Сталь для тяжелонагруженных деталей

Обновлено: 07.05.2024

Углеродистые стали подразделяют на три основные группы: углеродистые стали обыкновенного качества, качественные углеродистые стали и углеродистые стали специального назначения (автоматная, котельная и др.).

Стали углеродистые обыкновенного качества соответствуют ГОСТ 380–2005. Их поставляют в виде проката в нормализованном состоянии и применяют в машиностроении, строительстве и в других отраслях народного хозяйства.

Углеродистые стали обыкновенного качества обозначают буквами Ст и цифрами от 0 до 6.

Цифры — это условный номер марки. Чем больше число, тем больше содержание углерода, выше прочность и ниже пластичность.

В зависимости от назначения и гарантируемых свойств углеродистые стали обыкновенного качества поставляют трех групп: А, Б, В. Индексы справа от номера марки означают:

  1. кп — кипящая;
  2. пс — полуспокойная;
  3. сп — спокойная.

Между индексом и номером марки может стоять буква Г, это означает повышенное содержание марганца. Вобозначениях марок слева от букв Ст указаны группы (Б и В) стали. Стали обыкновенного качества подразделяют на категории. Категорию стали обозначают соответствующей цифрой правее индекса степени раскисления. Например, Ст5Гпс3 означает: сталь группы А, марки Ст5, с повышенным содержанием марганца, полуспокойная, третьей категории. Сталь первой категории пишется без указания номера последней, например Ст4пс.

Химический состав сталей группы А не регламентируют, а гарантируют их механические свойства, определяемые соответствующим государственным стандартом. Стали этой группы применяют обычно для деталей, не подвергаемых в процессе изготовления горячей обработке (сварке, ковке и др.).

Сталь группы Б поставляют по химическому составу и применяют для деталей, которые проходят в процессе изготовления термообработку и горячую обработку давлением (штамповку, ковку). Механические свойства стали группы Б не гарантируют. Сталь группы Б поставляют по механическим свойствам, соответствующим нормам для стали группы А, и по химическому составу, соответствующему нормам для стали группы Б. Сталь группы Б используют, в основном, для сварных конструкций.

2. Стали углеродистые качественные конструкционные

Стали углеродистые качественные конструкционные соответствуют ГОСТ 1050–88. От сталей обыкновенного качества они отличаются меньшим содержанием серы, фосфора и других вредных примесей, более узкими пределами содержания углерода в каждой марке и в большинстве случаев — более высоким содержанием кремния и марганца.

Сталь маркируют двузначными числами, которые обозначают содержание углерода в сотых долях процента, и поставляют с гарантированными показателями химического состава и механических свойств. Буква Г в марках этих сталей также указывает на повышенное содержание марганца (до 1%). Сталь углеродистую качественную поставляют катаной, кованой, калиброванной, круглой с особой отделкой поверхности (серебрянка). К сталям углеродистым специального назначения относят стали (ГОСТ 1414–75) с хорошей и повышенной обрабатываемостью резанием (автоматные стали). Они предназначены, в основном, для изготовления деталей массового производства.

Автоматные стали с повышенным содержанием серы и фосфора имеют хорошую обрабатываемость. Обрабатываемость резанием улучшают также введением в стали технологических добавок — селена, свинца, теллура. Автоматные стали маркируют буквой А и цифрами, показывающими среднее содержание углерода в сотых долях процента. Применяют следующие марки автоматной стали: А12, А20, А30, А40Г. Из стали А12 изготовляют неответственные детали, из сталей других марок — более ответственные детали, работающие при значительных напряжениях и повышенных давлениях. Сортамент автоматной стали предусматривает изготовление сортового проката в виде прутков круглого, квадратного и шестигранного сечений.

Стали листовые (котельные, ГОСТ 5520–79 и ТУ) для котлов и сосудов, работающих под давлением, применяют для изготовления паровых котлов, судовых топок, камер горения газовых турбин и других деталей. Они должны работать при переменных давлениях и температуре до 450°С. Кроме того, котельная сталь должна хорошо свариваться. Для получения таких свойств в углеродистую сталь вводят технологическую добавку (титан) и дополнительно раскисляют ее алюминием. Выпускают следующие марки углеродистой котельной стали: 12К, 15К, 16К, 18К, 20К, 22К с содержанием в них углерода от 0,08 до 0,28%. Эти стали поставляют в виде листов толщиной до 200 мм и поковок в состоянии после нормализации и отпуска. Свойства и назначение качественных конструкционных сталей приведены в табл. 1.

3. Влияние легирующих элементов. Маркировка легированных сталей

Для улучшения физических, химических, прочностных и технологических свойств стали легируют, вводя в их состав различные легирующие элементы (хром, марганец, никель и др.). Стали могут содержать один или несколько легирующих элементов, которые придают им специальные свойства.

Таблица 1. Механические свойства качественной конструкционной стали

прочности

при растяжении

Основной структурной составляющей в конструкционной стали является феррит, занимающий в структуре не менее 90% по объему. Растворяясь в феррите, легирующие элементы упрочняют его.

Твердость феррита (в состоянии после нормализации) наиболее сильно повышают кремний, марганец и никель — элементы с решеткой, отличающейся от решетки -Fe. Молибден, вольфрам и хром влияют слабее. Большинство легирующих элементов, упрочняя феррит и мало влияя на пластичность, снижают ударную вязкость (за исключением никеля). При содержании до 1% марганец и хром повышают ударную вязкость. Свыше этого содержания ударная вязкость снижается, достигая уровня нелегированного феррита при 3% Сr и 1,5% Мn.

