Леговані конструкційні та інструментальні сталі

1. Леговані конструкційні та інструментальні сталі

1.
2.
3.
4.
Маркировка легованих сталей.
Леговані конструкційні сталі.
Леговані інструментальні сталі.
Переваги і недоліки легованих сталей.

2. Позначення елементів в легованих сталях

1. Маркировка легованих сталей
Позначення елементів в
легованих сталях
А - азот ( в середині
марки сталі)
Б - ніобій
В - вольфрам
Г - марганець
Д - мідь
Е - селен
К - кобальт
М - молібден
Н - нікель
П
Р
С
Т
Ф
- фосфор
- бор
- кремній
- титан
- ванадій
Х - хром
Ц – цирконій
Ч – рідкоземельний
елемент
Ю - алюміній

3. Правила розшифровки марок легованих сталей

Конструкційні леговані сталі:
40ХН2М4
40ХН2М4
40 – вміст вуглецю в сотих частках відсотка: 0,40 %,
Х - хром, вміст хрому 1 %,
Н2 – нікель, вміст нікелю 2%,
М4 – молібден, вміст молібдену 4 %.

4. Правила розшифровки марок легованих сталей

Інструментальні леговані сталі:
9ХС
9ХС
9 - вміст вуглецю в десятих частках відсотка: 0,9 %,
Х - хром, вміст хрому 1 %,
С – кремній, вміст кремнію 1%

5. Леговані конструкційні сталі.

За призначенням
розділяють на дві
групи:
будівельні
машинобудівельні
(елементи будівельних
конструкцій)
(деталі машин)

6.

Будівельні леговані сталі
Призначення легування:
1. Підвищення міцності
2. Підвищення корозійної стійкості
3. Зниження порогу холодноламкості
Основні легуючі елементи:
Mn, Si, V, Cu, N

7. Хімічний склад і механічні властивості деяких марок легованих будівельних сталей

Хімічний склад, %
Марка
сталі
C
Si
Mn
Cr
Ni
Cu
V
Інші
09Г2
< 0,12
0,17-0,37
1,4-1,8
<0,3
<0,3
<0,30
-
-
16ГС
0,12-0,18
0,4-0,7
0,9-1,2
<0,3
<0,3
<0,30
-
-
09Г2С
< 0,12
0,5-0,8
1,3-1,7
<0,3
<0,3
<0,30
-
-
15ГФ
0,12-0,18
0,17-0,37
0,9-1,2
<0,3
<0,3
<0,30
0,05-0,12
-
15Г2СФ
0,12-0,18
0,4-0,7
1,3-1,7
<0,3
<0,3
<0,30
0,05-0,10
-
16Г2АФ
0,14-0,20
0,3-0,6
1,3-1,7
<0,4
<0,3
<0,30
0,08-0,14
Марка
сталі
Механічні властивості (не менше)
σв,
σт,
δ,
Ударна в’язкість при t, МДж/м2
+20оС
МПа
МПа
%
09Г2
440
305
21
-
16ГС
490-450
325-275
21
0,59
550
390
18
-
15Г2СФ
0,0150,025N
-40оС
0,39-0,29
0,39
-70оС
0,29-0,24
-

8. Машинобудівельні сталі

Сталі
для
штампування
За останні роки обсяги виробництва сталей для
штампування постійно зростають, з’являються нові марки
легованих сталей.
Основними легуючими елементами в них є алюміній, титан
та ін., які додають з метою подрібнення зерна, підвищення
корозійної стійкості та ударної в’язкості. Додаткові вимоги
- створення нестаріючих сталей, наприклад:
• 08Фкп, мікролеговану ванадієм (0,02…0,04%),
• 08Ю і 10ЮА з присадкою Al (0,02…0,5%), 08ЮТ додатково
леговану Ti;
• 08ГСЮФ з присадками алюмінію і ванадію, які у даному
випадку зв’язують вуглець та залишковий азот у карбіди
та нітриди, виводять домішки проникнення з твердого
розчину та попереджають розвиток старіння.
Для деталей підвищеної міцності (диски колес)
використовують сталі 12ХМ, 18ХГ2ФТЮДР.

9. Групи машинобудівельних сталей

Група
Для
штампування
(≤0,15 %С)
Для цементації
(0,2≤%С ≤0,3)
Марки сталі
Призначення
легування
Основні л.е.
05Фкп,
Отримання рівномірного
08ЮТ, 10ЮА розміру зерен А;
підвищення корозійної
стійкості та в’язкості;
гальмування старіння
Аl, Ti, V
20Х,
25ХН,
12ХН3А
Підвищення міцності та
прогартовуваності;
Cr, Ti, Ni, Mn
Термічна обробка
Рекристалізаційний
відпал
Цементація із неповним
гартуванням та низьким
відпуском

10.

