11 Пружинные стали
Рессорно-пружинные стали предназначены для изготовления пружин, упругих элементов и рессор различного назначения. Стали поступают в виде проволоки и ленты, а также горяче-и холоднокатаного проката, из которых изготовляют пружины. Стали для пружин должны обладать высокими сопротивлением малым пластическим деформациям, пределом выносливости и релаксационной стойкостью2 при достаточной пластичности и вязкости.
Для получения этих свойств стали должны содержать более 0,5 % С и быть подвергнуты термической обработке — закалке и отпуску или деформационному упрочнению после патентирования3
В табл. 1 приведены режимы термической обработки и механические свойства некоторых рессорно-пружинных сталей.
Стали должны обладать хорошей закаливаемостью4 и прокаливаемостью5. После закалки мартенситная структура должна быть по всему объему. Присутствие после закалки немартенситных продуктов превращения аустенита (бейнита, ферритно-карбидной структуры, феррита), а также остаточного аустенита ухудшает все пружинные свойства. Чем мельче зерно, тем выше сопротивление стали малым пластическим деформациям.
Для пружин малого сечения, закаливаемых в масле и испытывающих невысокие напряжения, применяют углеродистые стали 65, 70, 75, 85.
Более часто для изготовления пружин и рессор используют легированные стали, содержащие 1,5—2,8 % Si, 0,6—1,2 % Мn, 0,2—1,2 % Сr; 0,1—0,25 % V; 0,8—1,2 % W и 1,4—1,7 % Ni. Эти элементы обеспечивают необходимую прокаливаемость и закаливаемость, повышают релаксационную стойкость сталей и предел упругости.
В промышленности наиболее часто применяют кремнистые стали 55С2, 60С2А, 70СЗА. Поскольку кремний повышает прокаливаемость, задерживает распад мартенсита при отпуске и значительно упрочняет феррит, кремнистые стали (50С2, 55С2 и 60С2) имеют высокие пределы текучести и упругости, что обеспечивает хорошие свойства. Кремнистые стали применяют для изготовления пружин вагонов, многих автомобильных рессор, в станкостроении, для торсионных валов и др.
Для изготовления автомобильных рессор широко применяют сталь 50ХГА, которая по технологическим свойствам превосходит кремнистые стали.
13- харостойкие и корозионностойкие материалы
Коррозионно-стойкие стали
При введении в
сталь 12—14 % Сr она приобретает устойчивость
против коррозии в атмосфере, морской
(пресной) воде, ряде слабых растворов
кислот, солей и щелочей. Более широко
применяют хромистые стали 12X13, 20X13, 30X13
и 40X13, содержащие 0,12—0,4 % С и 12—14 % Сr, и
низкоуглеродистые (
0,12—0,15%
С) стали 12X17 и 15X28 с 17 и 28 % Сr.
Стали обладают лучшей стойкостью против коррозии только при условии, что все содержание хрома в стали приходится на долю твердого раствора. В этом случае он образует на поверхности плотную защитную оксидную пленку типа (Сr, Fe)2O3.
Коррозионная стойкость стали повышается термической обработкой: закалкой и высоким отпуском и созданием шлифованной и полированной поверхности.
Жаростойкие стали и сплавы
Сталь, устойчивую к газовой коррозии при высоких температурах (выше 550 оС), называют окалиностойкой (жаростойкой).
Повышение окалиностойкости (жаростойкости, жароупорности)6 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 (Сг, Fe)2O3, (Al, Fe)2O3. Введение в сталь 5—8 % Сг повышает окалиностойкость до 700 — 750 °С; увеличение содержания Сr до 15—17 % делает сталь окалиностойкой до 950—1000 °С, а при введении 25 % Сr сталь остается окалиностойкой до 1100°С. Легирование сталей с 25 % Сr алюминием в количестве 5 % повышает окалиностойкость до 1300 °С.
Для изготовления различного рода высокотемпературных установок, деталей печей и газовых турбин применяют стали марок 12X17, 15Х25Т, 20Х23Н13и др.
