Учебники по популярным профессиям
на asv0825.ru

Слесарное дело

       

§ 6. Легированные стали

Для изготовления различных машин, инструментов, аппаратов, приборов, металлических конструкций и другого оборудования широко применяются легированные стали, обладающие высокими механическими, физическими и химическими свойствами.

Элементы, специально вводимые в сталь для получения требуемых свойств, называются легирующими.

Влияние легирующих элементов на свойства стали

Основные цели легирования:

  1. повысить прочность стали без применения термической обработки;
  2. увеличить прокаливаемость стали, повысить прочность, твердость и ударную вязкость;
  3. придать стали специальные свойства: жаропрочность, окалиностойкость, коррозионную устойчивость, магнитные свойства и др.

Хром (Сг) повышает твердость, прочность и пластичность, сохраняет вязкость, увеличивает сопротивляемость стали коррозии, повышает прокаливаемость, позволяет производить закалку в масле, что значительно снижает возможность деформации деталей.

Вольфрам (W) повышает твердость, прочность, красностойкость и текучесть, не снижая вязкости, позволяет получать сквозную прокаливаемость и осуществлять закалку на воздухе.

Никель (Ni) повышает прочность, вязкость, жаропрочность, уменьшает коробление детали при закалке; сталь, содержащая 36% никеля, обладает минимальным коэффициентом расширения и имеет постоянный, не зависящий от повышения температуры, модуль упругости.

Молибден (Мо) повышает прочность при высоких температурах и текучесть, не снижая вязкости, увеличивает сопротивление ползучести? позволяет получить сквозную прокаливаемость, уменьшает склонность к отпускной хрупкости.

Ванадий (Va) способствует повышению прочности при высоких температурах и красностойкости, уменьшает склонность стали к перегреву, что облегчает проведение термической обработки.

Марганец (Мп) при содержании его в стали свыше 1% повышает твердость, износоустойчивость, стойкость при ударных нагрузках без снижения пластичности, увеличивает прокаливаемость, но делает сталь более чувствительной к перегреву при термической обработке.

Кремний (Si) повышает износостойкость, увеличивает жаростойкость, если ввести его в сталь совместно с хромом, повышает электросопротивление и магнитную проницаемость.

Кобальт (Со) повышает окалиностойкость (способность сопротивляться окислению при высоких температурах), магнитные свойства, увеличивает сопротивление удару.

Титан (Ti) увеличивает прочность и плотность стали, повышает обрабатываемость и сопротивление коррозии.

Ниобий (Nb) повышает сопротивление коррозии.

Бор (В) значительно повышает прокаливаемость и прочность при высоких температурах, не снижая заметно пластичности и вязкости.

Алюминий (Аl) повышает окалиностойкость, совместное введение с кремнием способствует коррозионной стойкости.

Классификация и маркировка легированных сталей

По назначению легированные стали делят на три группы: конструкционные, инструментальные и стали с особыми свойствами.

По содержанию легирующих элементов легированные стали делят также на три группы:

  1. Низколегированные стали, содержащие легирующих элементов до 2,5%, выпускаются по ГОСТ 5058—65. По механическим свойствам эти стали превосходят углеродистую сталь, хорошо свариваются, лучше сопротивляются коррозии, широко применяются в машиностроении, судостроении, в строительстве гражданских и промышленных сооружений.
  2. Среднелегированные, содержащие легирующих элементов от 2,5 до 10%.
  3. Высоколегированные, содержащие легирующих элементов более 10%.

По химическому составу и механическим свойствам легированные стали делятся на качественные и высококачественные.

Легированные конструкционные стали

Легированные конструкционные стали выплавляют в мартеновских и электропечах. Основным требованием, предъявляемым к этим сталям, является сочетание высокой прочности, твердости и вязкости; кроме того, эти стали должны обладать хорошими технологическими и эксплуатационными свойствами, а также быть дешевыми.

Конструкционные легированные стали делят на строительные и машиностроительные. Первые применяются для изготовления стальных конструкций зданий и сооружений, вторые широко используются в различных отраслях машиностроения — автомобильной, авиационной, автотракторной, станкостроительной и др.

