Улучшение стали: процесс, технология, улучшаемые стали

Улучшение стали – комплексная термообработка стали, заключающаяся в закалке детали с последующим высоким отпуском стали, обеспечивающая хорошие показатели прочности и пластичности.

Улучшение стали: процесс, технология, улучшаемые стали

Сущность процесса улучшения стали

После закалки стали в ней преобладают структуры мартенсита. Высокий отпуск стали заключается в нагреве, как минимум, на 20-40°C ниже точки Ac1 (см. Диаграмму железо-углерод), но не ниже 500°C, выдержке и контролируемом охлаждении детали.

Улучшение стали: процесс, технология, улучшаемые сталиУлучшение сталей на диаграмме железо-углерод

На втором этапе улучшения сталей – процессе высокого отпуска стали – происходит диффузионный распад мартенсита до образования сорбита отпуска (см. Элементы теории термической обработки). Сорбит отпуска имеет однородную и дисперсную структуру.

Применение улучшения сталей

Именно структура сорбита отпуска обеспечивает великолепное сочетание ударной вязкости, пластичности и прочности при понижении твердости в деталях, прошедших процесс улучшения стали.

Процессу улучшению сталей подвергают детали из углеродистых и легированных сталей с содержанием углерода 0,30-0,55%. Например, сталь 45, 40Х, 30ХГСА, 38Х2МЮА.

При необходимости более высокой поверхностной твердости эти детали подвергают после процедуры улучшения стали другим методам обработки: закалке ТВЧ или азотированию.

В случае отсутствия высоких требований к пластичности и ударной вязкости вместо улучшения сталей может применяться нормализация стали, как более экономичный процесс.

Улучшение сталей в ООО КВАДРО

Наше предприятие уже почти четверть века производит термообработку металлов на заказ в Санкт-Петербурге, в том числе улучшение сталей.

Мы производим по чертежам Заказчика или режимам термической обработки термообработку сталей (в т.ч. нержавеющих, инструментальных и т.п.), а так же  иных металлов и сплавов (алюминиевых и титановых, латуней и бронз, и т.д.).

Кроме улучшения стали мы производим и иные  виды термической обработкиметаллов на заказ, например:

Источник: http://kvadromash.ru/uluchshenie-stali/

Материаловед

Улучшить качество металла можно уменьшением  в нём вредных примесей, газов, неметаллических включений. Для повышения качества металла используют: обработку синтетическим шлаком, вакуумную дегазацию металла, электрошлаковый переплав (ЭШП), вакуумно-дуговой переплав (ВДП), переплав металла в электронно-дуговых и плазменных печах и т. д.

Вакуумная дегазация проводится для уменьшения содержания в металле газов вследствие снижения их растворимости в жидкой стали при пониженном давлении и неметаллических включений.

Вакуумирование стали проводят в ковше, при переливе из ковша в ковш, при заливке в изложницу.

Для вакуумирования в ковше ковш с жидкой сталью помещают в камеру, закрывающуюся герметичной крышкой. Вакуумными насосами создают разрежение до остаточного давления 0,267…0,667 кПа.

При понижении давления из жидкой стали выделяются водород и азот. Всплывающие пузырьки газов захватывают неметаллические включения, в результате чего содержание их в стали снижается.

Улучшаются прочность и пластичность стали.

Вакуумирование в ковше эффективно проводить до раскисления сильными раскислителями – кремнием и алюминием. Углерод металла реагирует с кислородом, окись углерода откачивается, а с ней откачиваются азот и водород. В результате металл раскисляется без образования неметаллических включений и дегазируется.

При вакуумировании струи металла при переливе из ковша в ковш пустой ковш устанавливают в вакуумной камере, откачивают воздух. Подают к камере второй ковш с металлом.

Металл из верхнего ковша через воронку переливают в нижний, при этом вакуум в камере не нарушается. Попадая в разреженное пространство, струя распадается на мелкие капли.

Дегазация в вакууме раздробленной струи более эффективна по сравнению с вакуумированием металла в ковше.

Для высококачественных и некоторых высоколегированных сталей применяют отливку слитков в вакууме. Используют камеру, состоящую из двух частей. В нижнюю помещают просушенную изложницу, в верхней части на плиту герметично устанавливают промежуточный ковш.  Откачивают из камеры воздух, в промежуточный ковш наливают металл и начинают разливку.

Степень дегазации зависит от остаточного давления. Газы удаляются не только из слитка, но и из  струи металла, протекающей в вакууме. Значительное снижение содержания водорода (до 60…70 %) обеспечивает получение стали, нечувствительной к флокенам, что упрощает процесс производства крупных поковок.

Слитки, полученные таким способом, характеризуются повышенными механическими свойствами, но стоимость их значительно повышается.

Электрошлаковый переплав (ЭШП) применяют для выплавки высококачественных сталей для подшипников, жаропрочных сталей.

Схема электрошлакового переплава представлена на рис. 9.

Улучшение стали: процесс, технология, улучшаемые стали

Схема электрошлакового переплава

Рис. 9. Схема электрошлакового переплава

Переплаву подвергается выплавленный в дуговой печи и прокатанный на пруток металл. Источником теплоты является шлаковая ванна, нагреваемая электрическим током. Электрический ток подводится к переплавляемому электроду 1, погруженному в шлаковую ванну 2, и к поддону 9, установленному в слегка конусном водоохлаждаемом кристаллизаторе 7, в котором находится затравка 8.

Выделяющаяся теплота нагревает ванну 2 до температуры свыше 1700 ºC и вызывает оплавление конца электрода. Капли жидкого металла 3 проходят через шлак и  образуют под шлаковым слоем металлическую ванну 4. Перенос капель металла через основной шлак способствует удалению из металла серы, неметаллических включений и газов.

Металлическая ванна пополняется путём расплавления электрода, и под воздействием кристаллизатора она постепенно формируется в слиток 6. По мере  формирования слитка  либо опускают поддон, либо  поднимают электрод. Содержание кислорода уменьшается в 1,5…2 раза, серы в 2…3 раза.

Слиток отличается плотностью, однородностью, хорошим качеством поверхности, высокими механическими и эксплуатационными свойствами. Слитки получают круглого, квадратного и прямоугольного сечения массой до 110 т.