Повышению конструктивной прочности при легировании стали способствует увеличение прокаливаемости. Улучшение прокаливаемости стали достигается при ее легировании несколькими элементами, например Сr + Мо, Cr + Ni, Cr + Ni + Mo и другими сочетаниями различных элементов.

Высокая конструктивная прочность стали обеспечивается рациональным содержанием в ней легирующих элементов. Избыточное легирование после достижения необходимой прокаливаемости приводит к снижению вязкости и облегчает разрушение стали.

Хром оказывает благоприятное влияние на механические свойства конструкционной стали. Его вводят в сталь в количестве до 2%; он растворяется в феррите и цементите.

Никель — наиболее ценный легирующий элемент. Его вводят в сталь в количестве от 1 до 5%.

Марганец вводят в сталь до 1,5%. Он распределяется между ферритом и цементитом. Никель заметно повышает предел текучести стали, но делает ее чувствительной к перегреву. Всвязи с этим для измельчения зерна одновременно с никелем в сталь вводят карбидообразующие элементы.

Кремний является некарбидообразующим элементом, и его количество в стали ограничивают до 2%. Он значительно повышает предел текучести стали и при содержании более 1% снижает вязкость и повышает порог хладноломкости.

Молибден и вольфрам являются карбидообразующими элементами, которые большей частью растворяются в цементите. Молибден в количестве 0,2…0,4% и вольфрам в количестве 0,8…1,2% в комплексно легированных сталях способствуют измельчению зерна, увеличивают прокаливаемость и улучшают некоторые другие свойства стали.

Ванадий и титан — сильные карбидообразущие элементы, которые вводят в небольшом количестве (до 0,3% V и 0,1% Ti) в стали, содержащие хром, марганец, никель, для измельчения зерна. Повышенное содержание ванадия, титана, молибдена и вольфрама в конструкционных сталях недопустимо из-за образования специальных труднорастворимых при нагреве карбидов. Избыточные карбиды, располагаясь по границам зерен, способствуют хрупкому разрушению и снижают прокаливаемость стали.

Бор вводят для увеличения прокаливаемости в очень небольших количествах (0,002…0,005%).

Марка легированной качественной стали состоит из сочетания букв и цифр, обозначающих ее химический состав. Легирующие элементы имеют следующие обозначения (ГОСТ 4543–71):

  1. хром (X),
  2. никель (Н),
  3. марганец (Г),
  4. кремний (С),
  5. молибден (М),
  6. вольфрам (В),
  7. титан (Т),
  8. алюминий (Ю),
  9. ванадий (Ф),
  10. медь (Д),
  11. бор (Р),
  12. кобальт (К),
  13. ниобий (Б),
  14. цирконий (Ц).

Цифра, стоящая после буквы, указывает на содержание легирующего элемента в процентах. Если цифра не указана, то легирующего элемента содержится до 1,5%.

В качественных конструкционных легированных сталях две первые цифры марки показывают содержание углерода в сотых долях процента. Высококачественные легированные стали имеют в конце марки букву А, а особо высококачественные — Ш. Например, сталь марки 30ХГСН2А: высококачественная легированная сталь содержит 0,30% углерода, до 1% хрома, марганца, кремния и до 2% никеля; сталь марки 95Х18Ш: особо высококачественная, выплавленная методом электрошлакового переплава с вакуумированием, содержит 0,9…1,0% углерода; 17…19% хрома, 0,030% фосфора и 0,015% серы. Легированные конструкционные стали делят на цементуемые, улучшаемые и высокопрочные.

4. Цементуемые, улучшаемые и высокопрочные стали

Цементуемые стали — это низкоуглеродистые (до 0,25 С), низко- (до 2,5%) и среднелегированные (2,5…10% суммарное содержание легирующих элементов) стали. Они предназначены для деталей машин и приборов, работающих в условиях трения и испытывающих ударные и переменные нагрузки.

Стали марки 15ХА с пределом прочности σв МПа предназначены для изготовления небольших деталей, работающих в условиях трения при средних давлениях и скоростях. Для изготовления ответственных деталей, работающих при больших скоростях, высоких давлениях и ударных нагрузках, используется сталь марок 18ХГ и 25ХГМ. Для крупных, ответственных, тежелонагруженных деталей применяются стали 20ХН и 20Х2Н4А.

При изготовлении крупных, особо ответственных, тяжелонагруженных деталей, работающих при больших скоростях с наличием вибрационных и динамических нагрузок, используется сталь с пределом прочности в МПа марки 18Х2Н4МА.

Работоспособность таких деталей зависит от свойств сердцевины и поверхностного слоя металла. Цементуемые стали насыщают с поверхности углеродом (цементуют) и подвергают термической обработке (закалке и отпуску). Такая обработка обеспечивает высокую поверхностную твердость (HRC 58…63) и сохраняет требуемую вязкость и заданную прочность сердцевины металла.

Улучшаемые легированные стали — среднеуглеродистые (0,25…0,6% С) и низколегированные стали. Для обеспечения необходимых свойств (прочности, пластичности, вязкости) эти стали термически улучшают, подвергая закалке и высокому отпуску (при 500…600°С).