Ниже приводится несколько примеров обозначений и использования некоторых марок легированных конструкционных сталей: 10Г2, 40Г2, 50Р2 — марганцовистая сталь, используется для изготовления вагонных осей, шатунов, карданных валов и др.

15Х, 20Х, 35ХРА — хромистая сталь, используется для изготовления шестерен, валов, болтов, кривошипов и др.

ЗОХГСА, ЗОХГСНА — хромокремнемарганцевая сталь, используется для изготовления деталей тракторов, гусениц, кривошипных валов и т. д.

20ХНЗА, ЗОХНЗА — цементируемые детали повышенной прочности (шестерни, валы, штоки, кривошипы).

В марках легированных сталей первые две цифры обозначают среднее содержание углерода в сотых долях процента, следующие за ними буквы русского алфавита указывают на наличие в стали легирующих элементов, при этом буква А означает азот, Б — ниобий, В — вольфрам. Г— марганец, Д — медь, Е — селен, Л — бериллий, М — молибден, Н — никель, П — фосфор, Р — бор, С — кремний, Т — титан, Ф — ванадий, Ц — цирконий, Ю — алюминий; цифра, стоящая после буквы, указывает (приблизительно) содержание легирующего элемента в процентах, если содержание его больше 1 %; если легирующего элемента в стали содержится менее 1%, то цифра не ставится; буква А в конце марки указывает, что сталь высококачественная.

Легированные инструментальные стали

По назначению легированные инструментальные стали делят на две группы: 1) для режущего и измерительного инструмента. 2) для штампового инструмента.

Легированные стали для режущего инструмента характеризуются высокой износостойкостью и твердостью, не снижающейся при высоких температурах, имеют достаточную вязкость.

Для изготовления режущих инструментов наиболее широко применяют стали марок: X, 9ХС, ХВ5, ХВГ.

К группе легированных инструментальных сталей относится быстрорежущая сталь, предназначенная для изготовления инструмента, работающего с высокими скоростями резания и большими подачами, (токарные резцы, сверла, фрезы, зенкеры и др.). Эта сталь сохраняет высокую твердость при температуре до 600° С.

Быстрорежущие стали, кроме незначительного количества примесей фосфора, серы, кремния, содержат 0,7—1,55% углерода и легирующие элементы: хром, вольфрам, ванадий, кобальт, молибден и никель.

Марки этих сталей: Р18, Р9, Р12, Р9Ф5, Р6МЗ, Р14Ф4, Р18Ф2,, Р9К5, Р9К10, Р10К5Ф5, Р18К5Ф2. В марке стали буква Р обозначает, что сталь быстрорежущая, следующая за ней цифра указывает среднее содержание вольфрама в процентах, цифра после букв Ф и К указывает соответственно среднее содержание ванадия и кобальта.

Стали для штампов делятся на три группы: а) для штампов холодной штамповки; б) для штампов горячей штамповки; в) для ударного инструмента.

Стали для изготовления штампов холодной штамповки должны обладать высокой твердостью, износоустойчивостью при достаточной вязкости и хорошо прокаливаться; к ним относятся марки У10, У10А, У12, У12А, а также легированные — 9Х, Х6ВФ, Х12, Х12М, Х12Ф1 и др.

Стали для штампов горячей штамповки должны иметь высокие механические свойства при повышенных температурах, выдерживать многократные нагревы (термическая стойкость), высокую прокаливаемость, не давать трещин при местном нагреве, сохранять стабильные размеры.

К этим сталям относятся: 5ХГМ, 5ХНВ, 5ХНСВ, 4Х8В2, 4ХС, 4Х5В2ФС и др.

Стали для измерительных инструментов должны обладать высокой твердостью, износоустойчивостью и сохранять свои размеры в процессе работы.

Измерительные инструменты изготовляют из следующих сталей: X, ХГ, 9ХВГ, ХВГ — для калибров и плиток высокой точности; 38ХВФЮА, 120ХГ — для калибров — колец; X — для лекал сложной формы; 4X13, Х18 — для инструментов, устойчивых против коррозии.