14- металокерамич сплавы на основе железа
Металлокерамика – это производство деталей из металлических порошков, полученных путем прессования и спекания без расплавления составляющих компонентов. Из металлических порошков можно получить материалы и детали, обладающие высокой жаропрочностью, износостойкостью, твердостью, стабильными магнитными свойствами и т. п. Из порошков можно получить также изделия, которые нельзя изготовить методами литья и обработкой давлением, например фильтры, пористые подшипники, тугоплавкие соединения и т. п.
Процесс производства металлокерамических материалов состоит из следующих операций: приготовления металлических порошков, формования изделий или заготовок прессованием, спекания полученных материалов или изделий и отделочных операций.
Металлические порошки изготовляют путем механического измельчения без изменения химического состава и химическим методом, при котором изменяется состав исходного сырья или его агрегатное состояние. Промышленность выпускает железный, медный, свинцовый, чугунный, никелевый, хромовый, кобальтовый, вольфрамовый, молибденовый, титановый, ниобие-вый, циркониевый и другие порошки. Обычно металлокерамические изделия изготовляют не из одного, а из нескольких металлических порошков.
Формование изделий или заготовок из порошков производится холодным или горячим прессованием. Наиболее распространенным способом получения деталей из порошков является холодное гидростатическое прессование в закрытых пресс-формах. Давление прессования зависит от твердости порошка и колеблется от 10 000 до 30 000 кг/см2. Горячее прессование применяют для изготовления изделий из плохо спекающихся материалов при давлении 1500-4000 кг/см2 и температуре, составляющей 0,75 температуры плавления порошка.
В результате холодного прессования материал заготовки или детали имеет невысокую прочность. Поэтому прессованное изделие для обеспечения необходимых физико-механических свойств подвергают спеканию. Спекание производится в электрических печах с защитной атмосферой или в вакууме в течение 0,5-6 ч при температуре, составляющей 0,75 температуры плавления основного компонента спекаемого порошка.
После спекания металлокерамические изделия подвергают следующим отделочным операциям: обработке резанием, калиброванию, правке, термической или химико-термической обработке.
В автомобилестроении, самолетостроении в тормозных узлах и узлах сцепления используют фрикционные металлокерамические материалы. Эти материалы изготовляют на основе меди и железа с добавлением свинца, графита, асбеста, различных оксидов и тугоплавких соединений.
15-инструментальные сплавы
Инструментальными называют углеродистые и легированные стали, обладающие высокой твердостью (60—65 HRC), прочностью и износостойкостью и применяемые для изготовления различного инструмента. Обычно это заэвтектоидные или ледебуритные стали, структура которых после закалки и низкого отпуска мартенсит и избыточные карбиды.
Все инструментальные стали подразделяют на три группы: не обладающие теплостойкостью (углеродистые и легированные стали, содержащие до 3—4 % легирующих элементов), полутеплостойкие до 400—500 °С (содержащие свыше 0,6—0,7 % С и 4—18 % Сr) и теплостойкие до 550—650 °С (высоколегированные стали, содержащие Cr, W, V, Мо, Со,), получившие название • быстрорежущих.
Маркировка инструментальных сталей. Углеродистые инструментальные стали маркируют буквой «У» (углеродистая); следующая за ней цифра (У7, У8, У10 и т. д.) показывает среднее содержание углерода в десятых долях процента. Буква «А» в конце (У 10А) указывает, что сталь высококачественная. Легированные инструментальные стали X, 9Х, 9ХС, 6ХВГ и т. д. маркируют цифрой, показывающей среднее содержание углерода в десятых долях процента, если его содержание <1 %. Если содержание углерода ~1 %, то цифра чаще отсутствует. Буквы означают легирующие элементы, а следующие за ними цифры — содержание (в целых процентах) соответствующего легирующего элемента.
Быстрорежущие стали маркируют буквой «Р». Следующая за ней цифра указывает среднее содержание главного легирующего элемента быстрорежущей стали — вольфрама (в процентах). Среднее содержание молибдена (в процентах) в стали обозначают цифрой, проставленной за буквой «М», кобальта — цифрой за буквой «К», ванадия — цифрой после буквы «Ф» и т. д. Среднее содержание хрома в большинстве быстрорежущих сталей составляет 4 % и поэтому в обозначении марки стали не указывается.