конвейеров, деталей высокотемпературных установок, поршневых двигателей, ящиков для цементации и др.

 

4.4 Криогенные машиностроительные стали и сплавы

Криогенные машиностроительные стали и сплавы (ГОСТ 5632-72) по химическому составу являются низкоуглеродистыми (0,10% С) и высоколегированными (Cr, Ni, Mn и др.) сталями аустенитного класса (08Х18Н10, 12Х18Н10Т, ОЗХ20Н16АГ6, ОЗХ13АГ19 и др.). Основными потребительскими свойствами этих сталей являются пластичность и вязкость, которые с понижением температуры (20...-196°С) либо не меняются, либо мало уменьшаются, т.е. не происходит резкого уменьшения вязкости, характерного при хладноломкости. Например, для криогенных сталей (ОН6А, ОН9А) после соответствующей термической обработки (двойная нормализация и отпуск или закалка в воде и отпуск) характерно при понижении температуры повышение предела ползучести от 400 до 820 МПа. Криогенные машиностроительные стали классифицируют по температуре эксплуатации в диапазоне -196...-296°С и используют для изготовления деталей криогенного оборудования.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

 

Конструкционные стали и  сплавы - это материалы с целой  гаммой свойств, и в зависимости  от количества примесей обладают теми или иными качествами, как например, прочность, износостойкость, твёрдость, хрупкость. К тому же они сравнительно недороги.

Благодаря этим достоинствам стали - основной металлический материал промышленности.

 

 

Список литературы

 

1. Колесов С.Н. Материаловедение  и технология конструкционных  материалов. - М.: Высшая школа, 2004. - 512с.

2. Арзамасов Б.Н.  Материаловедение.- М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2003. - 648с.

3. Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедение.- М.: Машиностроение, 1980.- 250с.

4. Кнорозов Б.В., Усова Л.Ф. Технология металлов и материаловедение.- М.: Металлургия, 1987.- 249с.

5. Сорокин В.Г. Стали и сплавы. Марочник.- М.: Интермет Инжиниринг, 2001.-74с.