Стали с особыми свойствами

К легированным сталям с особыми свойствами относятся коррозионностойкие (нержавеющие), жаростойкие (окалиностойкие) и жаропрочные, стали с особыми магнитными свойствами, сплавы с высоким электросопротивлением и др.

Коррозионностойкие стали применяются для изготовления деталей, работающих в средах, вызывающих коррозию: в пресной и морской воде, атмосфере воздуха и водяного пара, разных газов, в растворах кислот и солей и т. п.

Стойкость против коррозии обеспечивается введением в сталь значительного количества хрома (от 6 до 28%), никеля, титана и др.

Высокая стойкость против коррозии высокохромистых сталей обеспечивается образованием на их поверхности тонкой и прочной пленки окиси хрома.

Наиболее широко применяют коррозионностойкие стали 0X13, 1X13, 2X13, 9X18, Х17, Х28, Х25Т, Х18Н10Т, Х18Н9 и др. (ГОСТ 5632—61).

Жаростойкие стали (окалиностойкие) характеризуются способностью сопротивляться образованию окалины и механическому разрушению при высоких температурах.

Эти стали, получаемые введением хрома, никеля, кремния, алюминия, образуют на поверхности детали при высоких температурах плотную, прочную пленку, обладающую хорошими защитными свойствами против образования окалины.

Из жаростойких сталей изготовляют клапаны выпуска- для двигателей внутреннего сгорания (марки 4Х9С2, 4Х10С2М, 3X13H7C2, 1Х12СЮ), детали котельных установок и трубы (Х6СЮ, Х25Н20С2, Х23Н13), печные конвейеры, ящики для цементации (Х20Н14С2, 4Х18Н25С2), детали газовых систем, аппаратуру (ХН60Ю, ХН75МБТЮ, ХН70Ю) и другие изделия и детали, работающие при высоких температурах.

Особую группу составляют окалиностойкие стали с высоким омическим электросопротивлением (ГОСТ 9232—59), содержащие хром и алюминий (Х13Ю4, 0Х23Ю5, 0Х27Ю5А), никель и хром (Х20Н80, Х15Н60). Их используют для изготовления проволоки и лент нагревательных бытовых приборов, лабораторных печей и реостатов.

Жаропрочные стали предназначаются для изготовления деталей, работающих в условиях высоких температур и длительных постоянных или переменных нагрузок. К таким деталям относятся лопатки и диски газовых и паровых турбин и реактивных двигателей, детали выхлопных систем, трубы печей, аппаратов нефтеперерабатывающих заводов, крепежные детали; работающие при высоких температурах.

Применяются следующие марки жаропрочных сталей: X5Mi Х5ВФ, Х6СМ, 4Х10С2М, 1Х12Н2ВМФ, 1X11МФ, 1X113, 2X13, Х12Н22ТЗМР и многие другие.

Магнитные стали (ГОСТ 6862—54)—стали, имеющие высо4 кие магнитные свойства; применяются для изготовления электрических машин и аппаратов.

Различают магнитомягкие стали и магнитотвердые.

Магнитомягкие стали обладают высокой магнитной проницаемостью, из них изготовляют электромагниты, сердечники трансформаторов и якоря электромашин. К этой группе относятся электротехнические стали (ГОСТ 802—58), представляющие сплав углерода (не более 0,1%) и кремния (0,8—4,8%). Эта сталь поставляется в виде листов (марки Э12, Э13, Э21, Э42 и др.). В марке буква Э означает, что сталь электротехническая, первая за буквой цифра (1, 2, 3, 4) показывает среднее содержание кремния в процентах; вторые цифры за буквой характеризуют средние потери при перемагничивании.

Магнитотвердые стали применяют для изготовления постоянных магнитов; к ним относятся стали EX, ЕХЗ, ЕХ5К5, Е7В6, ЕХ9К15М.

Рейтинг@Mail.ru
Рейтинг@Mail.ru