Улучшаемые и цементуемые стали после термической обработки дают прочность до σв МПа и вязкость до КС= 0,8…1,0 МДж/м 2 . Для создания новых современных машин такой прочности недостаточно. Необходимы стали с пределами прочности σв МПа. Для этих целей применяют комплексно легированные и мартенситостареющие стали. Свойства таких сталей и их назначение показаны в табл. 2.

Таблица 2. Улучшаемые легированные стали

прочности

при

растяжении

вязкость

Комплексно легированные стали — это среднеуглеродистые (0,25…0,6% С) легированные стали, термоупрочняемые при низком отпуске или подвергающиеся термомеханической обработке.

Мартенситостареющие стали — это новый класс высокопрочных легированных сталей на основе безуглеродистых (не более 0,03% С) сплавов железа с никелем, кобальтом, молибденом, титаном, хромом и другими элементами. Мартенситостареющие стали закаливают на воздухе от 800…860°С с последующим старением при 450…500°С.

5. Углеродистые инструментальные стали

Инструментальные стали — это особая группа сталей, обладающих специфическими свойствами. Эти стали предназначены для изготовления режущего и измерительного инструмента, штампов.

По условиям работы инструмента к углеродистым инструментальным сталям предъявляют следующие требования:

  1. стали для режущего инструмента (резцы, сверла, метчики, фрезы и др.) должны обладать высокой твердостью, износостойкостью и теплостойкостью;
  2. стали для измерительного инструмента должны быть твердыми, износостойкими и длительное время сохранять размеры и форму инструмента;
  3. стали для штампов (холодного и горячего деформирования) должны иметь высокие механические свойства (твердость; износостойкость, вязкость), сохраняющиеся при повышенных температурах;
  4. стали для штампов горячего деформирования должны обладать устойчивостью против образования поверхностных трещин при многократном нагреве и охлаждении.

Инструментальные углеродистые стали (ГОСТ 1435–99) выпускают следующих марок: У7, У8, У8Г, У9, У10, У11, У12 и У13. Цифры указывают на содержание углерода в десятых долях процента. Буква Г, например У8Г, после цифры означает, что сталь имеет повышенное содержание марганца, что обеспечивает большую твердость сплава.

Марка инструментальной углеродистой стали высокого качества имеет букву А, например У12А: инструментальная углеродистая сталь высокого качества, содержащая 1,2% С. Инструменты, применение которых связано с ударной нагрузкой, например зубила, бородки, молотки, изготовляют из сталей У7А, У8А. Инструменты, требующие большой твердости, но не подвергающиеся ударам, например сверла, метчики, развертки, шаберы, напильники, изготовляют из сталей У12А, У13А. Стали У7—У9 подвергают полной, а стали У10— У13 — неполной закалке.

Недостатком углеродистых инструментальных сталей является их низкая теплостойкость — способность сохранять большую твердость при высоких температурах нагрева. При нагреве выше 200°С инструмент из углеродистых сталей теряет твердость, т.е. при повышенных температурах нужно применять инструменты из других сталей.

6. Легированные инструментальные стали

Легированные инструментальные стали имеют ГОСТ 5950– 2000. Легирующие элементы, вводимые в инструментальные стали, увеличивают теплостойкость (вольфрам, молибден, кобальт, хром), закаливаемость (марганец), вязкость (никель), износостойкость (вольфрам). По сравнению с углеродистыми легированные инструментальные стали имеют преимущества:

  1. хорошая прокаливаемость;
  2. большая пластичность в отожженном состоянии;
  3. значительная прочность в закаленном состоянии, более высокие режущие свойства.

Низколегированные инструментальные стали содержат до 2,5% легирующих элементов, имеют высокую твердость (HRC 62…69), значительную износостойкость, но малую теплостойкость (200…260°С). Их используют для изготовления инструмента более сложной формы. В низколегированных сталях X, 9ХС, ХВГ, ХВСГ основной легирующий элемент — хром. Сталь X легирована только хромом. Повышенное содержание хрома увеличивает ее прокаливаемость. Сталь X прокаливается в масле полностью в сечении до 25 мм, сталь У10 — только в сечении до 5 мм.

Применяют сталь X для изготовления токарных, строгальных и долбежных резцов. Сталь 9ХС, кроме хрома, легирована кремнием. По сравнению со сталью X она имеет большую прокаливаемость — до 35 мм; повышенную теплостойкость — до 250…260°С (сталь X — до 200…210°С) и лучшие режущие свойства. Из стали марки 9ХС изготовляют сверла, развертки, фрезы, метчики, плашки. Сталь ХВГ легирована хромом, вольфрамом и марганцем; имеет прокаливаемость на глубину до 45 мм. Сталь ХВГ используют для производства крупных и длинных протяжек, длинных метчиков, длинных разверток и т.п.

Сталь ХВСГ — сложнолегированная и по сравнению со сталями 9ХС и ХВГ лучше закаливается и прокаливается. При охлаждении в масле она прокаливается полностью в сечении до 80 мм. Она менее чувствительна к перегреву. Теплостойкость ее такая же, как у стали 9XС. ХВСГ применяют для изготовления круглых плашек, разверток, крупных протяжек и другого режущего инструмента.