Вакуумно-дуговой переплав (ВДП) применяют в целях удаления из металла газов и неметаллических включений.

Процесс осуществляется в вакуумно-дуговых печах с расходуемым электродом. Катод изготовляют механической обработкой слитка, выплавляемого в электропечах или установках ЭШП.

Схема вакуумно-дугового переплава представлена на рис.  10.

Улучшение стали: процесс, технология, улучшаемые стали

Схема вакуумно-дугового переплава

Рис. 10. Схема вакуумно-дугового переплава

Расходуемый электрод 3 закрепляют на водоохлаждаемом штоке 2 и помещают в корпус печи 1 и далее в медную водоохлаждаемую изложницу 6. Из корпуса печи откачивают воздух до остаточного давления 0,00133 кПа. При подаче напряжения между расходуемым электродом 3 (катодом) и затравкой 8 (анодом) возникает дуга.

Выделяющаяся теплота расплавляет конец электрода. Капли жидкого металла 4, проходя зону дугового разряда, дегазируются, заполняют изложницу и затвердевают, образуя слиток 7. Дуга горит между электродом и жидким металлом 5 в верхней части слитка на протяжении всей плавки.

Охлаждение слитка и разогрев жидкого металла создают условия для направленного затвердевания слитка. Следовательно, неметаллические включения сосредоточиваются в верхней части слитка, усадочная раковина мала. Слиток характеризуется высокой равномерностью химического состава, повышенными механическими свойствами.

Применяется для изготовления  деталей турбин, двигателей, авиационных конструкций. Масса слитков достигает 50 т.

Источник: http://xn--80aagiccszezsw.xn--p1ai/uchebniki/osnovy-metallurgicheskogo-proizvodstva/5-proizvodstvo-stali/5-4-sposoby-povysheniya-kachestva-stali

Улучшаемые стали

Улучшение стали: процесс, технология, улучшаемые стали

Улучшаемыми сталями называют среднеуглеродистые конструкционные стали, содержащие (0,3…0,5) % С, подвергаемые закалке от температуры 820…880 0С и последующему высокотемпературному отпуску при 550…680 0С. После такой термической обработки стали приобретают структуру сорбита, хорошо воспринимающую ударные нагрузки.

Хромистые стали

Для средненагруженных деталей небольших размеров применяют хромистые стали марок 30Х, 38Х, 40Х, 50Х. С увеличением содержания углерода возрастает прочность, но снижается пластичность и вязкость.

Прокаливаемость сталей невелика и для ее увеличения легируется бором (0,002…0,005%). Критический диаметр стали 35ХР при закалке в воде составляет 30…45 мм, а в масле 20…30 мм.

Введение 0,1…0,2 % ванадия (40ХФА) повышает механические свойства хромистых сталей, главным образом вязкость, вследствие лучшего раскисления и измельчения зерна без увеличения прокаливаемости. Эти стали применяют для изделий, работающих при повышенных динамических нагрузках. Значение механических свойств некоторых улучшаемых сталей после термообработки приведены в таблице 10.

Хромомарганцевые стали

Совместное легирование сталей хромом (0,9…1,2 %) и марганцем (0,9…1,2 %) позволяет получить достаточно высокую прочность и прокаливаемость (например, 40ХГ), однако они имеют пониженную вязкость, пониженный порог хладноломкости (от 20 0С до минус 60 0С). Введение титана снижает склонность к перегреву, а добавление бора увеличивает прокаливаемость.

Таблица 10 — Механические свойства некоторых легированных улучшаемых сталей

Марка
стали
Прокаливается диаметр, мм sigmaв,
МПа
sigma0,2,
МПа
d,
%
y,
%
KCU,
МДж/м2
30X
40X
40XФА
40ХГТР
30ХГС
40ХН
30ХН3А
40ХН2МА
36Х2Н2МФА
38ХН3МФА
25-35
25-35
25-35
50-75
50-75
50-75
75-100
75-100
более 100
более100
900
1000
900
1000
1100
1000
1000
1100
1200
1200
700
800
750
800
850
800
800
950
1100
1100
12
10
10
11
10
11
10
12
12
12
45
45
50
45
45
45
50
50
50
50
0,7
0,6
0,9
0,8
0,4
0,7
0,8
0,8
0,8
0,8

Хромокремнемарганцевые стали

Они обладают высокой прокаливаемостью и механическими свойствами. К ним относятся стали марок 20ХГС, 25ХГС, 30ХГС. Стали хромансил применяют в виде листов и труб для ответственных сварных конструкций. При введении дополнительно никеля 1,4…1,8 % (30ХГНА) прочность стали повышается: sigmaв =1650 МПа, sigma0,2 = 1400 МПа.

Хромоникелевые стали

Обладают высокой прокаливаемостью, прочностью, хорошей вязкостью. Применяются для изготовления крупных изделий сложной конфигурации, работающих при вибрационных и динамических нагрузках. Никель, особенно в сочетании с молибденом, сильно снижает порог хладноломкости.

Чем выше содержание никеля, тем ниже допустимая температура применения стали и выше ее сопротивления хрупкому разрушению. Рекомендуется вводить до 3 % Ni. При большем содержании получается много остаточного аустенита.

Для тяжелонагруженных деталей с диаметром сечения до 70 мм используют стали марок 40ХН, 45ХН, 50ХН.

Хромоникелемолибденованадиевые стали

Кроме молибдена, добавляют ванадий, который способствует получению мелкозернистой структуры. Стали марок 38ХН3МФ и 36Х2Н2МФА применяют для деталей больших сечений (1000…1500 мм и более). В сердцевине после закалки образуется бейнит, а после отпуска — сорбит. Стали обладают высокой прочностью, пластичностью и вязкостью, низким порогом хладноломкости.

Молибден, присутствующий в стали, повышает ее теплостойкость.

Эти стали можно использовать при температурах 400…450 0С при изготовлении наиболее ответственных деталей турбин, компрессоров, для которых требуется материал особой прочности в крупных сечениях (поковки валов и цельнокованных роторов турбин, валы высоконапряженных турбовоздуходувных машин, детали редукторов и т.д.).

