Стали и сплавы

Хромованадиевые стали. Легирование хромистой стали  ванадием (0.1-0.2%) улучшает механические свойства (сталь 20ХФ) . Кроме того, хромованадиевые стали менее склонны к перегреву. Используют только для изготовления сравнительно небольших деталей.  

Хромоникелевые  стали применяются для крупных  деталей ответственного значения, испытывающих при эксплуатации значительные динамические нагрузки. Повышенная прочность, пластичность и вязкость сердцевины и цементированного слоя. Стали малочувствительны к перегреву при длительной цементации и не склонны к перенасыщению поверхностных слоев углеродом Сталь 12Х2Н4А — s  в  =1150МПа, s  0.2  =950МПа, d=10%, y=50%.  

Хромомарганцевые  стали применяют во многих случаях  вместо дорогих хромоникелевых. Однако они менее устойчивы к перегреву  и имеют меньшую вязкость по сравнению  с хромоникелевыми.  

В автомобильной  и тракторной промышленности, в станкостроении применяют стали 18ХГТ и 25ХГТ.  

Сталь 25ХГМ — s  в  =1200МПв, s  0.2  =1100МПа, d=10%, y=45%.  

Хромомарганцевоникелевые  стали. Повышение прокаливаемости  и прочности хромомарганцевых сталей достигается дополнительным легированием их никелем.  

На ВАЗе широко применяют стали 20ХГНМ, 19ХГН  и 14ХГН.  

После цементации эти стали имеют высокие  механические свойства.  

Сталь 15ХГН2ТА — s  в  =950МПа, s  0.2  =750МПа, d=11%, y=55%.  

Стали, легированные бором. Бор увеличивает прокаливаемость стали, делает сталь чувствительной к перегреву.  

В промышленности для деталей, работающих в условиях износа при трении, применяют сталь 20ХГР, а также сталь 20ХГНР.  

Сталь 20ХГНР — s  в  =1300МПа, s  0.2  =1200МПа, d=10%, y=09%.  

   

Конструкционные (машиностроительные) улучшаемые легированные стали  

Стали имеют высокий предел текучести, малую чувствительность к концентраторам напряжений, в изделиях, работающих при многократном приложении нагрузок, высокий предел выносливости и достаточный запас вязкости. Кроме того, улучшаемые стали обладают хорошей прокаливаемостью и малой чувствительностью к отпускной хрупкости.  

При полной прокаливаемости сталь имеет  лучшие механические свойства, особенно сопротивление хрупкому разрушению — низкий порог хладноломкости, высокое значение работы развития трещины КСТ и вязкость разрушения К  1с  .  

Хромистые стали 30Х, 38Х, 40Х и 50Х применяют  для средненагруженных деталей  небольших размеров. С увеличением  содержания углерода возрастает прочность, но снижаются пластичность и вязкость. Прокаливаемость хромистых сталей невелика.  

Сталь 30Х — s  в  =900МПа, s  0.2  =700МПа, d=12%, y=45%.  

Хромомарганцевые  стали. Совместное легирование хромом (0.9-1.2%) и марганцем (0.9-1.2%) позволяет получить стали с достаточно высокой прочностью и прокаливаемостью (40ХГ) . Однако хромомарганцевые стали имеют пониженную вязкость, повышенный порог хладноломкости (от 20 до -60°С) , склонность к отпускной хрупкости и росту зерна аустенита при нагреве.  

Сталь 40ХГТР — s  в  =1000МПа, s  0.2  =800МПа, d=11%, y=45%.  

Хромокремнемарганцевые  стали. Высоким комплексом свойств  обладают хромокремнемарганцевые стали (хромансил) . Стали 20ХГС, 25ХГС и 30ХГС  обладают высокой прочностью и хорошей  свариваемостью. Стали хромансил применяют также в виде листов и труб для ответственных сварных конструкций (самолетостроение) . Стали хромансил склонны к обратимой отпускной хрупкости и обезуглероживанию при нагреве.  

Сталь 30ХГС — s  в  =1100МПа, s  0.2  =850МПа, d=10%, y=45%.  

Хромоникелевые  стали обладают высокой прокаливаемостью, хорошей прочностью и вязкостью. Они применяются для изготовления крупных изделий сложной конфигурации, работающих при динамических и вибрационных нагрузках.  

Сталь 40ХН — s  в  =1000МПа, s  0.2  =800МПа, d=11%, y=45%.  

