Задание 2

Выбрать экономичную сталь повышенной прочности (s_в ³ 500 МПа) для сварных несущих конструкций грузовых автомобилей (поперечины рам, лонжероны) и подъемно-транспортного оборудования (балки мостов кранов, опорные конструкции конвейеров). Материал должен обеспечивать надежную работу конструкции в условиях низких температур. Привести марку стали, химический состав, назначение легирующих элементов. Описать механические и технологические свойства стали. Указать возможный режим термической обработки для улучшения эксплуатационных свойств стали.

ОТВЕТ:

Для предложенных условий подходит конструкционная низколегированная сталь для сварных конструкций – 15ХСНД (s_в = 500 МПа).

Назначение: элементы сварных металлоконструкций и различные детали, к которым предъявляются требования повышенной прочности и коррозионной стойкости с ограничением массы и работающие при температуре от –70 до 450°С

Содержание углерода (15) – 0,15%. Содержание легирующих элементов: хром (Х), кремний (С) и никель (Н) до 1%, медь (Д) до 0,5%.

Никель, медь и хром оказывают положительное влияние на хладостойкость стали. Кремний оказывает вредное влияние на порог хладноломкости, но это начинает проявляться при содержании его в стали более 0,8 %. В данном случае кремний вводят для упрочнения стали, при этом мало изменяются пластические свойств, а ударная вязкость KCU снижается. Введение меди и никеля повышают коррозионную стойкость стали в атмосферных условиях.

Все легирующие элементы улучшают прокаливаемость стали.

Сталь 15ХСНД как правило поступает после закалки и отпуска, что значительно повышает ее прочность, понижает порог хладноломкости и уменьшает склонность к старению.

Низколегированные стали, как и углеродистые, следует закали­вать в воде (и лишь при малых размерах – в масле), так как малая устойчивость переохлажденного аустенита в районе перлитного распада (600 °С) требует быстрое охлаждение при закалке.

Закалка стали на мартенсит – это первый этап термической обработки конструкционной стали. Низкая пластичность, значи­тельные внутренние напряжения не допускают применения кон­струкционной стали только в закаленном состоянии. Необходим отпуск, повышающий пластичность и вязкость и уменьшающий внутренние напряжения. Таким образом, отпуск – завершающая операция термической обработки конструкционной стали, окончательно формирующая ее свой­ства.

Температуры критических точек 15ХСНД: Ас₁ = 730 ⁰С, Ас₃ = 885 ⁰С. Исходная структура ферритно-цементитная.

Сталь доэвтектоидная поэтому проводим полную закалку Ас₃ + 50⁰С от температуры 900-930 ⁰С в воде. В результате полученная структура мартенсит – отличается высокой твердостью, прочностью и малой пластичностью

После закалки проводим высокий отпуск при 550-650 ⁰С. Структура стали после высокого отпуска представляет собой однородный сорбит отпуска с зернистым строением цементита. Область применения высокого отпуска – конструкционные стали, детали из которых подвергают действию высоких напряжений и ударным нагрузкам. Термическая обработка, состоящая из закалки с высоким отпуском, улучшающая общий комплекс механических свойств (высокий отпуск повышает вязкость стали; прочность и твердость ее немного снижаются, но остаются все же значительными), является основным видом термической обработки конструкционных сталей – называется улучшением стали.