Высоколегированные инструментальные стали содержат вольфрам, хром и ванадий в большом количестве (до 18% основного легирующего элемента); имеют высокую теплостойкость (600…640°С). Их используют для изготовления высокопроизводительного режущего инструмента, предназначенного для обработки высокопрочных сталей и других труднообрабатываемых материалов. Такие стали называют инструментальными быстрорежущими (ГОСТ 19265–73). Быстрорежущие стали обозначают буквой Р, цифра после которой указывают содержание вольфрама. Содержание хрома (4%) и ванадия (2%) в марках быстрорежущих сталей не указывают. В некоторые быстрорежущие стали дополнительно вводят молибден, кобальт и большое количество ванадия. Марки таких сталей содержат соответственно буквы М, К, Ф и цифры, указывающие их количество. Для изготовления измерительных инструментов применяют X, ХВГ и другие стали, химический состав которых приведен в ГОСТ 5950–2000.

Для измерительного инструмента большое значение имеет изменение размеров закаленного инструмента с течением времени. Поэтому при термической обработке измерительного инструмента внимание уделяется стабилизации напряженного состояния. Это достигается режимом низкого отпуска — при температуре 120…130°С в течение 15…20 ч и обработкой при температурах ниже нуля (до –60°С).

Штампы холодного деформирования небольших размеров (сечением 25…30 мм), простой формы, работающие в легких условиях, изготовляют из углеродистых сталей У10, УН, У12. Штампы сечением 75…100 мм более сложной формы и для более тяжелых условий работы изготовляют из сталей повышенной прокаливаемости X, ХВГ. Для изготовления инструмента с высокой твердостью и повышенной износостойкостью, а также с малой деформируемостью при закалке используют стали с высокой прокаливаемостью и износостойкостью, например высокохромистую сталь Х12Ф1 (11…12,5% Сr; 0,7…0,9% V).

Для инструмента, подвергающегося в работе большим ударным нагрузкам (такого как пневматические зубила, режущие ножи для ножниц холодной резки металла), применяют стали с меньшим содержанием углерода, повышенной вязкости — 4ХС, 6ХС, 4ХВ2С и др.

Молотовые штампы горячего деформирования изготовляют из сталей 5ХНМ, 5ХГМ, 5ХНВ. Эти стали содержат одинаковое количество (0,5…0,6%) углерода и легированы хромом. Такое содержание углерода позволяет получить достаточно высокую ударную вязкость; хром повышает прочность и увеличивает прокаливаемость сталей. Никель вводят в эти стали с целью повышения вязкости и улучшения прокаливаемости. Вольфрам и молибден повышают твердость и теплостойкость, уменьшают хрупкость, измельчают зерно и уменьшают склонность стали к перегреву. Марганец как более дешевый легирующий элемент является заменителем никеля. Для сталей молотовых штампов характерна глубокая прокаливаемость.

7. Коррозионно-стойкие стали

Коррозионно-стойкой (или нержавеющей) называют сталь, обладающую высокой химической стойкостью в агрессивных средах. Коррозионно-стойкие стали получают легированием низкои среднеуглеродистых сталей хромом, никелем, титаном, алюминием, марганцем. Антикоррозионные свойства сталям придают введением в них большого количества хрома или хрома и никеля. Наибольшее распространение получили хромистые и хромоникелевые стали.

Хромистые стали более дешевые, однако хромоникелевые обладают большей коррозионной стойкостью. Содержание хрома в нержавеющей стали должно быть не менее 12%. Наибольшая коррозионная стойкость сталей достигается после термической и механической обработки (табл. 3).

Таблица 3. Химический состав (%) некоторых нержавеющих сталей

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Сейчас из высокопрочных чугунов отливают ответственные тяжелонагруженные детали , например, коленчатые валы, которые по прочности не уступают кованым и штампованным валам из углеродистых и низколегированных сталей, а по износостойкости превосходят их. [32]

Рекомендуется как высокопрочная сталь для тяжелонагруженных деталей , работающих на истирание и на удар в агрессивных средах. [34]

Для изготовления пар трения, тяжелонагруженных деталей и изделий ответственного назначения, работающих в условиях трения и износа, в химическом машиностроении широко применяются углеродистые качественные и легированные конструкционные стали обычно в закаленно-отпущенном состоянии. [36]

Рекомендуется как высокопрочная сталь для тяжелонагруженных деталей , работающих на истирание и на удар в агрессивных средах. [37]

Таким образом, для упрочнения тяжелонагруженных деталей машин , нагружаемых в процессе эксплуатации на изгиб или кручение, наиболее целесообразным является использование не сквозного упрочнения, а поверхностного. [38]

Она оказалась прекрасным смазочным материалом для тяжелонагруженных деталей , свободно передвигающихся вдоль валов и подверженных в процессе эксплуатации действию высоких температур, например, шестерен привода рольганга, ведущих шестерен, зубчатых колес боковых валков прокатных - станов и конических редукторов, применяемых на старых сталелитейных заводах. [39]

Чистая сталь нужна и для изготовления тяжелонагруженных деталей прокатных станов и других видов металлургического оборудования, например, зубчатых колес, шпинделей, муфт, валов, осей и им подобных. [40]

ВД); 14Х17Н2; 95X18 -для изготовления тяжелонагруженных деталей ( ножей, фильтров и валов шнековых машин, втулок подшипников, колец торцовых уплотнений, валовд и мешалок оборудования с перемешивающими-устройствами и др.), подвергающихся сильному износу и действию умеренно агрессивных сред: азотной и органической кислот ( за исключением уксусной, муравьиной, молочной, щавелевой), большинства растворов солей органических и неорганических кислот при различных концентрациях и температурах. Сталь 20Х17Н2Б - Ш ( ВД) рекомендуется взамен сталей марок 30X13; 40X13, 95X18 как обладающая более высокой пластичностью, коррозионной стойкостью и способностью свариваться, а также сталей марок 20Х17Н2 и 07Х16Н6 как равноценная по коррозионной стойкости, но с более высокими прочностными характеристиками. [41]