Хромоникелемолибденовые стали. Хромоникелевые стали обладают склонностью к обратимой отпускной  хрупкостью, для устранения которой  многие детали небольших размеров из этих сталей охлаждают после высокого отпуска в масле, а более крупные детали в воде для устранения этого дефекта стали дополнительно легируют молибденом (40ХН2МА) или вольфрамом.  

Сталь 40ХН2МА — s  в  =1100МПа, s  0.2  =950МПа, d=12%, y=50%.  

Хромоникелемолибденованадиевые  стали обладают высокой прочностью, пластичностью и вязкостью и низким порогом хладноломкости. Этому способствует высокое содержание никеля. Недостатками сталей являются трудность их обработки резанием и большая склонность к образованию флокенов. Стали применяют для изготовления наиболее ответственных деталей турбин и компрессорных машин.  

Сталь 38ХН3МФА — s  в  =1200МПа, s  0.2  =1100МПа, d=12%, y=50%.  

   

Стали с повышенной обрабатываемостью  резанием  

Наиболее  часто применяют автоматные стали  А12, А20, А40, имеющие повышенное содержание серы (0.08-0.3%) , фосфора (<=0.05%) и марганца (0.7-1.0%) . Сталь 40Г содержит 1.2-1.55% Mn.  

Фосфор, повышая твердость, прочность и  охрапчивая сталь, способствует образованию  ломкой стружки и получению высокого качества поверхности.  

Стали обладают большой анизотропией механических свойств, склонны к хрупкому разрушению, имеют пониженный предел выносливости. Поэтому сернистые автоматные стали применяют лишь для изготовления неответственных изделий — преимущественно нормалей или метизов.  

   

Мартенсито-стареющие высоко прочные стали  

Широкое применение в технике получила высокопрочная  мартенсито-стареющая сталь Н18К9М5Т (<=0.03% С, ~18% Ni, ~9% Co, ~5% Mo, ~0.6 Ti) .  

Кроме стали Н18К9М5Т нашли применение менее легированные мартенсито-стареющие  стали: Н12К8М3Г2, Н10Х11М2Т (s  в  =14001500МПа) , Н12К8М4Г2, Н9Х12Д2ТБ (s  в  =16001800МПа) , KCU=0.350.6 МДж/м  2  , s  0.2  =18002000МПа. Мартенсито-стареющие стали имеют высокий предел упругости s  0.002  =1500МПа.  

Мартенсито-стареющие  стали применяют в авиационной промышленности, в ракетной технике, в судостроении, в приборостроении для упругих элементов, в криогенной технике и т.д. Эти стали дорогостоящие.  

   

Высокопрочные стали с высокой пластичностью (ТРИП- или ПНП-стали)  

Метастабильные  высокопрочные аустенитные стали называют ТРИП-сталями или ПНП-сталями. Эти стали содержат 8-14% Cr, 8-32% Ni, 0.5-2.5% Mn, 2-6% Mo, до 2% Si (30Х9Н8М4Г2С2 и 25Н25М4Г1) .  

Механические  свойства ПНП-сталей: s  в  =15001700МПа, s  0.2  =14001550МПа, d=5060%. Характерным для этой группы сталей является высокое значение вязкости разрушения и предела выносливости.  

Широкому  применению ПНП-сталей препятствует их высокая легированность, необходимость  использования мощного оборудования для деформации при сравнительно низких температурах, трудность сварки. Эти стали используют для изготовления высоконагруженных деталей, проволоки, тросов, крепежных деталей и др.  

   

Рессорно-пружинные  стали общего назначения  

Рессорно-пружинные  стали предназначены для изготовления пружин, упругих элементов и рессор различного назначения. Они должны обладать высоким сопротивлением малым пластическим деформациям, пределом выносливости и релаксационной стойкостью при достаточной пластичности и вязкости.  

Для пружин малого сечения применяют углеродистые стали 65,70,75,85. Сталь 85 — s  0.2  =1100МПа, s  в  =1150МПа, d=8%, y=30%.  

Более часто для изготовления пружин и  рессор используют легированные стали.  

Стали 60С2ХФА и 65С2ВА, имеющие высокую  прокаливаемость, хорошую прочность  и релаксационную стойкость применяют для изготовления крупных высоконагруженных пружин и рессор. Сталь 65С2ВА — s  0.2  =1700МПа, s  в  =1900МПа, d=5%, y=20%. Когда упругие элементы работают в условиях сильных динамических нагрузок, применяют сталь с никелем 60С2Н2А.  