Пружинно — рессорные стали >
Дальше >

Источник: https://dprm.ru/materialovedenie/uluchshaemye-stali

Статья на тему: "Термообработка сталей и сплавов. Нормализация и улучшение."

Термообработка сталей и сплавов. Нормализация и улучшение.

Термическая обработка металлов, процесс обработки изделий из металлов и сплавов путём теплового воздействия с целью изменения их структуры и свойств в заданном направлении. Это воздействие может сочетаться также с химическим, деформационным, магнитным и др.

Читайте также:  Сварка тонкого металла электродом: технология, электроды

Отжиг. Это процесс термической обработки, состоящий в нагреве стали до определенной температуры, выдержке при ней и последующем медленном охлаждении с целью получения более равновесной структуры. Особенностью отжига является медленное охлаждение.

Диффузионный отжиг (гомогенизирующий) применяют для уменьшения химической неоднородности стальных слитков и фасонных отливок. Слитки (отливки), особенно из

легированной стали, имеют неоднородное строение. Неоднородность строения обусловлена карбидной ликвациями, так как в местах образования карбидов или в средней части дендритов возникают скопления легирующих элементов.

Для выравнивания химического состава слиток или отливку нагревают до высокой температуры, при которой атомы элементов приобретают большую подвижность. Благодаря этому происходит перемещение атомов из мест с большей концентрацией химических элементов в места с меньшей концентрацией.

В результате такой диффузии обеспечивается выравнивание химического состава слитка или отливки по объему.

Для обеспечения необходимой скорости диффузии атомов отжиг стали проводят при высокой температуре (1100-1200°С) с выдержкой 10-20 ч.

Полный отжиг применяют для стали в основном после горячей обработки поковок давлением и отливок с целью измельчения зерна и снятия внутренних напряжений. Это достигается нагревом стали на 30-50°С выше верхней критической точки Ас3 и медленным охлаждением.

При нагреве стали выше температуры Ас3 перлит превращается в аустенит. Это происходит путем образования в начальной стадии мельчайших зародышей кристалликов аустенита и постепенного их роста по мере повышения температуры.

При небольшом превышении температуры Ас3 (на 30-50°С) образовавшиеся кристаллики аустенита остаются еще мелкими. В дальнейшем, при охлаждении ниже температуры Ас1 образуется однородная мелкозернистая структура ферритно-перлитного типа.

При этом в пределах одного аустенитного зерна возникает несколько перлитных зерен, которые значительно мельче, чем аустенитное зерно, из которого они образовались.

Температуру нагрева деталей, изготовленных из углеродистых сталей, определяют по диаграмме состояния, а для легированных сталей — по положению их критической точки Ас3, имеющейся в справочных таблицах.

Время выдержки при отжиге складывается из времени, необходимого для полного прогрева детали, и времени, нужного для окончания структурных превращений.

Изотермический отжиг заключается в том, что сталь нагревают до температуры на 30-50°С выше точки Ас3 (конструкционные стали) и выше точки Ас1 на 50-100°С (инструментальные стали). После выдержки сталь медленно охлаждают в расплавленной соли до температуры несколько ниже точки Аг1 (680-700°С).

При этой температуре сталь подвергают изотермической выдержке до полного превращения аустенита в перлит, а затем охлаждают на спокойном воздухе.

Изотермический отжиг сокращает продолжительность термической обработки небольших по размерам изделий из легированных сталей в 2-3 раза по сравнению с полным отжигом.

Для крупных изделий такого выигрыша по времени не получается, так как требуется большое время для выравнивания температуры по объему изделия. Изотермический отжиг является лучшим способом снижения твердости и улучшения обрабатываемости резанием сложнолегированных сталей, например 18Х2НЧВА.

Сфероидизирующий отжиг обеспечивает превращение пластинчатого перлита в зернистый, сфероидизированный. Это улучшает обрабатываемость сталей резанием.

Отжиг на зернистый перлит производят по режиму: нагрев стали немного выше точки Ас1 с последующим охлаждением сначала до 700°С, затем до 550-600°С и далее на воздухе.

Сфероидизирующий отжиг применяют для сталей, содержащих более 0,65% углерода, например шарикоподшипниковые стали типа ШХ15.

Рекристаллизационный отжиг применяют для снятия наклепа, вызванного пластической деформацией металла при холодной прокатке, волочении или штамповке.

Наклепом называют упрочнение металла, появляющееся в результате холодной пластической деформации металла. При холодной прокатке, штамповке, волочении зерна металла деформируются, дробятся.

Это повышает твердость металла, снижает его пластичность и вызывает хрупкость. В этом и заключается сущность наклепа.

Рекристаллизационный отжиг выполняют путем нагрева до температуры ниже Ас1 (650-700°С), выдержки и последующего замедленного охлаждения. При нагреве металла до 650-700°С (рекристаллизационный отжиг) возрастает диффузионная подвижность атомов и в твердом состоянии происходят вторичное кристаллизационные процессы (рекристаллизация).

На границах деформированных зерен возникают новые центры кристаллизации, вокруг которых заново строится решетка. Вместо старых деформированных зерен вырастают новые равноосные зерна и деформированная структура полностью исчезает.

При этом восстанавливаются первоначальная структура и свойства металла.

Нормализация. Термическую операцию, при которой сталь нагревают до температуры на 30-50°С выше верхних критических точек Ас3 и Аcm, затем выдерживают при этой температуре и охлаждают на спокойном воздухе, называют нормализацией.

При нормализации уменьшаются внутренние напряжения, происходит перекристаллизация стали, измельчающая крупнозернистую структуру металла сварных швов, отливок или поковок.

Нормализация стали по сравнению с отжигом является более коротким процессом термической обработки, а, следовательно, и более производительным. Поэтому углеродистые и низколегированные стали подвергают, как правило, не отжигу, а нормализации.

С повышением содержания углерода в. Стали увеличивается различие в свойствах между отожженной и нормализованной сталью. Для сталей, содержащих до 0,2% углерода, предпочтительнее нормализация. Для сталей, содержащих 0,3-0,4% углерода, при нормализации по сравнению с отжигом существенно увеличивается твердость, что необходимо учитывать. Поэтому нормализация не всегда может заменить отжиг.