В химическом машиностроении для изготовления путем литья коррозионностойких тяжелонагруженных деталей применяют специальные латуни. [42]

Сталь с глубокой прокаливаемостью применяют только для ответственных и тяжелонагруженных деталей , работающих в условиях вибрации, скручивания, концентрации напряжений при пониженных и повышенных температурах. Изготовляют валы, рессоры, втулки, шестерни, работающие при температурах до 150 С; силовые детали, работающие до 500 С. [43]

Легированные стали применяют для основных средне - и тяжелонагруженных деталей - осей, валов, зубчатых передач наиболее сложных строительных машин. Хромистую сталь марок 15Х, 20Х, 35Х, а также хромокремнемарганцевую сталь 20ХГСА и хромомарганцевоникелевую 38ХГН применяют для среднена-груженных деталей. Недостатком этих сталей является невысокая ударная вязкость и. Поэтому стали 40Х и 50Х применяются для тяжелонагруженных деталей, но работающих без ударных и резко изменяющихся нагрузок. Они подвергаются термообработке: закалке при температуре 770 - 860 С с охлаждением в масле и отпуску при температуре 180 С - для стали марок 15Х и 20Х и 500 - 520 С - для стали других марок с охлаждением в масле. [44]

Перспективно использование порошков титана и его сплавов для изготовления тяжелонагруженных деталей . [45]

В тяжелонагруженных деталях ( станины молотов, клети прокатных станов и др.) толщина стенок определяется величиной действующих нагрузок и условием жесткости конструкций и значительно превышает приведенные на рис. 112 величины. Однако и в данном случае целесообразно применять стенки наименьшей толщины, достигая необходимой прочности и жесткости отливки за счет рациональных форм. [16]

В тяжелонагруженных деталях станины молотов , клети прокатных станов и др.) толщина стенок определяется величиной действующих нагрузок и условием жесткости конструкций и значительно превышает приведенные на рис. 112 величины. Однако и в данном случае целесообразно применять стенки наименьшей толщины, достигая необходимой прочности и жесткости отливки за счет рациональных форм. [18]

Для изготовления тяжелонагруженных деталей , а также подверженных интенсивному истиранию, применяют стали конструкционные легированные ( ГОСТ 4543 - 71), которые делят на низко - и среднеугле-родистые. ЗОХГТ и др.), хромомолибденовые ( 15ХМ, ЗОХМА и др.), хромоникеле-вые ( 20ХН, ЗОХНЗА и др.) и др. Для деталей машин, работающих в условиях низких температур, применяют сталь северного исполнения, малочувствительную к хрупкому разрушению. [19]

Для изготовления тяжелонагруженных деталей ответственного назначения у углеродистых сталей не хватает прочности и вязкости. Компенсировать этот недостаток за счет увеличения сечения детали нерационально, так как из-за недостаточной прокаливае-мости углеродистых сталей внутренняя часть сечения оказывается непрочной. Под прокаливаемостью понимается способность стали закаливаться на определенную глубину. Ее можно оценивать, например, по наибольшему диаметру, при котором деталь из данной стали прокаливается насквозь, приобретая во всем сечении мартен-ситную структуру. [20]

Полуоси являются тяжелонагруженными деталями , к которым предъявляются требования высокой статической и усталостной прочности, а также достаточно высокой твердости и износостойкости. Полуоси изготовляют ковкой-штамповкой, в результате чего направление волокон весьма точно повторяет внешние очертания детали, придавая ей наибольшую прочность. Поковки полуосей, изготовленных из легированных сталей ( например, из стали 40ХГТР), подвергают нормализации ( 880 С) с последующим отпуском при 680 - 700 С. [22]

Шатунные болты являются наиболее ответственными и тяжелонагруженными деталями , работающими в условиях переменной динамической нагрузки. Стержень болта обычно выполняется с несколькими калиброванными поясками ( см. фиг. Уменьшение диаметра стержня болта производится на 0 5 %, по сравнению с внутренним диаметром резьбы, и имеет целью увеличить его эластичность при действии растягивающих усилий. Наружный диаметр болта в месте нарезки резьбы часто выполняется уменьшенным на 2 % по сравнению с диаметром, с тем, чтобы предохранить резьбу от повреждений при сборке шатунной головки. [23]

К третьей группе относятся тяжелонагруженные детали . Их материал подвержен переменным напряжениям, величина которых может быть выше предела выносливости. Детали этой группы выходят из строя в результате явлений усталости, вызывающих разрушение по всему сечению детали. [24]

Из высокопрочных чугунов изготовляют ответственные тяжелонагруженные детали , например коленчатые валы, которые по прочности не уступают кованым и штампованным валам из углеродистых и низколегированных сталей, а по износостойкости превосходят их. [25]

Двойную закалку применяют для тяжелонагруженных деталей машин , от которых требуются высокая твердость, прочность и ударная вязкость. [27]

Такие стали применяют для крупных тяжелонагруженных деталей типа зубчатых колес , осей и др. Эти детали устойчивы к динамическим нагрузкам. [28]

