Автоматні сталі

Автоматні сталі відрізняються від звичайних вуглецевих конструкційних сталей підвищеним вмістом сірки й фосфору. (Таблиця 9.)

Характерною рисою автоматних сталей є гарна оброблюваність різанням на металорізальних верстатах. Це пояснюється підвищеним вмістом сірки, яка утворює велику кількість включень сірчистого марганцю MnS, що порушує суцільність металу, а також тим, що фосфор, розчиняючись у фериті, сильно знижує його в'язкість. При механічній обробці автоматних сталей утворюється коротка, ламка стружка, що особливо важливо при роботі на швидкохідних верстатах-автоматах. Поверхня оброблених деталей виходить чистою й рівною. Стійкість ріжучого інструмента при обробці автоматних сталей підвищується, а швидкість різання допускається більшою, чим при обробці звичайних вуглецевих сталей.

Недолік автоматних сталей - знижена пластичність, особливо в поперечному напрямку. Це пов'язане з тим, що велика кількість сірчистих включень утворює полосну структуру. Тому автоматні сталі застосовують для виготовлення маловідповідальних деталей, від яких не вимагають високих механічних властивостей (кріпильні деталі, пальці, втулки й т.п.).

Оброблюваність поліпшують також присадкою до сталі невеликою кількості свинцю.

Високомарганцева зносостійка сталь г13л

Ця сталь, що містить 1-1,4% С и 11-14% Мn і стосовна до аустенітного класу, має високий опір зношування. Характерним для неї є те, що висока зносостійкість сполучається з високою міцністю й низькою твердістю [ϭ~1000 МН/м²(100 кгс/мм²), НВ~210] на противагу загартованим інструментальним сталям, у яких опір зношування обумовлений високою твердістю. Висока зносостійкість сталі Г13Л пояснюється зміцненням (наклепом) аустеніту при пластичній деформації в процесі роботи, у результаті якого він у поверхневому шарі перетворюється в мартенсит. У міру зношування цього шару, мартенсит утворюється в наступному шарі і т.д. При підвищених тисках, наприклад при абразивному зношуванні, ця сталь не має досить високої зносостійкості. Сталь Г13Л застосовують для трамвайних стрілок, щік каменедробарок, козирків ковшів, черпаків і т.п.

Жаростійкі й жароміцні сталі й сплави

До жаростійких (окалиностійких) відносять сталі й сплави, що володіють стійкістю проти хімічного руйнування поверхні в газових середовищах при температурах вище 550°С та працюючі в ненавантаженому або слабо навантаженому стані.

При високій температурі в умовах експлуатації в середовищі нагрітого повітря, у продуктах згоряння палива відбувається окиснення сталі (газова корозія). На поверхні сталі утворюється спочатку тонка плівка окислів, яка із часом збільшується й утворюється окалина.

Здатність сталі пручатися окисненню при високій температурі називається жаростійкістю (окалиностійкість).

Жаростійкість прийнято характеризувати температурою початку інтенсивного окалиноутворення в повітряному середовищі.

На інтенсивність окиснення впливає склад і будова окісної плівки. Якщо вона пориста, окиснення відбувається інтенсивно. Якщо щільна - окиснення вповільнюється або навіть зовсім припиняється.

Для одержання щільної (захисної) окісної плівки сталь легують хромом, також кремнієм або алюмінієм. Ступінь жаростійкості залежить від кількості, що перебуває в сталі легуючого елемента. Так, наприклад, сталь 15х5 зі змістом 4,5-6,0% хрому жаростійка до температури 700°С, сталь 12х17 (17% Сr ) - до 900°С, сталь 15х28 (28% Сr) - до 1100-1150°С (сталі 12х17 і 15х28 є також і нержавіючими). Ще більш високою жаростійкістю (1200°С) мають сплави на нікелевій основі із хромом і алюмінієм, наприклад, сплав ХН7ОЮ (26-29% хрома; 2,8-3,5% алюмінію).

Структура сталі на жаростійкість не впливає.

До жароміцних відносять сталі й сплави, здатні працювати в навантаженому стані при високих температурах протягом певного часу, що й володіють при цьому достатньою жаростійкістю.