Для изготовления автомобильных рессор широко применяют  сталь 50ХГА, которая по техническим  свойствам превосходит кремнистые стали. Для клапанных пружин рекомендуется  сталь 50ХФА, не склонная к перегреву  и обезуглероживанию.  

   

Шарикоподшипниковые стали  

Для изготовления тел качения и подшипниковых  колец небольших сечений обычно используют высокоуглеродистую хромистую  сталь ШХ15 (0.95-1.0% С и 1.3-1.65% Cr) , а  больших сечений — хромомарганцевую сталь ШХ15СГ (0.95-1.05% С, 0.9-1.2% Cr, 0.4-0.65% Si и 1.3-1.65% Mn) , прокаливающуюся на большую глубину. Стали обладают высокой твердостью, износостойкостью и сопротивлением контактной усталости. К сталям предъявляются высокие требования по содержанию неметаллических включений, так как они вызывают преждевременное усталостное разрушение. Недопустима также карбидная неоднородность.  

Для изготовления деталей подшипников качения, работающих при высоких динамических нагрузках, применяют цементуемые стали 20Х2Н4А  и 18ХГТ. После газовой цементации, высокого отпуска, закалки и отпуска детали подшипника из стали 20Х2Н4А имеют на поверхности 58-62 HRC и в сердцевине 35-45 HRC.  

   

Износостойкие стали  

Для деталей, работающих на износ в условиях абразивного  трения и высоких давлений и ударов, применяют высокомарганцевую литую аустенитную сталь 110Г13Л, содержащую 0.9-1.3% С и 11,5-14.5% Mn. Она обладает следующими механическими свойствами: s  0.2  =250350МПа, s  в  =8001000МПа, d=3545%, y=4050%.  

Сталь 110Г13Л обладает высокой износостойкостью только при ударных нагрузках. При небольших ударных нагрузках в сочетании с абразивным изнашиванием либо при чистом абразивном изнашивании мартенситное превращение не протекает и износостойкость стали 110Г13Л невысокая.  

Для изготовления лопастей гидротурбин и гидронасосов, судовых гребных винтов и других деталей, работающих в условиях изнашивания при кавитационной эрозии, применяют стали с нестабильным аустенитом 30Х10Г10,0Х14АГ12 и 0Х14Г12М, испытывающим при эксплуатации частичное мартенситное превращение.  

   

Коррозийно-стойкие и жаростойкие стали и сплавы  

Жаростойкие стали и сплавы. Повышение окалиностойкости достигается введением в сталь  главным образом хрома, а также  алюминия или кремния, т.е. Элементов, находящихся в твердом растворе и образующих в процессе нагрева  защитные пленки оксидов (Cr, Fe)  2  O  3  , (Al, Fe)  2  O  3  .  

Для изготовления различного рода высокотемпературных  установок, деталей печей и газовых  турбин применяют жаростойкие ферритные (12Х17,15Х25Т и др.) и аустенитные (20Х23Н13,12Х25Н16Г7АР, 36Х18Н25С2 и др.) стали, обладающие жаропрочностью.  

Сталь 12Х17 — s  в  =520МПа, s  0.2  =350МПа, d=30%, y=75%.  

Коррозионно-стойкие  стали устойчивы к электрохимической  коррозии.  

Стали 12Х13 и 20Х13 применяют для изготовления деталей с повышенной пластичностью, подвергающихся ударным нагрузкам (клапанов гидравлических прессов, предметов домашнего обихода) , а также изделий, испытывающих действие слабо агрессивных сред (атмосферных осадков, водных растворов солей органических кислот) .  

Стали 30Х13 и 40Х13 используют для карбюраторных игл, пружин, хирургических инструментов и т.д.  

Стали 15Х25Т и 15Х28 используют чаще без термической  обработки для изготовления сварных  деталей, работающих в более агрессивных  средах и не подвергающихся действию ударных нагрузок, при температуре эксплуатации не ниже -20°С.  

Сталь 12Х18Н10Т получила наибольшее распространение  для работы в окислительных средах (азотная кислота) .  

Сталь 12Х13 — s  в  =750МПа, s  0.2  =500МПа, d=20%, y=65%.  

Коррозионно-стойкие  сплавы на железоникелевой и никелевой основе. Сплав 04ХН40МДТЮ предназначен для работы при больших нагрузках в растворах серной кислоты.