Сталь, из к-рой изготовляют тяжелонагруженные детали , напр. Инструментальные стали перлитного класса отличаются износостойкостью. Деформация инструмента из этой стали при закалке уменьшается. Инструментальные стали карбидного класса ( см. Быстрорежущая сталь) характеризуются повышенной теплостойкостью вследствие образования вторичного высоколегированного мартенсита с высокой твердостью и стабильностью, а также выпадения высокопрочных дисперсных карбидов. [30]

Игольчатые подшипники применяют для тяжелонагруженных валов , испытывающих переменные и ударные нагрузки, как это, например, имеет место в двигателях внутреннего сгорания. Иглы в подшипнике не разделены сепаратором и трутся друг о друга. При вращении цапфы ( обоймы) иглы не только перекатываются по ней, но и скользят. [16]

Материалом валов, как правило, является сталь, При отсутствии термообработки в основном применяют сталь Ст. Для термообра-батываемых валов используют среднеуглеродистую и легированную сталь, в частности сталь марок 45 и 40Х; в особо ответственных случаях для тяжелонагруженных валов - легированные стали марок 40ХН, 40ХНМА, 25ХГТ и др. Быстроходные валы, работающие в подшипниках скольжения, требуют высокой износостойкости цапф, которая обеспечивается их цементацией и последующей закалкой. [17]

Оси и валы изготовляют из углеродистых и легированных конструкционных сталей, так как они обладают высокой прочностью, способностью к поверхностному и объемному упрочнению, легкостью получения прокаткой цилиндрических заготовок и хорошей обрабатываемостью на станках. Оси и валы, к которым предъявляют повышенные требования к несущей способности и долговечности шлицев и цапф, выполняют из среднеуглеродистых или легированных сталей с улучшением 35, 40, 40Х, 40НХ и др. Для повышения износостойкости цапф валов, вращающихся в подшипниках скольжения, валы делают из сталей 20, 20Х, 12ХНЗА и других с последующей цементацией и закалкой цапф. Ответственные тяжелонагруженные валы изготовляют из легированных сталей 40ХН, 40ХНМА, ЗОХГТ и др. Тяжелонагруженные валы сложной формы, например, коленчатые валы двигателей, делают также из модифицированного или высокопрочного чугуна. [18]

Валы изготовляют из углеродистых и легированных сталей. При отсутствии термообработки применяют сталь Ст. Для тяжелонагруженных валов ответственных машин - стали 40ХН, 40ХНМА, ЗОХГТ и др. Валы из этих сталей также подвергаются термообработке. [19]

Валы изготовляет из углеродистых и легированных сталей. При отсутствии термообработки применяют Ст5, с термообработкой - стали 40, 45, 40Х и хдр. Для тяжелонагруженных валов ответственных машин стали - 40ХН, 40ХНМА, ЗОХГТ и др. Валы из этих сталей также подвергаются термообработке. [21]

В крановых механизмах валы применяют главным образом в передачах. Большое число валов используют в зубчатых и червячных передачах для передачи крутящего момента. Обычно это короткие тяжелонагруженные валы . Валы, воспринимающие только крутящий момент, называют трансмиссионными. [23]

Хромомолибденовая и хромовольфрамовая стали марок ЗОХМ и 38ХВА применяют для тяжелонагруженных деталей. Эти стали подвергаются закалке при температуре 850 - 860 С с охлаждением в масле и отпуску при температуре 540 - 640 С. Хромованадиевую сталь 40ХФА применяют для тяжелонагруженных валов , подвергающихся резко изменяющейся нагрузке. Ее подвергают закалке при температуре 880 С с охлаждением в масле и отпуску при температуре 200 С с охлаждением на воздухе. Хромоникелевые стали марок 44ХН, 12ХНЗА и 20Х2Н4А, а также хромомолибденовая 35ХМ и хромоникеле-вольфрамовая 38ХНВА применяются для очень тяжелонагруженных деталей. Их подвергают закалке при-температуре 820 - 860 С ( сталь 35ХМ - при температуре 850 - 960 С), а детали из стали марок 12ХНЗА и 20Х2Н4А - вторичной закалке при температуре 760 - 820 С с охлаждением в масле и отпуску. Хромокремнемарганцевую сталь марок ЗОХГС и ЗОХГСА применяют для очень тяжелонагруженных деталей, не подвергающихся динамической нагрузке. [24]

Материал осей и валов. Оси и валы, не подвергаемые термической обработке, изготовляют главным образом из стали марок Ст5 и Стб. В особо ответственных случаях для тяжелонагруженных валов применяют хромомарганцевую сталь марок 35ХГФ и 40ХГТР и хромо-никелевую сталь 40ХН, 45ХН, ЗОХНЗА, подвергая их улучшению или за-калке ТВЧ. Быстроходные валы, работающие в подшипниках скольжения, у которых требуется высокая твердость поверхности цапф, изготовляют из сталей марок 20, 20Х, 18ХГ, 18ХГТ, 12ХН2, 12ХНЗА, подвергая их цементации и закалке. [25]

При подборе стандартных муфт учитывают также диаметр концов валов, которые муфта должна соединять. На цилиндрические или конусные концы валов устанавливают полумуфты. При реверсивной работе, а также при тяжелонагруженных валах ( т15 МПа) применяют посадки с натягом. [26]

