книги из ГПНТБ / Ростовцев Г.Г. Выбор конструкционных материалов

0,5%' углерода, закаливается на высокую твердость и подвергается низкому или среднему отпуску.

В марках конструкционной легированной стали со­ держание углерода в сотых долях процента обозначает­ ся цифрой перед буквами (например, ЗОХГС). В. марках стали с особыми свойствами и в инструментальной пер­ вая цифра обозначает содержание углерода в десятых долях процента, но часто не указывается (например, 3X13, ЗХС, ХВГ). В марке нержавеющей стали 0 перед буквами означает, что содержание углерода в ней не превышает 0,08% (например, 0X13).

Легированная сталь дороже углеродистой, хуже об­ рабатывается резанием, а ее термообработка сложнее.

Возможности изменения свойств и рекомендуемые ре­ жимы термической обработки важнейших групп легиро­ ванной стали приведены в табл. 3.

Детали, формуемые холодной высадкой, вытяжкой, гибкой и т. д., выполняют из достаточно пластичной ста­ ли: малонагруженные — из стали марок ОБкп, 08кп, 08Т (с добавкой титана для связывания углерода), 10, Ст. 1; более нагруженные — из стали марок 15, 20, 25, Ст. 2, Ст. 3, 10Г2, 15Г, 20Г и 16ХСН. Нержавеющие детали формуют из мягкой нержавеющей стали, хромистой ста­ ли 0X13 и 0X17 и более пластичной, но дорогой хромони­ келевой стали 0Х18Н9, 0Х18Н14 и 0Х12Н12.

Для сварных конструкций предпочтительнее мало­ углеродистая сталь марок Ст. 3, 15, 20, прочность кото­ рой можно увеличить в полтора-два раза закалкой с 910—950° С в воде и отпуском при 600—650° С без по­ тери пластичности. Для конструкций повышенной проч­ ности применяют легированную сталь: строительную марок 15СГ, 18ГС, 10Г2СД, 14ГС, 10ХСНД, 12ХГ, 15ХГН и котельную марок 16М. 12МХ, 15ХМ, 12ХМФ. Для термически обрабатываемых высокопрочных сварных

45

Таблица 3

Характерные режимы термообработки легированной стали

конструкций берут улучшаемую легированную сталь марок ЗОХМА, 20ч-30ХГСА, ЗОХГСНА и др. Для нержа­ веющих сварных конструкций пригодна низкоуглероди­ стая высокохромистая сталь марок 0X13, 1X13, 0X17, 0Х17Т и хромоникелевая марок XI8H9T, 0Х18Н10Т, Х18Н10Т, 0Х18Н12Б с добавками титана (циркония, нио­ бия) для предупреждения выделения карбидов хрома, вызывающих коррозию. Нержавеющие сварные конструк­ ции из хромистой стали после сварки рекомендуется под­ вергнуть обжигу при 720—760° С, а из хромоникелевой — закалить в воде с 950—1050° С.

Малоуглеродистая сталь по обрабатываемости реза­ нием уступает лишь плохо сваривающейся автоматной стали. Среднеуглеродистая автоматная сталь марок А35 и А40Г может закаливаться до твердости HRC 50—55, а малоуглеродистая А12, А20 не поддается закалке. По сравнению с обычной малоуглеродистой сталью авто­ матная имеет пониженную ударную вязкость.

Для деталей с повышенной прочностью и твердостью НВ от 120 до 600 кг!мм2 применяют среднеуглеродистую сталь. С увеличением содержания углерода от 0,35 до 0,65% твердость после закалки HRC возрастает от 55 до 60 и выше, но обрабатываемость резанием ухудшает­ ся. Из-за невысокой прокаливаемости среднеуглероди­ стая сталь закаливается в воде; не рекомендуется при­ менять ее для высокопрочных деталей, для деталей тол­ ще 15 мм, требующих сквозной закалки, для точных из­ делий сложной формы и для деталей с равномерной твердостью по всей поверхности. Неравномерная твер­ дость после закалки чаще наблюдается на деталях из стали марок 30 и 35.

Для точных деталей рекомендуется выбирать качест­ венную легированную конструкционную сталь с повы­ шенной прокаливаемостью и высокой прочностью.

Для высокопрочных крупных изделий сложной фор­ мы применяют сложнолегированную воздушнозакаливаемую сталь марки 18ХНВА и др. (табл. 4), так как закал­ ка в жидкости всегда сопровождается некоторым короб­ лением из-за неравномерности охлаждения.