Сплавы после нормализации приобретают мелкозернистую структуру и несколько большую прочность и твердость, чем при отжиге. Нормализацию применяют для исправления крупнозернистой структуры, улучшения обрабатываемости стали резанием, улучшения структуры перед закалкой. В заэвтектоидной стали нормализация устраняет сетку вторичного цементита.

Улучшаемые стали.

Стали, подвергаемые термическому улучшению, широко применяют для изготовления различных деталей, работающих в сложных напряженных условиях (при действии разнообразных нагрузок, в том числе переменных и динамических).

Стали приобретают структуру сорбита, хорошо воспринимающую ударные нагрузки. Важное значение имеет сопротивление хрупкому разрушению.

Улучшению подвергаются среднеуглеродистые стали с содержанием углерода 0,30-0,50%.

Улучшаемые углеродистые стали 35, 40, 45 дешевы, из них изготавливают детали, испытывающие небольшие напряжения (сталь 35), и детали, требующие повышенной прочности (стали 40, 45). Но термическое улучшение этих сталей обеспечивает высокий комплекс механических свойств только в деталях небольшого сечения. Стали этой группы можно использовать и в нормализованном состоянии.

Детали, требующие высокой поверхностной твердости при вязкой сердцевине (зубчатые колеса, валы, оси, втулки), подвергаются поверхностной закалке токами высокой частоты. Для снятия напряжений проводят низкий отпуск.

Улучшаемые легированные стали.

Улучшаемые легированные стали применяют для более крупных и более нагруженных ответственных деталей. Стали обладают лучшим комплексом механических свойств: выше прочность при сохранении достаточной вязкости и пластичности, ниже порог ломкости.

Хромистые стали 30Х, 40Х, 50Х используются для изготовления небольших средненагруженных деталей. Эти стали склонны к отпускной хрупкости, поэтому после высокого отпуска охлаждение должно быть быстрым.

Повышение прокаливаемости достигается микролегированием бором (35ХР). Введение в сталь ванадия значительно увеличивает вязкость (40ХФА).

Хромокремнистые (33ХС) и хромансил (25ХГСА) стали обладают высокой прочностью и умеренной вязкостью. Стали хромансилы обладают высокой свариваемостью, из них изготавливают стыковочные сварные узлы, кронштейны, крепежные и другие детали. Широко применяются в автомобилестроении и авиации.

Хромоникелевые стали 45ХН, 30ХН3А отличаются хорошей прокаливаемостью, прочностью и вязкостью, но чувствительны к обратимой отпускной хрупкости. Для уменьшения чувствительности вводят молибден или вольфрам. Ванадий способствует измельчению зерна.

Стали 36Х2Н2МФА, 38ХН3ВА др. обладают лучшими свойствами, относятся к мартенситному классу, слабо упрочняются при нагреве до 300-400oС. из них изготавливаются валы и роторы турбин, тяжело нагруженные детали редукторов и компрессоров.

ВОПРОСЫ

1.Что такое термообработка сталей? Для каких целей проводят термообработку? Как изменяется структура и свойства сталей и сплавов после термообработки?

2. Какие виды термообработки вы знаете?

3.Что такое нормализация, улучшение стали при термообработке? Какие стали подвергают таким методам термообработки?

Источник: https://infourok.ru/statya-na-temu-termoobrabotka-staley-i-splavov-normalizaciya-i-uluchshenie-3378640.html

Структура и механические свойства улучшаемых легированных сталей

Свойства улучшаемой стали зависят от прокаливаемости, т.е. от структуры по сечению изделия после закалки.

При полной (сквозной) прокаливаемости структура по всему сечению — мартенсит. При неполной (несквозной) прокаливаемости наряду с мартенситом образуются немартенситные продукты распада аустенита (верхний и нижний бейнит, феррито – перлитная смесь).

Наиболее высокие механические свойства достигаются после высокого отпуска исходной структуры мартенсита. Если сталь имеет другие структуры, то некоторые свойства могут ухудшаться, например, температура порога хладноломкости и сопротивление вязкому разрушению (работа развития трещины).

На рисунке 1 для хромомолибденовой стали с содержанием от 0,18 до 0,30 %С приведены значения температуры перехода после высокого отпуска разных исходных структур. Подбором температуры отпуска временное сопртивление стали при всех исходных структурах было достигнуто одинаковым (sв ~ 700 МПа).

При этом наиболее низкий порог хладноломкости имела сталь, закаленная на мартенсит (а); сталь со структурой бейнита (верхнего) после отпуска имеет порог хладноломкости на 50 оС выше, а со структурой перлита – еще на 100 оС выше.

При всех исходных структурах повышение содержания углерода приводит также к повышению Тпр.

Сравнивая свойства отпущенного мартенсита и отпущенного бейнита, следует разделять влияние верхнего и нижнего бейнита.

В таблице № 1 приведены данные о влиянии исходной структуры (смеси структур) на механические свойства высокоотпущенной стали 18Х2Н4МФА.

Таблица № 1

Структура стали после закалки sВ, МПа sТ,  МПа d,  % Y, % Т50,  оС KCT, МДж/м2
100 % М 850 740 17 7 -85 1,9
75%М+25%Бн 840 720 16 73 -105 1,8
50%М+50Бн 860 720 16 71 -115 1,8
100%Бв+н 890 760 15 65 +40 0,3
90%Бв+н+10%ФП 780 520 14 51 +50 0,7
25%Бв+н+75%ФП 720 470 13 45 +55 0,85

Испытания на растяжение с определением sв, sТ, d и Y не выявляют влияния бейнитных составляющих структуры в смеси с мартенситом. При этом указанные свойства практически не меняются. Появление феррито – перлитной смеси понижает прочность и пластичность стали. Значительно более сильную структурную чувствительность имеют характеристики сопротивления разрушению (Т50 и KCT).

Нижний бейнит (до 50%) в смеси с мартенситом повышает сопротивление хрупкому разрушению – порог хладноломкости снижается на 30 оС. Это обусловлено однородным распределением карбидов и мелкоигольчатой структурой нижнего бейнита, в результате чего создаются препятствия при распространении трещины скола.

Читайте также:  Вес саморезов: расчет массы, разновидности, классификация

Нижний бейнит в таких количествах не ухудшает сопротивление стали вязкому разрушению.

Существенное снижение характеристик сопротивления разрушению вызывает верхний бейнит и продукты распада аустенита в перлитной области. При такой структуре существенно повышается порог хладноломкости и резко падает работа распространения трещины.

Это связано с тем, что высокотемпературные продукты распада аустенита – верхний бейнит и перлит – имеют после отпуска в структуре грубые неоднородно распределенные карбидные включения, в результате чего скол может непрерывно распространяться на значительные расстояния, составляющие несколько зерен.

Влияние остаточного аустенита на свойства стали после отпуска может быть двояким. Если остаточный аустенит распадается при отпуске на феррит и карбид, то это вызывает охрупчивание стали. Стабилизированный остаточный аустенит, не разлагающийся при отпуске, расположенный между пластинами мартенсита в виде тонких прослоек сильно повышает вязкость разрушения (KIC) высокопрочных сталей.

Таким образом, если после закалки в изделиях получается структура мартенсита в смеси с нижним бейнитом (до 50 %), то свойства стали не ухудшаются. Появление же наряду с мартенситом или нижним бейнитом высокотемпературных продуктов распада – верхнего бейнита и феррито – перлитной смеси – снижает значения сопротивления стали хрупкому и вязкому разрушению.

Марки сталей и их свойства

В зависимости от требований по прокаливаемости и необходимого уровня механических свойств в машиностроении используют большое количество различно легированных сталей.

Марки легированных конструкционных сталей определяются ГОСТ 4543 – 2016, ряд сталей изготавливается также по техническим условиям. Основными легирующими элементами в улучшаемых сталях являются: Cr, Mn, Ni, Mo, B, V и др.

Содержание углерода в них обычно находится в пределах                      0,06 – 0,54 %.

В таблице № 2 приведен химический состав и гарантируемы механические свойства наиболее широко распространенных улучшаемых машиностроительных сталей. Приведенные механические свойства нормированы как контрольные послеуказанной термической обработки для заготовок с размером сечения 25 мм (круг или квадрат). Для каждой стали свойства будут зависеть от температуры отпуска.

Таблица № 2

Марка            стали Содержание элементов, % Режим контрольной                    термообработки Механические свойства
C Mn Cr Ni Др. элементы tзак oC tотп oC sв, МПа s0,2 МПа d % y % KCU МДж/м2
40Х  0,36-0,44 0,50-0,80 0,80-1,10 £0,3 860 500 980 785 10 45 0,6
40ХФА 0,34-0,44 0,50-0,80 0,80-1,10 £0,3 0,10-0,18V 880 650 880 735 10 50 0,9
40Г2 0,26-0,35 1,4-1,8 £0,3 £0,3 880 600 600 350 15 45
30Г2 0,36-0,44 1,4-1,8 £0,3 £0,3 860 650 670 390 12 40
40ХГТР 0,38-0,45 0,80-1,00 0,80-1,10 £0,3 0,03-0,09Ti 840 550 980 785 11 45 0,8
38ХС 0,34-0,42 0,30-0,60 1,30-1,60 £0,3 1,0-1,4Si 900 630 930 735 12 50 0,7
30ХГСА 0,28-0,34 0,80-1,10 0,80-1,10 £0,3 0,9-1,2Si 880 540 1080 835 10 45 0,5
30ХМА 0,26-0,33 0,40-0,70 0,80-1,10 £0,3 0,15-0,25Mo 880 540 930 735 12 50 0,9
30Х3МФ 0,27-0,34 0,30-0,60 2,30-2,70 £0,3 0,2–0,3Mo 0,06-0,12V 870 620 980 835 12 56 1,0
40ХН 0,36-0,44 0,50-0,80 0,45-0,75 1,00-1,40 820 530 980 785 10 45 0,7
30ХН3А 0,27-0,33 0,30-0,60 0,60-0,90 2,75-3,15 820 530 1000 800 10 50 0,8
30ХН2МА 0,27-0,34 0,30-0,60 0,60-0,90 1,25-1,65 0,2-0,3Mo 860 530 980 785 10 45 0,8
40ХН2МА 0,37-0,44 0,50-0,80 0,60-0,90 1,25-1,65 0,15-0,20Mo 850 620 1100 950 12 50 0,8
18Х2Н4МА 0,14-0,20 0,25-0,55 1,35-1,65 4,00-4,40 0,3-0,4Mo 860 550 1050 800 12 50 1,2

Легированным конструкционным улучшаемым сталям свойственна повышенная анизотропия свойств, т.е. различие свойств в зависимости от направления деформации при ковке или прокатке.

Уменьшение анизотропии достигается металлургическими способами: уменьшением в стали сульфидов и других неметаллических включений, изменением условий горячей пластической деформации и др.

Также эти стали чувствительны к флокенам, причем наиболее чувствительны к образованию флокенов доэвтектоидные легированные перлитные и перлито — мартенситные стали.

Хромистые стали (30Х, 35Х, 40Х, 45Х, 50Х, 35Х2АФ, 40Х2АФЕ) являются наименее легированными и обеспечивают прокаливаемость в больших сечениях, чем соответствующие углеродистые стали. Хром не оказывает сильного влияния на разупрочнение при отпуске, однако он увеличивает склонность стали к отпускной хрупкости.

Поэтому изделия из этих сталей после высокого отпуска следует охлаждать в масле или воде, недопустимо охлаждение после отпуска с печью. С целью получения мелкого зерна аустенита в стали данной группы вводят ванадий, который находясь в карбидах, препятствует росту зерна, а при отпуске задерживает разупрочнение.

Значительные преимущества имеют хромистые стали, упрочненные нитридами: 35Х2АФ и 40Х2АФЕ.

Эти стали имеют мелкое зерно, глубокую прокаливаемость, высокие механические свойства как после закалки и низкого отпуска, так и после улучшения.

Такие свойства обусловлены легированием сталей азотом и нитридообразующими элементами – ванадием и алюминием. Для улучшения обрабатываемости резанием стали легируют селеном.

Марганцовистые стали (30Г2, 35Г2, 40Г2, 45Г2, 50Г2) имеют большую прокаливаемость, чем хромистые. Однако марганец усиливает склонность зерна к росту, поэтому эти стали чувствительны к перегреву и могут иметь пониженную ударную вязкость, особенно при отрицательных температурах. Применяются при обработке ТВЧ и для изделий, несущих небольшие ударные нагрузки.

