Легированные стали.

Легированными называются стали, в которые для изменения структуры и свойств, кроме углерода, специально вводят в заданных концентрациях другие элементы, получившие название легирующих.

В результате легирования изменяются физические, механические и технологические свойства стали. Изменение свойств стали при ее легировании определяется влиянием легирующих элементов как на свойства фаз, так и на условия протекания фазовых превращений.

По количеству легирующих элементов различают:

1) низколегированные стали, содержание легирующих элементов до 2,5%;

2) среднелегированные – 2,5÷10% легирующих элементов;

3) высоколегированные – содержат более 10% легирующих элементов.

Чем больше легирующих элементов в стали, тем выше ее прокаливаемость.

По химическому составу легированные стали разделяют на тройные, содержащие один легирующий элемент (хромистые, никелевые, молибденовые); четверные, содержащие два легирующих элемента (хромоникелевые, хромомарганцевые и т.д.); и сложные, содержащие три, четыре и более легирующих элементов (хромомарганцевоникельтитановая сталь и т.д.).

По назначению различают три группы сталей:

1) конструкционные (машиностроительные и строительные):

а) цементуемые;

б) улучшаемые;

в) высокопрочные;

2) инструментальные;

3) стали с особыми свойствами.

Для обозначения марок стали согласно ГОСТа 4523-71 принята буквенно-цифровая система. Легирующие элементы обозначают следующими буквами русского алфавита:

А – азот Е – селен Р – бор Ц – цирконий

Б – ниобий К – кобальт С – кремний Ю – алюминий

В – вольфрам М – молибден Т – титан

Г – марганец Н – никель Ф – ванадий

Д – медь П – фосфор Х – хром

Первые две цифры в обозначении марки легированной стали показывают содержание углерода для конструкционных сталей – в сотых долях процента, для инструментальных – в десятых долях процента.

Буквы обозначают присутствие в стали определенного элемента. Если содержание легирующего элемента больше 1%, то после буквы указывается его среднее значение в целых процентах. Если содержание легирующего элемента около 1% или меньше, то после соответствующей буквы цифра не ставится.

Буква А, стоящая в конце марки, означает, что сталь высококачественная. Буква Ш в конце марки, поставленная через дефис, указывает, что сталь относится к категории особовысококачественных. Сталь, не содержащая в конце марки букв А или Ш, относится к категории качественных.

Некоторые группы сталей содержат в марке дополнительные обозначения, характеризующие группу или тип сталей. Марки автоматных сталей начинаются с буквы А, шарикоподшипниковых – с буквы Ш, быстрорежущие – с буквы Р, электротехнические – с буквы Э, магнитные – с буквы Е.

Например, сталь 38ХН3МФА – 0,38% С; Cr, Mo и V по 1%; Ni -3%; сталь высококачественная.

10.1. Цементуемые легированные стали.

Цементуемые стали применяют для изготовления деталей, работающих на износ и подвергающихся действию переменных и ударных нагрузок. Такие детали должны иметь высокую поверхностную твердость и прочность при достаточной вязкости сердцевины. Требуемые свойства цементованная сталь приобретает в результате последующей термической обработки, состоящей из закалки и низкого отпуска.

Цементации подвергают низкоуглеродистые стали с содержанием 0,08-0,25%С, это дает возможность получить вязкую сердцевину.

Цементуемые легированные стали применяют для более крупных и тяжело нагруженных деталей, в которых необходимо иметь, кроме высокой твердости поверхности, достаточно прочную сердцевину.

Хромоникелевые стали 20ХН, 12ХН3А, 20ХН3А, 12Х2Н4А, 20Х2Н4А применяют для изготовления деталей средних и больших размеров работающих на износ при высоких нагрузках (зубчатые колеса, шлицевые и другие валы, поршневые кольца и др.). Они являются лучшими конструкционными сталями, но из-за дефицитности никеля их применяют ограниченно.

Хромомарганцевые стали с небольшими добавками титана – 18ХГТ, 25ХГТ или молибдена – 25ХГМ экономнолегированны, и их широко используют для замены хромоникелевых сталей. Вместо никеля в них введен марганец. Хромомарганцевые стали с титаном и молибденом применяют для ответственных деталей крупносерийного и массового производства, в автомобильной и тракторной промышленности, а также в станкостроении (зубчатые колеса, валы).

В автомобильной и тракторной промышленности нашли применение также стали 15ХГН2ТА, 25ХГНТА эти стали приближаются по своим механическим и технологическим свойствам к хромоникелевым.

На ВАЗе широко применяют стали 20ХГНМ, 19ХГН.

Хромоникельмолибденовую (вольфрамовую) сталь 18Х2Н4МА (18Х2Н4ВА) применяют для изготовления наиболее ответственных высоконагруженных деталей (валы ротора, коленчатые валы, валы редуктора, шестерни, зубчатые колеса авиадвигателей, судовых редукторов и т.п.)

10.2. Улучшаемые легированные стали.

Улучшаемыми конструкционными сталями называют стали, используемые после закалки и высокого отпуска (улучшения). Эти стали содержат 0,3÷0,5%С и не более 5% легирующих элементов.

Улучшаемые легированные стали предназначены для изготовления ответственных деталей машин (валов, штоков, шатунов и т.п.), работающих в условиях циклических или ударных нагрузок, концентрации напряжений, а в некоторых случаях при пониженных температурах. Поэтому они должны иметь предел текучести, в сочетании с высокой пластичностью, вязкостью, малой чувствительностью к надрезу.

Высокий комплекс механических свойств, обеспечиваемый улучшением, возможен лишь при сквозной прокаливаемости, поэтому она служит важнейшей характеристикой этих сталей. Кроме прокаливаемости, важно обеспечить в сталях мелкое зерно и не допустить развитие отпускной хрупкости.

Для изготовления средненагруженных деталей применяют хромистые стали марок 30Х, 38Х, 40Х и 50Х.

Хромистые стали склонны к отпускной хрупкости, поэтому после высокого отпуска охлаждение должно быть быстрым: для мелких деталей – в масле, для крупных - в воде.

Сталь 30Х рекомендуется для изготовления деталей, относительно небольших размеров (оси, валики, рычаги, болты, гайки). Стали 38Х и 40Х обладают повышенной прочностью, их применяют для коленчатых валов, осей, шестерен, болтов, ответственного назначения, а стали 45Х и 50Х – для изделий, работающих на износ без значительных ударных нагрузок (крупные шестерни, некоторые валы).

Хромокремнемарганцевые стали - хромансил – стали 30ХГС, 30ХГСА, 35ХГСА. Хромансилы хорошо свариваются всеми видами сварки, штампуются, удовлетворительно обрабатываются резанием. Их широ-

ко применяют в автомобилестроении: валы, силовые сварные конструкции, детали рулевого управления и др.

Хромоникелевые стали 40ХН, 45ХН и 50ХН применяют для изготовления крупных изделий сложной конфигурации, работающих при вибрационных и динамических нагрузках.

10.3.Стали с особыми свойствами (специальными).

Специальными называют стали с особыми свойствами. К этой группе сталей относят: износостойкие, рессорно-пружинные, шарикоподшипниковые и нержавеющие стали.