На відміну від міцності при нормальній (кімнатної) температурі, міцність при високих температурах, тобто опорі механічним навантаженням при високих температурах, називають жароміцністю.

Характерним є, не тільки зменшення міцності сталі при високих температурах, але й вплив на міцність сталі при високих температурах та тривалій дії прикладеного навантаження. В останньому випадку під дією постійного навантаження сталь "повзе", тому дане явище назване повзучістю. Отже, повзучість - це деформація, що безупинно збільшується, та завершується руйнуванням під дією постійного навантаження та при тривалому впливі температури. Для вуглецевих і легованих конструкційних сталей повзучість спостерігається при температурах вище 350°С.

Повзучість характеризується межею повзучості. Межа повзучості - це напруга, що викликає деформацію заданої величини (зазвичай від 0,1 до 1%) за певний проміжок часу (100, 300, 500, 1000г.) при заданій температурі.

Межа повзучості позначається трьома числовими індексами: двома нижніми й одним верхнім. Перший нижній індекс означає задане подовження у відсотках, другий нижній індекс - заданий час випробування в годинах, верхній індекс - температуру в С.° Наприклад - межу повзучості при допуску на деформацію 0,2% за 300 год. випробування при температурі 600° С.

Крім того, жароміцність характеризують межею тривалої міцності ϭ-напругою, що викликають руйнування при даній температурі за даний інтервал часу. Наприклад, - межу тривалої міцності при сточасовом навантаженні при 700°С.

Факторами, що сприяють жароміцності, являються: висока температура плавлення основного металу; наявність у сплаві твердого розчину й дрібнодисперсних часток зміцнюючої фази; пластична деформація, що викликає наклеп; висока температура рекристалізації; раціональне легування; термічна й термомеханічна обробка; уведення в жароміцні сталі таких елементів, як бор, церій, ніобій, церконій у десятих, сотих і навіть тисячних частках відсотка.

Жароміцні сталі й сплави класифікують за основною ознакою - температурою експлуатації. У таблиці наведений хімічний склад деяких жароміцних сталей і сплавів

Для роботи при температурах до 350-400°С застосовують звичайні конструкційні сталі (вуглецеві й низьколеговані )

Для роботи при температурі 400-550°С застосовують сталі перлітного класу 15ХМ1МФ. Для цих сталей основною характеристикою є межа повзучості, так вони призначені головним чином для виготовлення деталей казанів і турбін (наприклад, труби паропроводів і пароперегрівників), навантажених порівняно мало, але працююче тривалий час (до 100000 год.).

Деталі зі сталей перлітного класу піддають нормалізації з температури 950-1050°С и відпуску при 650-750°С с одержанням структури сорбіту із пластичною формою карбідів.

Ці сталі містять мало хрому й тому мають невисоку жаростійкість (до 550-600°С).

Для роботи при температурі 500-600°С застосовують сталі мартенситного класу: високохромові, наприклад 15Х11МФ для лопаток парових турбін: хромокремнієві (називані сильхромами), наприклад 40Х9С2 для клапанів моторів: високолегоровані, наприклад 20Х12ВНМФ для дисків, роторів, валів.

Для одержання оптимальної жароміцності деталі із цих сталей піддають загартуванню в маслі з температури 100-150°С і відпуску при 700-800°С (залежно від сталі). Сталь 40Х9С2 після закалювання має структуру мартенситу й твердість НRС-60, а після відпуску - структуру сорбіту, твердість НRС-30. Жаростійкість сталей мартенситного класу до температури 750-850°С.

Для роботи при температурі 600-750°С застосовують сталі аустенітного класу, що діляться на незміцнюючі (нестаріючі) і зміцнюючі (старіючі). Нестаріючі сталі - це, наприклад, сталь 09Х14Н16Б, призначена для труб пароперегрівників і трубопроводів установок надвисокого тиску й застосовується при загартуванні з 1100-1150°С (охолодження у воді або на повітрі).

Старіючі сталі - це високолеговані сталі, наприклад 45Х4Н14В2М, застосовуються для клапанів моторів, деталей трубопроводів, сталь 40Х15Н7Г7Ф2 МС - Для лопаток газових турбін. (Таблиця 10).

