8. Классификация легированных сталей

По назначению их делят на: конструкционные (маши­ностроительные, строительные), инструментальные и стали с особыми свойствами, предназначенные для изготовления деталей машин и механизмов, а также эле­ментов конструкций, в том числе и строительных; инст­рументальные, используемые для изготовления режущих инструментов, штампов, измерительного инструмента и др.; стали и сплавы с особыми (специальными) свой­ствами (нержавеющие, жаропрочные, теплоустойчивые и др.).

По содержанию легирующих элементов легирован­ные стали делятся на низко-, средне- и высоколегированные с соответствующим содержанием легирующих элементов до 3, от 3 до 10 и более 10 %.

По структуре в нормализован­ном состоянии подразделяются на классы: перлитный, ферритный, аустенитный, мартенситный и карбидный. Ниже приведены краткие сведения об изучаемых марках легированных сталей.

Стали конструкционные (перлитного класса). Сталь улучшаемая марки ЗОХГСА (0,28 ... 0,34 °/о С; 0,8 ... 1,1% Сг; 0,8 ... 1,1% Мп и 0,9 ... 1,2% Si) подвергается закалке от 830...850 ⁰С в масле и высокому отпуску при 600 ⁰С на сорбит с получением высоких значений прочности и пластичности. Применяют для изготовления осей, полуосей, валиков, рычагов, дета­лей рулевого управления, болтов и др.

Сталь рессорно-пружинная марки 60С2 (0,57… 0,65 % С; 0,6 ... 0,9 % Мп и 1,5 ... 2 % Si) работает в усло­виях знакопеременных нагрузок. Для обеспечения тре­буемых свойств (сохранения в течение длительного времени высоких упругих значений) ее подвергают за­калке от 820 ... 840 ⁰С в масле и отпуску при 350 … 400 ⁰С на троостит.

Сталь шарикоподшипниковая марки ШХ15 (095 1,05% С; 1,3…1,65% Сг и 1,5. ..2 % Si) работает в ус­ловиях поверхностного износа и высоких контактных напряжений (усталостных). Для обеспечения требуе­мых свойств она закаливается от 830 ... 850 ⁰С в масле и отпускается при 140 ... 160 ⁰С на мартенсит.

9. Изучение структуры, свойств и условий термической обработки некоторых легированных сталей

Сталь 40Х – конструкционная улучшаемая машиностроительная сталь, легированная хромом. Введение хрома способствует уменьшению критической скорости закалки, а, следовательно, улучшению прокаливаемости. Из – за большей прокаливаемости и меньшей критической скорости закалки замена углеродистой стали легированной позволяет производить закалку деталей в менее резких охладителях (масле, воздухе), что уменьшает деформацию изделий и опасность образования трещин. При охлаждении в масле сталь 40Х позволяет получить сквозную прокаливаемость до диаметра 20 мм (сталь 40 – до 10мм). Применяется сталь 40Х для изготовления средненагруженных машиностроительных деталей небольших сечений (валов, штоков, шатунов и т.п.).

Химический состав стали 40X: 0,36 – 0,44 %С; 0,5 – 0,8 %Mn, 0,8 – 1,1 %Сr.

Термическая обработка стали 40Х заключается в улучшении: закалка с температуры 860 ⁰С с охлаждением в масле и высокий отпуск при температура 500 – 600 ⁰С с охлаждением в воде, а для мелких деталей в масле. После отжига сталь имеет структуру, состоящую из феррита и перлита (рис. 9.1).

Рисунок 9.1 – Структура стали 40Х после отжига

В термически обработанной стали, структура состоит из продукта распада мартенсита – сорбита.

Шарикоподшипниковая сталь ШХ15 служит для изготовления деталей подшипников качения (колец, роликов, шариков), которые испытывают большое количество циклов высоких контактных напряжений, а вследствие проскальзывания происходят значительное местное истирание. Поэтому к стали для изготовления подшипников предъявляются требования максимального сопротивления контактной усталости и истиранив. Эти требования удовлетворяются, когда сталь обладает высокой твердостью и малым количеством металлургических дефектов. По химическому составу и структуре сталь ШХ15 относится к классу инструментальных сталей. Она содержит: 0,95 – 1,05 % С; 1,3 – 1,65 % Cr; 0,20 – 0,40 % Мп; 0,17 – 0,37 % Si. Количество хрома и других легирующих элементов в стали определяется необходимой прокаливаемостью.

Термическая обработка стали заключается в неполной закалке (так как по структуре в равновесном состоянии сталь – заэвтектоидная) в масле с температуры 830 – 840 ⁰С и последующем низком отпуске при 50 – 180 ⁰С в течение 1 – 2 часов, что обеспечивает получение твердости не ниже 62 HRC. Структура после термической обработки представляет собой отпущенный мелкоигольчатый мартенсит с равномерно распределенными избыточными карбидами (рис. 9.2).

Рисунок 9.2 – Микроструктура стали ШХ15 после закалки и отпуска

Несоблюдение оптимальных режимов термической обработки ухудшает качество подшипников, что отражается на их стойкости в работе. Так, небольшой перегрев при закалке ведет к укрупнению игл мартенсита, что приводит к охрупчиванию стали.