Оси и валы изготовляют из углеродистых и легированных конструкционных сталей, так как они обладают высокой прочностью, способностью к поверхностному и объемному упрочнению, легкостью получения прокаткой цилиндрических заготовок и хорошей обрабатываемостью на станках. Оси и валы, к которым предъявляют повышенные требования к несущей способности и долговечности шлицев и цапф, выполняют из среднеуглеродистых или легированных сталей с улучшением 35, 40, 40Х, 40НХ и др. Для повышения износостойкости цапф валов, вращающихся в подшипниках скольжения, валы делают из сталей 20, 20Х, 12ХНЗА и других с последующей цементацией и закалкой цапф. Ответственные тяжелонагруженные валы изготовляют из легированных сталей 40ХН, 40ХНМА, ЗОХГТ и др. Тяжелонагруженные валы сложной формы , например, коленчатые валы двигателей, делают также из модифицированного или высокопрочного чугуна. [27]

Материалом валов и осей, как правило, является сталь. При отсутствии термообработки в основном применяют сталь Ст. Для термообрабатываемых валов используют средне-углеродистую и легированную сталь, в частности, сталь марок 45 и 40Х, в особо ответственных случаях для тяжелонагруженных валов - легированные стали марок 40ХН, 40ХНМА, 25ХГТ и др. Быстроходные валы, работающие в подшипниках скольжения, требуют высокой износостойкости цапф, которая обеспечивается при их цементировании и последующей закалке. [28]

Радиус галтели вала должен быть меньше радиуса фаски внутреннего кольца подшипника. То же относится и к сопряжению наружного кольца с корпусом. Делать вместо галтели проточку допустимо только в случае наличия большого запаса прочности вала. В тяжелонагруженных валах рекомендуется делать плавный конусный переход с одного диаметра на другой и ставить специальную упорную шайбу. [29]

Для достижения высокой статической прочности при поверхностной закалке изделий, работающих на изгиб или кручение, как это было показано в работах [11.26; 11.27], глубина слоя закалки должна составлять 0 15 - 0 25 от толщины или диаметра рабочего сечения детали. Поверхностная закалка при глубинном индукционном нагреве осуществляется при использовании сталей пониженной или регламентированной прокаливаемости, специально предназначенных для этого технологического процесса. Например, сталь 55ПП предназначена для деталей с тонким сечением упрочняемых элементов ( например, диаметром 15 - 30 мм), когда необходимо получить слой закалки глубиной 1 5 - 3 0 мм. Сталь 47ГТ предназначена для тяжелонагруженных валов диаметром 40 - 60 мм и дает в таком сечении слой глубиной 5 - 7 мм. [30]

Стали и сплавы легированные (ГОСТ 4543-71)

Стали легированные — железоуглеродистые материалы, которые кроме обычных примесей (марганца, кремния, серы и фосфора) содержат ряд элементов, специально вводимых в сталь при ее выплавке для получения заданных свойств. Эти элементы называют легирующими. В качестве легирующих элементов чаще всего добавляют в сплавы никель, хром, вольфрам, молибден, титан, ванадий, алюминий, медь, кобальт, бор. Кремний и марганец, если они специально введены в сталь, также являются легирующими элементами. При этом содержание кремния должно быть выше 0,5%, а марганца — выше 0,8%. Подавляющая часть легированных сталей содержит два или несколько легирующих элементов, так как совместное их действие значительнее влияет на изменение свойств сталей, чем действие одного элемента, даже если он вводится в большом количестве.

Сталь легированная

Название легированных сталей определяется основными легирующими элементами, входящими в их состав, например: хромистая, хромомарганцовая, хромоникелевая, хромоникельмолибденовая и т. п.

Влияние легирующих элементов на свойства стали зависит от их количества, местоположения в структуре и содержания углерода. Все легирующие элементы в том или ином количестве способны растворяться в кристаллической решетке феррита, образуя при этом, так называемый, легированный феррит. По отношению к углероду легирующие элементы можно разделить на две группы:

  • первая группа — элементы, способные создавать с углеродом стойкие химические соединения — карбиды; к ним относятся титан, ванадий, вольфрам, молибден, хром, марганец и ниобий;
  • вторая группа — элементы, не образующие карбиды; в их число входят кремний, алюминий, никель, медь, кобальт. Эти элементы содержатся в легированных сталях в виде твердого раствора в феррите.

Карбидообразующие элементы, растворенные в феррите, искажают его кристаллическую решетку, упрочняют феррит, уменьшают теплопроводность и электропроводность стали. Карбиды отличаются весьма высокой твердостью (70÷75 HRC) и износостойкостью, но обладают значительной хрупкостью. Они играют весьма важную роль в инструментальных сталях.