Для нержавеющих деталей повышенной твердости применяют высокохромистую сталь с повышенным со­ держанием углерода марок 3X13, 4X13, иногда с добав­ ками вольфрама, никеля, молибдена и ванадия (23Х13НВМФА), приобретающую после закалки и низ­ кого отпуска высокую прочность. Нержавеющая хромо­ никелевая немагнитная сталь может упрочняться только наклепом.

В последнее время для твердых прочных нержавею­ щих деталей используют сталь марок Х17Н7Ю, Х15Н9Ю, Х17Н5МЗ, Х15Н8М2Ю, упрочняемую специальной термо­ обработкой (нормализация при 1050°, повторная норма­

ся сохранение высоких значений предела прочности (150—180 кг/мм2) при температурах до 400—600° С.

Конструкционная углеродистая и легированная сталь сохраняет твердость и прочность при температурах не выше температуры отпуска.

Заметное разупрочнение высокопрочной стали начи­ нается при 200—250° С и прогрессирует при дальнейшем нагреве. Для торможения разупрочнения эффективнее всего применение добавок молибдена, вольфрама, хро­ ма, ванадия, а также никеля, кремния, алюминия, мар­ ганца.

Для работы под нагрузкой при температуре до 500° С используется среднелегированная сталь марок 38ХА, ЗОХГСА, ЗОХГСНА, ЗОХМА, ЗОХЗВА, 20ХЗМВФ, 23Х2НВФА, 30Х2Н2ВФА, 40ХНВА, ЗЗХНЗМА. При тем­

50

пературе до 800° С применяют высоколегированную хро­ моникелевую (хромоникельмарганцовистую) сталь с до­ бавками вольфрама, молибдена, ванадия, титана марок

4Х14Н14В2М, 4Х15Н7Г7Ф2, 4Х12Н8Г8МФБ, Х12Н20ТЗР,

Х12Н22ТЗМР, ХН35ВТЮ, ХН35ВМТР, ХН35ВТ,

ХН35ВТР и др.

Детали, работающие на трение качения или скольже­ ния, с высокой твердостью рабочих поверхностей, при требовании сохранения достаточной вязкости и -пластич­ ности основного материала (валы, кулачки, пальцы, ше­ стерни) выполняют из малопрокаливающейся углеро­ дистой стали марок 45, 50, 55, 60 и особенно 55ПП (по­ ниженной прокаливаемости), подвергая детали поверх­ ностной закалке с низким отпуском (150—200°С). Твер­ дость после поверхностной закалки несколько выше, чем после общей закалки, но при этом возможно снижение усталостной прочности.

Одновременное повышение твердости и усталостной прочности достигается при цементации, азотировании, цианировании.

Для малонагруженных цементируемых изделий вы­ бирают сталь марок 16—20, а для нагруженных, по мере возрастания толщины, — сталь марок 15ХА, 18ХГТ, 15Х2ГН2ТРА, 20ХГНР, 12ХНЗА, 18ХНВА, 12Х2НВФА, 15Х2ГН2ВФА, 19ХГН2ВМФ. После цементации при 900—1000° в течение 2—6 часов сталь закаливают с 860—900° в масле и повторно с 750—800° в воде с от­ пуском при 150—200°.

Цианирование — термодиффузионное насыщение по­ верхности одновременно углеродом и азотом — произво­ дят в расплавах, содержащих цианистый натр, или в сме­ си аммиака и метана при 850—900°. Цианированию под­ дается и нержавеющая сталь. После цианирования про­ изводится закалка с низким отпуском.

Особо точные детали при невозможности шлифов­ ки твердой поверхности (венцы шевронных зубчатых ко­ лес и др.) выполняют из стали 38ХМЮА, азотируемой в аммиаке 20—30 часов при 650° после закалки и высокого отпуска. При этом сталь структурно не изменяется и не деформируется.

Для пружин, тросов, лент, струн применяют пружин­ ную и штамповую инструментальную сталь; при толщине до 10 м м -—углеродистую марок 65, 70, 75, 80, 85 и У7А, У8А, У9А, У10А; при толщине более 10 мм — легирован­ ную марок 65Г, 60С2А, 65С2ВА, 50ХФА и 7X3, 6ХС, Х6ВФ, ЗХВ8. При термической обработке наибольшей прочности соответствует твердость HRC 50—55. При большей твердости возможно хрупкое разрушение.

Для нержавеющих пружин, работающих при темпе­ ратурах до 400°, применима нержавеющая сталь марок 3X13 и 4X13 после закалки при 1050° и отпуска при 450°, инструментальная сталь X12 (Х12М, Х12Ф) после за­ калки при 1070° и отпуска (трехкратного) при 500°, а также хромоникелевая сталь марок Х15Н9Ю, 0Х17Н7ГТ и 0Х17Н13ГТ после закалки в воде, нагартовки (холод­ ной деформации) на 80—85%' и старения при 450—480°. При температурах до 500° в качестве пружинной можно использовать инструментальную быстрорежущую сталь после закалки при 1250° и трехкратного отпуска при 560°. Для более высоких рабочих температур применяют пружинную высоконикелевую (кобальтовую) сталь ма­ рок Х12Н22ТЗМР, ХН35ВТЮ (600°), Н43ХТЮ и Н40НХМ (640°), подвергаемую закалке при 1150° с ох­ лаждением на воздухе, нагартовке на 30%' и старению при 700°.

Твердые и прочные инструменты и детали подшипни­ ков качения изготовляют из стали с содержанием 1 % углерода.

54

Для мелких ненагреваемых изделий применяют угле­ родистую сталь марок У10, У10А, УПА. Повышенную твердость и меньшее коробление обеспечивает низколе­ гированная инструментальная сталь марок X, 9Х, Х09, Ф, В и ХВ и шарикоподшипниковая марок LLIX6, ШХ9, ШХ15. Легированная инструментальная сталь марок 9ХС, ХГ, ХГС, ХВГ, 9ХВГ, ХГСВФ и шарикоподшипни­ ковая ШХ15СГ калится в масле, почти не коробится и предпочтительнее для точных изделий толще 35 мм.

Для особо твердых изделий применяют сталь, содер­

с 900—910° в воде (масле) с обработкой холодом при —70° и отпуском при 150—180°, но чаще производят за­ калку на меньшую твердость с 760—800° в воде. При невозможности обработки холодом берут сталь ХВ5 после закалки при 820—840° и отпуска при 150—180°. Еще тверже твердые сплавы.

Для крупных, сложных по форме и точных инстру­ ментов, нагреваемых до 500°, используют высоколегиро­ ванную сталь Х12 (Х12М, Х12Ф).

Сложные режущие инструменты выполняют из бы­ строрежущей стали Р18 и Р9, легированной вольфра­ мом, хромом и ванадием (число — содержание вольфра­ ма в %), а при тяжелых условиях резания (обработка немагнитной стали) — из стали марок Р9Ф5, Р10К.5Ф5, Р14Ф4, Р18Ф2, Р18К5Ф2, дополнительно легированной ванадием и кобальтом. Быстрорежущая сталь выдержи­ вает нагрев до 600° без потери твердости. Для подшип­ ников качения, работающих при повышенных температу­ рах, применяют более однородную сталь ЭИ347. Нержа­ веющие подшипники качения можно изготовлять из вы­ сокохромистой стали Х18 (9Х18). _

55

Все заготовки из инструментальной и шарикопод­ шипниковой стали перед механической обработкой под­ вергают отжигу при 740—760°, что уменьшает твердость и облегчает обработку.

Большинство стальных заготовок получают ковкой, штамповкой или сваркой стального проката. Реже ис­ пользуют стальные отливки. В обозначениях марок ли­ той стали в конце стоит буква Л (например, сталь 15Л, 20Л, ..., 55Л, 27ГЛ, 40Г2Л, 40ХЛ, 35ХНЛ, 27ХГСНЛ и др.).

При обозначении материала стальной поковки на чер­ теже указывают группу поковки и категорию прочности по ГОСТ 8479-57.

Группа поковки (I, II, III, IV и V) характеризует по­ рядок и содержание производственных испытаний мате­ риала: I группа — без испытаний, II — определение твер­ дости на 5%' от партии, но не менее 5 шт., III — опреде­ ление твердости на каждой поковке, IV — определение твердости на каждой поковке и испытание па растяже­ ние и ударный изгиб 5%! от каждой партии и V — опре­ деление твердости и испытание на растяжение и удар­ ный изгиб образцов, вырезанных из каждой поковки.

Категория. прочности определяет предел текучести материала поковки (в кг/мм2) и другие механические ха­ рактеристики, уменьшающиеся с увеличением толщины поковки. Категории прочности устанавливаются от КП 18 до КП80. Каждая категория разделяется на два вида: А — с повышенными и Б — с нормальными пластическими свойствами.

Пример обозначения категории прочности поковки на чертеже: сталь КП40А-Н (ГОСТ 8479-57) — сталь с пре­

делом текучести 40 кг/мм2, повышенными пластическими свойствами, на 5%' от партии поковок должна прове­ ряться твердость.

56