Деталі зі старіючих сталей піддають загартуванню у воді, маслі або на повітрі з температури 1050-1200°С із наступним тривалим (8-24год) старінням при температурі 600-800°С. При нагріванні під загартування відбувається розчинення у твердому розчині (аустеніті) карбідів і інших фаз, а після охолодження виходить однорідний, перенасичений твердий розчин (аустеніт). При старінні з перенасиченого твердого розчину (аустеніту) виділяються високодисперсні частки карбідів і інших фаз, зміцнюючої сталь.

Жаростійкість сталей аустенітного класу 800-850°С.

Для роботи при 800-1100°С застосовують жароміцні сплави на нікелевій основі, наприклад ХН77ТЮР, ХН55ВМТФКЮ для лопаток турбін. Ці сплави старіючі й піддаються такій же термічній обробці (загартуванню й старінню), що й і старіючі сталі аустенітного класу. Жаростійкість сплавів на нікелевій основі до 1200°С.

ЗМІСТ ЗВІТУ

1. Назва роботи.

2. Ціль роботи.

3. Схема мікроструктур досліджуваних сталей зі позначенням структурних складових.

4. Хімічний склад заданих сталей, їх механічні властивості, термічна обробка й застосування.

5. Приведіть характеристику легованих сталей. Вплив легуючих елементів на властивості сталі. Види легованих конструкційних сталей. Застосування в промисловості.

6. Розшифруйте наступні марки сталей: ХН77ТЮР, ХН55ВМТФКЮ, 40Х9С2, 30ХГСА, та приведіть приклади їх застосування.

7. Для виготовлення великих пружин особливо відповідального призначення, що працюють в умовах динамічних і знакозмінних навантажень застосовують леговані сталі 65С2ВА, 60С2ХФА, 60С2Н2А и ін.

1) Укажіть і обґрунтуйте Режим термічної обробки відповідальної пружини, виготовленої зі сталі марки 60С2ХА , що забезпечує ϭ 0,2>1600МПа, 5>6%. Побудуйте графік термообробки в координатах температура - час із позначенням: критичних точок сталі, температури нагрівання, часу витримки, середовища охолодження.

2) Опишіть структурні перетворення, що відбуваються в сталі на всіх стадіях термічної обробки.

3) Приведіть основні відомості про цю сталь: хімічний склад за ДСТ, область застосування, вимоги до цього виду виробів, механічні властивості, вплив легуючих елементів, переваги й недоліки й ін.

8. Відповідальні вали виготовляють із відповідальних легованих сталей (45ХФ, 42ХМФА, 18Х2Н4ВА, 38ХН3МА й ін.), зміцнених азотуванням.

1) Виберіть сталь для виготовлення колінчатого вала тепловозного двигуна діаметром шийки 150 мм. Укажіть режими попередньої термічної обробки, яка забезпечує: механічні властивості серцевини ϭ 0.2>785 МПа, 5>10%; товщину шару 0,6-0,7 мм. Побудуйте графік термообробки, що включає попередню термічну обробку й азотування в координатах температура - час із позначенням: температури нагрівання, часу витримки, середовища охолодження. Опишіть процес азотування, указавши його призначення, переваги й недоліки.

2) Опишіть структурні перетворення, що відбуваються в деталі на всіх етапах термічної обробки. Укажіть структуру й твердість сталі на поверхні й у серцевині вала після зміцнення.

3) Зазначте основні відомості про цей сплав: хімічний склад за ДСТ, область застосування, механічні й технологічні властивості, вплив легуючих елементів, переваги й недоліки й ін.

9. Підберіть леговану сталь для виготовлення великогабаритних кілець шарикопідшипників, укажіть оптимальний режим термічної обробки в координатах температура-час.

1) Опишіть усі структурні перетворення, що відбуваються при термічній обробці сталі.

2) Приведіть основні відомості про обрану вами сталь: ДЕРЖСТАНДАРТ, хімічний склад, вимоги відносно чистоти й карбідної ліквації, вплив легуючих елементів і інше.

10. Розшифрувати склад і властивості сталей (по варіантах)

30ХГСА

11. Висновки.