После термической обработки (закалки, отпуска) улучшаются механические свойства легированных сталей, но в изделиях малых сечений их свойства мало отличаются от механических свойств углеродистой стали. В изделиях крупных сечений (свыше 15 мм) механические свойства легированных сталей — предел текучести σт, относительное сужение Ψ и ударная вязкость ан — значительно выше, чем углеродистых. Эго объясняется малой критической скоростью закалки легированных сталей, а следовательно, лучшей их прокаливаемостью. После термической обработки у них образуются более мелкое зерно и дисперсные структуры. Большая прокаливаемость и малая критическая скорость закалки позволяют закаливать эти стали в менее резких охладителях, к которым относится масло и воздух, что способствует уменьшению деформации деталей и уменьшению возможности образования трещин. Поэтому легированные стали применяют для изготовления деталей малого сечения со сложной геометрической формой. Без термической обработки эти стали использовать нецелесообразно. Прокаливаемость возрастает с увеличением в стали марганца, хрома, бора, никеля и молибдена. Конкретному сечению стали должно соответствовать определенное количество легирующих элементов, иначе ухудшаются такие ее технологические свойства, как обработка резанием, свариваемость и др. Если содержание хрома или марганца превышает 1%, увеличивается порог хладноломкости стали или критической температуры хрупкости ( температуры перехода металла от вязкого разрушения к хрупкому и наоборот). Поэтому содержание легирующих элементов должно быть минимальным, обеспечивающим необходимую сквозную прокаливаемость для конкретного сечения детали и условий охлаждения при закалке.

Никель повышает сопротивление стали хрупкому разрушению, увеличивает пластичность и вязкость, уменьшает чувствительность к концентраторам напряжений и понижает температуру порога хладноломкости. Поскольку никель дорогой металл, то его вводят в конструкционные стали в сочетании с хромом и другими элементами в предельно малых количествах.

После отпуска легированная сталь обладает более высокой прочностью и твердостью, но меньшей пластичностью вязкостью, чем углеродистая. Молибден и вольфрам повышают прокаливаемость и устойчивость стали против отпуска, способствуют образованию мелкозернистой структуры. Особое влияние молибден оказывает на цементированную сталь, так как повышает твердость и прокаливаемость цементированного слоя. Кремний при изотермической закалке обеспечивает высокую вязкость и пониженную чувствительность стали к надрезу. В отожженном и нормализованном состоянии легированная сталь имеет более высокую прочность, но меньшую пластичность, чем углеродистая.

В зависимости от области применения легированые стали подразделяют на три группы: конструкционные стали, предназначенные для изготовления деталей машин и конструкций; инструментальные стали, используемые для производства режущих и измерительных инструментов, штампов и пресс-форм; стали и сплавы с особыми физическими и химическими свойствами — коррозионностойкие, жаростойкие, жаропрочные, магнитомягкие, магнитотвердые, с заданным коэффициентом теплового расширения и др.

В зависимости от содержания вредных примесей различают качественную легированную сталь (не более 0,035% серы также и фосфора), высококачественную — А (не более 0,025% серы также и фосфора ), особовысококачественную — Ш (до 0,015% серы и до 0,025% фосфора). Буква Ш ставится через дефис в конце марки стали, например ЗОХГС-Ш, ЗОХГСА-Ш.

В обозначение марок легированных сталей (ГОСТ 4543-71) входят заглавные буквы русского алфавита, соответствующие определенным химическим элементам, содержащимся в стали, и цифры, обозначающие количество легирующих элементов и углерода (табл. 1).

Первые одна или две цифры (слева) характеризуют среднее содержание углерода: одна цифра — в десятых долях процента, две цифры — в сотых долях. В марках некоторых инструментальных легированных сталей с содержанием углерода около 1% цифра не ставится. Цифры после букв означают приблизительное содержание легирующих элементов в целых процентах. При содержании легирующего элемента до 1,5% цифра после буквы может не проставляться (это делается в исключительных случаях). Например, 40Х означает хромистую легированную конструкционную сталь, содержащую 0,4% углерода и около 1% хрома; 15Н2М — конструкционную легированную никельмолибденовую сталь с содержанием 0,15% углерода, 2% никеля и до 1% молибдена.

Маркировка высококачественных сталей отличается наличием буквы А, проставляемой в конце марки. Например, 18Х2Н4МА означает хромоникельмолибденовую конструкционную легированную высококачественную сталь с содержанием 0,18% углерода, 2% хрома, 4% никеля и до 1% молибдена; 38Х2МЮА — хромоалюминиевую конструкционную высококачественную сталь, имеющую в своем составе 0,38% углерода, 2% хрома, до 1% молибдена и до 1% алюминия. Буква А не ставится в обозначении высококачественных инструментальных легированных сталей и сплавов с особыми свойствами. Например, 8Х4ВЗМЗФ2 — инструментальная легированная сталь для режущего и измерительного инструмента (0,8% углерода, 4% хрома, 3% вольфрама, 3% молибдена и 2% ванадия).

Иногда в обозначении марок сталей в начале ставятся буквы, указывающие области их применения: А — автоматные стали повышенной обрабатываемости резанием (А 12, А35), Ш — шарикоподшипниковые стали (ШХ15, ШХ9), Р — быстрорежущие стали (Р18, Р6М5К5), Св — сварочные и наплавочные стали и сплавы (Св-12ГС, Св-08ХН2ГМТА). Особое внимание следует обратить на букву А, которая может содержаться в начале обозначения марки стали, в середине и в конце. Если буква А стоит, в начале марки, она указывает область применения стали (автоматная конструкционная сталь повышенной и высокой обрабатываемости резанием, например А40ХЕ); если в конце марки, значит сталь высококачественная (например 20Х2Н4А); буква А, стоящая в середине марки, означает азот, например 10Х14АП5. Стали, предназначенные для специального производства (исследуемые или пробные), часто маркируют условно, например, по месту их выплавки: Э — «Электросталь», 3 — Златоустовский металлургический комбинат, Д — завод «Днепроспецсталь» — ЭИ868, ЭП48, ЗИ, ДИ (И — значит исследовательская, П — пробная).

Читайте также: