7. Рессорно-пружинные стали

Общее требование, предъявляемое к рессорно-пружинным сталям, - обеспечение высокого сопротивления малым пластическим деформаци­ям (предел упругости) и релаксационной стойкости (сопротивление ре­лаксации напряжений). Эти характеристики обеспечивают постоянст­во во времени, точность и надежность работы пружин и рессор, а так­же таких эксплуатационных свойств, как крутящий момент и силовые параметры упругих элементов машин и приборов. Пружинные стали в виде проволоки и ленты упрочняют холодной пластической деформа­цией или закалкой на мартенсит с последующим средним отпуском. Путем пластической деформации особенно широко обрабатывают уг­леродистые стали с 0,65... 1,2 % С (70, 85, У12А). Готовые пружины подвергают стабилизирующему отпуску. Пружинную проволоку пе­ред волочением обычно подвергают патентированию.

Для повышения предела упругости и сопротивления релаксации пружинные стали общего назначения легируют до 2,5 % Si, до 1 % Мп, до 0,5 % Cr, Mo, W или V и микролегируют бором (до 0,003 %) (65Г, 55ХГР, 70СЗА) с целью повышения прокаливаемости. Из таких сталей изготавливают рессоры после ВТМО.

Пружинные стали специального назначения вместе с высокими значе­ниями предела упругости могут иметь высокую коррозионную стойкость, теплостойкость, немагнитность и другие специальные свойства. В промыш­ленности используют мартенситные коррозионно-стойкие стали (30X13, 40X13), аустенитные коррозионно-стойкие стали (12Х18Н9Т, 17Х18Н9), мартенситно-стареющие стали (Х12Н8К5М2ТЮ, Х16К4М4Т2Ю).

Остаточный аустенит в пружинных сталях должен сводиться к ми­нимуму, так как даже в небольших количествах (до 4 %) он значи­тельно понижает предел упругости стали и сопротивление релаксации напряжений.

7. Криогенные стали

К криогенным относятся стали, используемые в машинах и обору­довании для получения, хранения и транспортировки сжиженных га­зов с температурой кипения -80...-269 °С; в космических аппаратах; для охлаждения в сверхпроводящих магнитах; в установках для про­ведения специальных физических экспериментов и др.

Криогенные стали следует отличать от хладостойких сталей (ста­лей северного исполнения) с рабочими температурами до -70 °С.

Рабочие среды и рабочие температуры криогенных сталей - это жид­кие газы: углекислота, -78,5 °С; ацетилен, -84 °С; кислород, -183 °С; ар­гон, -185,7 °С; азот, -196 °С; водород, -253 °С; гелий, -269 °С.

При низких температурах повышаются Go,2, с_в, НВ сталей, при этом сопротивление хрупкому разрушению меняется мало, а пластичность и вязкость снижаются. Важно относительное изменение Оо,2 и с_в с по­нижением температуры: хорошо, когда при этом отношение Со,2 / °в уменьшается, такие материалы могут выдержать значительную пла­стическую деформацию до разрушения.

Основное требование к криогенным сталям - гарантированный за­пас пластичности и вязкости разрушения при рабочих температурах. В условиях работы при низких температурах материал не должен также обладать склонностью к хрупкому разрушению - необходимо, чтобы материалы имели плавную зависимость ударной вязкости от темпера­туры (см. 1.5.2, рис. 1.24) и интервал рабочих температур находился выше порога хладноломкости стали.

В большинстве случаев в качестве криогенных материалов приме­няют аустенитные Cr-Ni-, Сг-Мп-, Cr-Ni-Mn-стали и стали, легирован­ные никелем. Реже - ферритные стали, обладающие более низкой вяз­костью при криогенных температурах.

Аустенитные хромоникелевые стали (08Х18Н10, 08X18Н20 и др.) имеют невысокую прочность при комнатной температуре (Оо,2 ~ 200...400 МПа, а_в ~ 600...800 МПа), поэтому для работы при криогенных температурах их упрочняют холодной пластической де­формацией. Аустенитную структуру получают закалкой с температур

1000. . 1180 °С. Высокое содержание хрома (18...25 %) и никеля (14...25 %) в этих сталях делает аустенит стабильным, полностью по­давляя мартенситное превращение в процессе холодной пластической деформации и при эксплуатации. Вследствие высокого сопротивления хрупкому разрушению аустенитные хромоникелевые стали применя­ют до температуры -269 °С (при -269 °С KCU > 1 МДж/м² при полно­стью вязком изломе).

Аустенитные Сг-Мп-, Cr-Ni-Mn-стали (10Х14Г14Н4Т, 07Х21Г7АН5, 03Х13АГ19 и др.) по прочностным и пластическим свойствам (<Зо,2 ~ 290...410 МПа, а_в ~ 720...900 МПа) не уступают некоторым Cr-Ni-сталям, обладая более низкой устойчивостью аустенитной структу­ры из-за частичной или полной замены никеля марганцем. Но при полной замене никеля марганцем возникает опасность хрупкого разрушения при низких температурах, поэтому эти стали применяют в криогенном маши­ностроении при температурах эксплуатации не ниже -196 °С. Хромони- кельмарганцевые стали, содержащие азот, можно рассматривать как криогенные стали повышенной прочности, так как они имеют значитель­но более высокие значения предела текучести при комнатной температу­ре, чем аустенитные хромоникелевые стали. Термическая обработка этих сталей обычно заключается в закалке от 1050... 1150 °С с охлаждением в воде для фиксации гомогенного твердого раствора.

Широкое распространение в качестве конструкционного материала для использования при низких температурах получили низкоуглеро­дистые Fe-Ni-стали, содержащие 3,5...9 % Ni, с феррито-аустенитной структурой типа «микродуплекс» (пакетный мартенсит с прослойками

10. .20 % стабильного аустенита), получаемой термической обработ­кой. Эти стали обычно подвергают нормализации при температуре

850. .900 °С или двойной нормализации с отпуском при 550...600 °С (что соответствует двухфазной (а-у)-области диаграммы состояния). Никелевые стали обладают хорошей технологичностью и имеют более высокие прочностные свойства по сравнению с хромоникелевыми ау- стенитными сталями. Практическое применение для изготовления криогенного оборудования получили стали с 6 и 9 % Ni. Благодаря хорошей свариваемости, достаточной прочности и ударной вязкости стали 0Н6 и 0Н9 эксплуатируют до температуры -196 °С.