Група
Марки сталі
Для
покращання
(0,3<%С < 0,5)
40Х,
45Х2Н2
38Х2МЮА
Пружиноресорні
(%С > 0,5)
65С2А,
50ХФА
...
Призначення
легування
Основні л.е.
Підвищення міцності та
прогартовуваності;
Гальмування зростання
зерна аустеніту при т/о;
Зниження порогу
холодноламкості
Cr, Ti, Ni, Mn
Термічна обробка
Повне гартування із
високим відпуском
Додатково для
поверхонь тертя :
гартування СВЧ з
низьким відпуском або
азотування (38Х2МЮА)
Підвищення міцності,
Повне гартування із
прогартовуваності, пруж- середнім відпуском
ності та теплостійкості;
Додатково наклеп
Підвищення стійкості
проти відпускання
Si, Cr, V, В

11.

Сталі для цементації
Для виготовлення деталей двигунів і машин, які в процесі
роботи піддають великим ударним навантаженням і що повинні бути
стійкими проти стирання, а також мати досить міцну серцевину,
застосовують низьковуглецеві леговані сталі з кількістю вуглецю до
0,3%. Після цементації і термічної обробки поверхневий шар таких
деталей має високу міцність, а осердя залишається в’язким з підвищеною міцністю. В таблиці наведений хімічний склад і механічні
властивості деяких марок сталей для цементації після термічної
обробки (гартування з низьким відпуском).
Марка сталі
С
Мn
Ni
Cr
Інші
σв,
МПа
δ,
%
10
0,07-0,14
0,35-0,65
-
< 0,15
-
330
31
20
0,07-0,14
0,35-0,65
-
< 0,25
-
410
25
15Х
0,12-0,18
0,4-0,7
-
0,7-1,0
-
690
12
20ХН
0,17-0,23
0,4-0,7
1,0-1,4
0,45-0,75
-
780
14
18ХГТ
0,17-0,23
0,8-1,1
-
980
9
12ХН3А
0,09-0,16
0,3-0,6
930
11
2,75-3,15
1,0-1,3
0,6-0,9
0,03-0,09Ti
-

12.

Сталі для покращання
Найліпше поєднання міцності і в’язкості сталей для
деталей машин забезпечує покращанння, тобто
гартування на мартенсит з високим відпусканням.
Головне призначення легування сталей для
покращанння - підвищення їх прогартовуваності. Для
цього використовують такі легуючі елементи, як хром,
нікель і марганець. Ванадій і титан, у невеликій
кількості(до 0,1...0,18%), утворюють карбіди, які важко
розчиняються і стримують зростання зерна аустеніту,
через що зростає в’язкість сталі. Дуже цінний вплив має
нікель: цей легуючий елемент не тільки сприяє зростанню
прогартовуваності, а й водночас підвищує в’язкість та
знижує поріг холодноламкості.

13. Хімічний склад і механічні властивості деяких марок легованих сталей для покращання

Марка
сталі
С
Mn
Cr
Ni
Інші
σ в,
МПа
δ,
%
900
12
900
10
0,9-1,2Si
1100
10
-
1000
11
1000
10
1100
12
Сталі, що прогартовуються в деталях діаметром не більше 25-35 мм
30Х
0,24-0,32
0,5-0,8
0,8-1,1
40ХФА
0,37-0,44
0,5-0,8
0,8-1,1
-
0,1-0,18V
Сталі, що прогартовуються в деталях діаметром не більше 50-75 мм
30ХГС
0,28-0,35
0,8-1,1
0,8-1,1
40ХН
0,36-0,44
0,5-0,8
0,45-,75
1,0-1,4
Сталі, що прогартовуються в деталях діаметром не більше 75-100 мм
30ХН3А
0,27-0,33
0,3-0,6
0,6-0,9
2,75-3,15
40ХН2МА
0,37-0,44
0,5-0,8
0,6-0,9
1,25-1,65
0,15-0,25Mo
Сталі, що прогартовуються в деталях діаметром більше 100 мм
36Х2Н2МФА
0,33-0,44
0,25-0,5
1,3-1,7
1,3-1,7
0,2-0,3Mo
0,1-0,18V
1200
12
38ХН3МФА
0,33-0,44
0,25-0,5
1,2-1,5
3,0-3,5
0,35-0,45Mo
0,1-0,18V
1200
12

14.

Пружино-ресорні сталі
Пружинно-ресорні сталі легують такими елементами, які підвищують границю
пружності, наближаючи її значення до границі міцності. Це кремній і
марганець.
Додаткове легування вольфрамом, ванадієм та молібденом підвищує
стійкість проти відпускання, що дуже важливо саме для пружніх елементів.
Крім того такі сталі можуть працювати при нагріванні до 200...250оС.
Для зниження критичної швидкості гартування та збільшення
прогартовуваності такі сталі легують бором, який також підвищує пружні
властивості сталі.
Для виготовлення пружин і ресор середньої міцності застосовують леговані
сталі марок 55С2, 50СГ, 60СГ, а для пружин високої міцності - сталі 60С2А,
70С3А, 60С2ХФА, 50ХФМА, 60С2Н2А. В таблиці наведений хімічний склад та
механічні властивості деяких марок пружинно-ресорних сталей.
Для знищення концентраторів напружень (волосових тріщин, рисок та ін.)
та підвищення границі витривалості ресори і пружини в готовому вигляді
піддають дробоструминному наклепу.

15. Леговані інструментальні сталі

Інструментальні леговані сталі – це леговані
сталі, які мають високу твердість та стійкість
проти спрацювання, необхідні для обробки
матеріалів різанням та тиском.
Інструментальні сталі легують з метою
підвищення: міцності, твердості,
прогартовуваності, теплостійкості

16. Теплостійкість інструментальних матеріалів

Теплостійкість
інструментальних сталей –
це здатність сталі зберігати
при підвищених
температурах високі
твердість та стійкість проти
спрацювання.
1 – тверді сплави
2 – швидкорізальні сталі
3 – вуглецеві інструментальні
сталі

17.

Характеристика швидкорізальної
сталі
Високолеговані інструментальні сталі внаслідок
своїх основних властивостей одержали назву
швидкорізальних.
Ці сталі мають високу теплостійкість
(“червоностійкість”) і здатні зберігати тривалий час
високу твердість при розігріванні різальної кромки
інструменту до 500...600оС.

18.

Маркировка швидкорізальної сталі:
1. Базові марки: Р18, Р12, Р9
Р18
Р – швидкорізальна сталь ( rapid – швидкий)
18 – вміст вольфраму
2. Марки із замінниками вольфраму: Р6М5, Р8М3, Р9М4К8Ф
Р6М5 - швидкорізальна сталь, 6 % W, 5 % Mo
3. Безвольфрамові швидкорізальні сталі : Р0М9Ф10К3
Р0М9Ф10К3 - безвольфрамова швидкорізальна сталь,
0 % W, 9 % Mo, 10 % V, 3 % Co

19. Особливості формування структури швидкорізальної сталі у литому стані

0,8 % С
t ↓ до t1 : Р0,8
Розплав (Р)
t1→ t2 : Р0,8 → Р1,0 + А0,6
А+Р 1
А
2
0,6
при t2 : Р1,0 → (А0,6 + К)Левтектика
13300С
t2→ t3 : А0,6 → А0,2 + КІІ
1,0
при t3 : А0,2 → (Фα + К)П
А+К
3
Фα
8500С
0,2
Фα+К
4
Fe
Клег
Л (П + К) + КІІ + П

20.

Попередня термічна обробка
швидкорізальної сталі
Т
А1
нагрівання
ізотермічне витримування
охолодження в печі
охолодження на повітрі
час
Сорбіт
Карбіди

21.

1260-12900С
8500С
А1
(а)
масло
1260-12900С
(б)
А1
8500С
500-6300С
ступінчасте
Високолегований аустеніт,
який виникає при нагріванні
під гартування, має велику
стійкість, тому охолодником
є масло (а).
Крім того, для зменшення
деформації інструменту
використовують ступінчасте
гартування (б) у розплавах
солей (частіше при
температурах 500...630оС).

22. Особливості термічної обробки швидкорізальної сталі

23. 4. Переваги і недоліки легованих сталей.

• Переваги:
– високий рівень властивостей для виробів, які
працюють при високих навантаженнях, великого
перерізу (більше 20-25 мм, пружини більше 8 мм),
який зберігається при роботі вище 2000С (пружини
вище 1000С)
– велика прогартовуваність
– висока теплостійкість
• Недоліки:
– висока вартість.