Хромомарганцевые стали (25ХГТ,30ХГТ, 40ХГТ, 35ХГФ и др.) обладают повышенной устойчивостью переохлажденного аустенита и соответственно прокаливаемостью.

С целью получения мелкозернистой структуры в ряд сталей вводят небольшие добавки титана (0,03 – 0,09 %). Легирование ванадием также позволяет получить мелкозернистую структуру и повысить температуру отпуска на заданную твердость.

Применяются для машиностроительных деталей ответственного назначения: валы, шатуны, шестеренки.

Хромокремнистые и хромокремнемарганцовистые стали (33ХС, 38ХС, 25ХГСА, 30ХГСА, 35ХГСА и др.) обладают высокой прочностью и умеренной вязкостью.

В качестве термической обработки применяются закалка и низкий отпуск или улучшение.

Недостатком таких сталей является относительно небольшая прокаливаемость, сильная склонность к отпускной хрупкости I и II рода, склонность к обезуглероживанию.

Хромомолибденовые стали (30ХМ, 35ХМ, 38ХМ, 30Х3МФ, 40ХМФА и др.), обладая хорошей прокаливаемостью, имеют высокий комплекс механических свойств и мало склонны к отпускной хрупкости благодаря молибдену.

Их особенностью является способность сохранять высокие механические свойства при повышенных температурах. Получение мелкого зерна в структуре сталей этой группы достигается за счет введения ванадия.

Хромомолибденовые стали применяются для изготовления наиболее ответственных изделий сечением до 80 – 100 мм: коленчатые валы, тяжелонагруженные оси, баллоны высокого давления и т.д.

Хромоникелевые и хромоникельмолибденовые (вольфрамовые) стали: 20ХН3А, 20Х2НЧА, 40ХН, 30ХН3А, 20ХН2М, 30ХН2М, 38Х2Н2МА, 40Х2МА, 38ХН3МА, 18Х2Н4МА и др.

являются наиболее качественными, их применяют для изготовления самых ответственных крупных изделий (сечением 100 – 1000 мм).

Уникальные свойства хромоникелевых и хромоникельмолибденовых сталей достигаются вследствие их чрезвычайно высокой прокаливаемости и наибольшей вязкости.

Высокая прокаливаемость сталей обусловлена сильным совместным влиянием хрома и никеля или хрома, никеля и молибдена на повышение устойчивости аустенита. Такие стали закаливают в больших сечениях, обеспечивая после закалки в масле получение мартенсита и нижнего бейнита в центре крупных изделий.

Высокая вязкость сталей обусловлена влиянием никеля на параметры, характеризующие склонность к хрупкому и вязкому разрушениям, также никель понижает порог хладноломкости улучшаемых легированных сталей.

Стали с 3 – 4 % Ni имеют наибольший температурный запас вязкости: 20ХН3А, 30ХН3А, 18Х2Н4МА, 38ХН3МА.

Недостатком хромоникелевых сталей является склонность к обратимой отпускной хрупкости. Молибден и вольфрам значительно ослабляют склонность к развитию отпускной хрупкости, поэтому хромоникельмолибденовые (вольфрамовые) стали практически лишены этого недостатка.

Стали с пониженным содержанием никеля менее склонны к обратимой отпускной хрупкости. При рациональном легировании хромоникелевых сталей сохраняется достаточно высокая прокаливаемость, позволяющая использовать их для изделий больших сечений.

Хромоникельмолибденовые (вольфрамовые) стали иногда содержат ванадий (38ХН3МФА, 45ХН2МФА, 30Х2НМФА и др.), что обеспечивает их мелкозернистость и повышает устойчивость против отпуска.

Дата добавления: 2018-06-27; просмотров: 319; ЗАКАЗАТЬ РАБОТУ

Источник: https://studopedia.net/6_91494_struktura-i-mehanicheskie-svoystva-uluchshaemih-legirovannih-staley.html

ПОИСК

    Отпуск, проводимый прн 500—680°С, называется высокотемпературным, или высоким. При этих температурах происходит рост кристаллитов карбида железа — тонкие пластинки его укрупняются и приобретают округлую форму. Высокий отпуск повышает вязкость стали прочность и твердость ее немного снижаются, но остаются все же значительными.

При высоком отпуске создается наилучшее соотношение механических свойств стали. Поэтому закалка с высоким отпуском называется улучшением стали. Улучшение — основной вид термической обработки конструкционных сталей (см. стр. 678). [c.

676]     В нефтяной и газовой промышленности для сварных конструкций (резервуаров) применяют стали улучшенного раскисления и низколегированные марганцовистые эти стали имеют высокий порог хладноломкости при температуре около —70° С а кГ м см ).

Хладноломкостью объясняется также введение для сталей сварных конструкций обязательного испытания на ударную вязкость образцов при отрицательных температурах. Вопрос о методах испытаний на хладноломкость продолжает быть дискуссионным. [c.

261]

    Продолжаются дальнейшие теоретические и экспериментальные разработки, направленные на повышение жаростойкости, износостойкости и хладостойкости сталей, улучшение их технологических и эксплуатационных свойств и расширение области применения. [c.75]

    I — сталь улучшенная — углеродистая сталь с 1,09 /0 0 3 — медистая [c.7]

    Преимущество в прочности улучшенной стали Х5М перед отожженной устойчиво сохраняется и при повышенных температурах. У отожженной стали заметное снижение прочности наблюдается при температурах выше 400—450° С, у стали улучшенной — при температурах выше 475—500° С (табл. 66). Длительная прочность [c.87]

    Сосуды для хранения и перевозки жидкого водорода, разработанные в НБС, отличаются прочностью, небольшим весом и имеют весьма малые потери на испарение.

При их изготовлении использовались такие достижения, как сварка алюминия плотным швом, пайка алюминия с нержавеющей сталью, улучшение отражательной способности металлических поверхностей и новые изолирующие опоры.

Дальнейшее развитие способов улучшения отражательной способности поверхностей и применение [c.424]

    Стали обыкновенного качества (например, СтЗ) применяют для изготовления аппаратов, работающих под избыточным давлением до 6 МПа при температурах от минус 30 °С до плюс 425 °С. Для более жестких условий применяют углеродистые стали улучшенного качества — марок 15К и 20К. [c.243]

Читайте также:  Плазменные труборезы: виды, подбор, фото, видео

    Обычная сталь Улучшенная сталь Эмалировочное железо  [c.95]

    Никелевая сталь, улучшенная………… [c.431]

    Отжиг применяется для снижения твердости стали, улучшения ее обрабатываемости резанием, снятия внутренних напряжений после механической обработки или обработки давлением, для придания стали наилучшей структуры и последующей термической или химико-термической обработки. [c.106]

    Нагрев стали выше точки Лсд (полный отжиг) применяется для снижения твердости стали, улучшения обрабатываемости резанием, снятия внутренних напряжений и придания стали наилучшей структуры для последующей закалки или химикотермической обработки. [c.106]

    С о р т С. Стали улучшенного качества повышенной стойкости к надрезам, предназначенные для конструкций или их деталей, подвергающихся опасности хрупкого излома. [c.152]

    В связи с вовлечением в переработку сернистых нефтей появились различные способы очистки топливных фракций от соединений серы. Одной из первых проблем при очистке топлив от серы стало улучшение их запаха. С этой целью были разработаны специальные методы очистки топлив, в первую очередь бензинов, от меркаптанов.

В таких процессах стремились либо удалить меркаптаны из топлив, либо превратить пх в другие, менее пахучие соединения (папример, дисульфиды). Многие меркаптаны, содержащиеся в бензинах, имеют слабокислую реа,кцию и могут быть удалены промывкой водными растворами щелочей.

Растворимость меркаптанов в растворах щелочей можно повысить, добавляя органические кислоты и другие соединения. Щелочная промывка оказалась простым и в то же время достаточно эффективным способом очистки топливных фракций.

Для превращения меркаптанов в дисульфиды в промышленности в настоящее время используется процесс меро с (окисление мер1каптанов). [c.23]

    ВАКУУМЙРОВАННАЯ СТАЛЬ (от лат. va uum — пустота) — сталь, улучшенная вакуумированием. Используется с 50-х гг. 20 в. Вакууми-рованными могут быть, нанр., конструкционная сталь, жаропрочная сталь, нержавеющая ст-аль, трансформаторная сталь, рельсовая сталь. В. с.

отличается от обычной стали более высокими (в среднем на 10—15%) ударной вязкостью, относительным сужением и удлинением, содержит меньше газов (азота, водорода, кислорода) и неметаллических включений. Хорошо сваривается. При кристаллизации В. с. уменьшается газовая пористость и рыхлость.

В процессе разливки устраняется возможность вторичного окисления стали, образования плен и заворотов, в процессе ковки и прокатки уменьшается количество поверхностных и внутренних трещин и рванин. Незначительное содержание водорода в В. с. уменьшает вероятность образования флокенов. В. с. подвергают такой же горячех мех. обработке давлением, как и нева-куумированные стали.

Термическая обработка В. с. (за исключением отжига после ковки) не отличается от принятой для стали определенной марки. В. с. получают вакуумированием в печи, в ковше, при разливке. [c.167]

    Углеродистые стали. Углеродистые стали — один из самых массовых конструкционных материалов химического и нефтехимического машиностроения. Углеродистая сталь обыкновенного качества по ГОСТу 380—60 в зависимости от способа выплавки разделяются на мартеновскую, бессемеровскую или конвертерную. Различают стали кипящие, спокойные и полуспокойные.

При выплавке кипящей стали в ней остается больше вредных примесей, вследствие чего применение ее ограничено. Правилами Госгортехнадзора стальные сварные аппараты допускается изготовлять из кипящей стали при рабочем избыточном давлении до 16 кПсм (1,6 Мн м ) и температурах от — 10 до +350° С. Спокойные стали обыкновенного качества (наиболее распространенная марка — Ст.

3) применяют для корпусов аппаратов, работающих под избыточным давлением до 6 Мн1м (60 кПсм ) при температуре от —30 до +425° С. Для более тяжелых условий применяют углеродистые стали улучшенного качества марок 15К и 20К (по ГОСТу 5520—62 Сталь листовая углеродистая и низколегированная для котлостроения и сосудов, работающих под давлением. Технические требования ).

Эти стали применяют при температуре до 475° С. [c.22]

    Особенно внимательно нужно проводить сварку небольшой детали с корпусом, имеющим большую массу. Хороший предварительный нагрев большей детали предупреждает образование слишком ломкой структуры сварного шва.

Лучше сваривается и требует меньшей термической обработки, чем углеродистая сталь, улучшенная хромомолибденовая сталь или сталь хромомолибденовольфрамованадиевая, применяемая для труб высокого давления, работающих при температуре выше 200° С.

[c.288]

Источник: https://www.chem21.info/info/347922/

Улучшаемые стали. Улучшаемые легированные стали. Улучшаемые конструкционные стали. Термообработка улучшаемых сталей. | мтомд.инфо

Стали, подвергаемые термическому улучшению, широко применяют для изготовления различных деталей, работающих в сложных напряженных условиях ( при действии разнообразных нагрузок, в том числе переменных и динамических). Стали приобретают структуру сорбита, хорошо воспринимающую ударные нагрузки. Важное значение имеет сопротивление хрупкому разрушению.

Улучшению подвергаются среднеуглеродистые стали с содержанием углерода 0,30…0,50 %.

Улучшаемые стали

Улучшаемые углеродистые стали 35, 40, 45 дешевы, из них изготавливают детали, испытывающие небольшие напряжения (сталь 35), и детали, требующие повышенной прочности (стали 40, 45).

Но термическое улучшение этих сталей обеспечивает высокий комплекс механических свойств только в деталях небольшого сечения, так как стали обладают низкой прокаливаемостью.

Стали этой группы можно использовать и в нормализованном состоянии (см. Нормализация стали.).

Детали, требующие высокой поверхностной твердости при вязкой сердцевине (зубчатые колеса, валы, оси, втулки), подвергаются поверхностной закалке токами высокой частоты. Для снятия напряжений проводят низкий отпуск.

Улучшаемые легированные стали применяют для более крупных и более нагруженных ответственных деталей. Стали обладают лучшим комплексом механических свойств: выше прочность при сохранении достаточной вязкости и пластичности, ниже порог хладоломкости.

Хромистые стали 30Х, 40Х, 50Х используются для изготовления небольших средненагруженных деталей. Эти стали склонны к отпускной хрупкости, поэтому после высокого отпуска охлаждение должно быть быстрым. Повышение прокаливаемости достигается микролегированием бором (35ХР). Введение в сталь ванадия значительно увеличивает вязкость (40ХФА).

Хромокремнистые (33ХС) и хромокремниймарганцевые (хромансил) (25ХГСА) стали обладают высокой прочностью и умеренной вязкостью. Стали хромансилы обладают высокой свариваемостью, из них изготавливают стыковочные сварные узлы, кронштейны, крепежные и другие детали. Широко применяются в автомобилестроении и авиации.

Хромоникелевые стали 45ХН, 30ХН3А отличаются хорошей прокаливаемостью, прочностью и вязкостью, но чувствительны к обратимой отпускной хрупкости. Для уменьшения чувствительности вводят молибден или вольфрам. Ванадий способствует измельчению зерна.

Стали 36Х2Н2МФА, 38ХН3ВА др. обладают лучшими свойствами, относятся к мартенситному классу, слабо разупрочняются при нагреве до 300…400 oС. из них изготавливаются валы и роторы турбин, тяжелонагруженные детали редукторов и компрессоров.

Источник: http://www.mtomd.info/archives/1610

Улучшаемые стали

Улучшаемыми конструкционными сталями называются среднеуглеродистые стали (0,3-0,5%С). В них должно содержаться не более 5 % легирующих элементов. Эти стали используются после операции улучшения. Данная операция состоит из закалки и высокого отпуска. Закалка подобных сталей, как правило, проводится в масле. При отпуске температура улучшаемых сталей составит 550-650 °С.

После термической обработки улучшаемые стали обладают структурой сорбита͵ хорошо воспринимающего ударные нагрузки.

Улучшаемая сталь получает высокую прочность, вязкость, низкую чувствительность к концентраторам напряжения, а также сравнительно хорошую прокаливаемость.

При сквозной прокаливаемости, после одинаковой термообработки, свойства различных марок улучшаемых сталей обычно близки между собой. По этой причине выбор тех или иных марок улучшаемой стали обусловлен прокаливаемостью стали, обязательно учитывается сечение детали и сложностью ее конфигурации, также смотрим на наличие концентраторов напряжений.

Улучшаемые стали можно разбить на пять групп. С увеличением группы возрастает степень легирования и размер сечения, при котором будет достигнута сквозная прокаливаемость. Обычно содержание кремния в улучшаемых сталях будет составлять 0,17-0,37 % , марганца 0,5-0,8 %, фосфора и серы меньше 0,035 %.

Группа I. К ней относят углеродистые стали 35, 40, 45 Стали имеющие критический диаметр до 10 мм, при нем достигается сквозная прокаливаемость. Οʜᴎ содержат в своей структуре не менее 95 % мартенсита.

Группа II. К ней относятся хромистые стали 30Х, 40Х. Стали имеющие критический диаметр 15-20 мм. К недостатку сталей этой группы можно отнести склонность к отпускной хрупкости второго рода. Для этих сталей крайне важно быстрое охлаждение после отпуска (охлаждение маслом, водой).

Группа III. К ней относятся хромистые стали. Как правило, их дополнительно легируют еще одним а иногда и двумя элементами З0ХМ, 40ХГ, 30ХГТ Критический диаметр 20-25 мм. Для увеличения прокаливаемости в хромистые стали можно дополнительно ввести марганец (40ХГ) и бор (40ХР).

Молибден (30ХМ) вводят для уменьшения отпускной хрупкости второго рода. Высокие свойства имеют принадлежащие к этой группе стали, называемые хромансилями: 20ХГС, 30ХГС. Οʜᴎ хорошо свариваются при высокой прочности 1200 МПа и KCU = 0,4 МДж/м2.

К их недостаткам можно отнести склонность к отпускной хрупкости второго рода.

Группа IV. К ней относятся хромоникелœевые стали с содержанием до 1,5 % Ni: 40ХН, 40ХНМ. Их критический диаметр 40 мм. Эти стали при низких температурах эксплуатации обладают несколько большим запасом вязкости, чем стали находящиеся в предыдущих группах.

Группа V. К ней относятся комплекснолегированные стали, содержащие 3-4 % Ni: 38ХНЗМ, 38ХНЗМФА. Как правило, стали из этой группы достаточно дороги. Эти улучшаемые стали относятся к самым лучшим маркам.

Критический диаметр составляет 100 мм и более. Οʜᴎ обладают низкой склонности к хрупкому разрушению. Из этих сталей изготовляются детали со сложной конфигурацией, подвергаемые ударным нагрузкам.

Их недостатки, это склонность к флокенообразованию и трудность обработки резанием.

Улучшаемые стали. — понятие и виды. Классификация и особенности категории «Улучшаемые стали.» 2017, 2018.

  • — Конструкционные машиностроительные улучшаемые стали

    Такими сталями являются углеродистые и легированные стали с содержанием углерода 0,3…0,5%. Стали применяют после закалки и высокого отпуска (такую термическую обработку называют улучшением). Стали имеют высокие пределы текучести и выносливости и достаточный запас… [читать подробнее].

  • — Улучшаемые стали.

      Стали, подвергаемые термическому улучшению, широко применяют для изготовления различных деталей, работающих в сложных напряженных условиях ( при действии разнообразных нагрузок, в том числе переменных и динамических). Стали приобретают структуру сорбита, хорошо… [читать подробнее].

  • — Улучшаемые стали.

    Цементуемые легированные стали. Химический состав (%) некоторых цементуемых (низкоуглеродистых) сталей (ГОСТ 1050-74 и 4543-71) Марка стали Элементы Другие элементы C Mn Cr Ni 20Х 0,17-0,23 0,5-0,8 0,7-1,0 &… [читать подробнее].

  • Источник: http://referatwork.ru/category/metally-svarka/view/593710_uluchshaemye_stali

    Ссылка на основную публикацию
    Adblock
    detector