Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Техника
Посмотреть оригинал

КОНСТРУКЦИОННЫЕ СТАЛИ И СПЛАВЫ

Конструкционными называются стали, предназначенные для изготовления деталей машин (машиностроительные стали), конструкций и сооружений (строительные стали). К конструкционным сталям относятся и стали со специальными свойствами — износостойкие, пружинные, коррозионно-стойкие, жаростойкие, жаропрочные и др.

Детали современных машин и конструкций работают в условиях высоких динамических нагрузок, больших концентраций напряжений и низких температур. Все это способствует хрупкому разрушению и снижает надежность работы машин.

Конструкционные стали должны обладать высоким пределом текучести ст0(2, являющимся основной характеристикой при расчетах деталей машин и конструкций, в сочетании с высокой пластичностью (6, ф), сопротивлением хрупкому разрушению (KCU, КСТ, К) и низким порогом хладноломкости (/ь0)* Долговечность работы изделия зависит от сопротивления усталости (а.*), износу и коррозии. Все это определяет конструктивную прочность стали.

Повышение прочности стали достигается твердорастворным (Дсгтр), дислокационным (Дстд), дисперсионным (Доду), зернограничным (Дст3) и субструктурным (Дос) упрочнением, получаемым путем термической, термомеханической, химико-термической и деформационной обработок, а также подбором состава стали. В табл. 4[1] показано, за счет каких механизмов происходит повышение прочности (гт низкоуглеродистых строительных сталей (<()',25 % С) с ферритно-перлитной структурой и машиностроительных сталей после закалки на мартенсит и отпуска. В таблице даны расчетные формулы для оценки вклада в упрочнение различных механизмов. Величина ат определяется суммарным вкладом каждого механизма упрочнения:

где а0 = 2-10* G.

В ферритно-перлитных низкоуглеродистых сталях повышение ат в основном обязано упрочнению феррита за счет Датр, Даду и Да3, а роль перлитной составляющей Да(1 и дислокационного упрочнения Д(тд сравнительно не велика. В сталях, закаленных на мартенсит, роль дислокационного упрочнения Дод и растворенного в мартенсите углерода велика. Предел текучести стали ат колеблется в широких пределах (от 2 до 2500 МПа и выше).

Повышение прочности (ах) обычно сопровождается понижением пластичности (6,ф), вязкости (КС, КСТ, К) и повышением порога хладноломкости (/50). Только измельчение зерна аустенита, вызывая повышение о0>2> понижает порог хладноломкости (см. рис. 80), увеличивая температурный запас вязкости. Поэтому конструкционные стали должны быть мелкозернистыми. Мелкое зерно в значительной степени компенсирует отрицательное влияние других видов упрочнения на температурный порог хладноломкости.

Таблица 4

Механизмы упрочнения стали

Механизм

упрочнения

С*рук*ура

Компонента механизма упрочнения

Расчетная формула

Твердорастворный

Феррит -+- + перлит

Легирование феррита

АоТр— SfcjCf

Мартенсит

Легирование мартенсита

Дислокационный

Феррит 4~ + перлит

Дислокации в феррите (р = 10*-;-Ю8 СМ-*)

Дстд= aM0G6p1/2

Мартенсит

Дислокации в мартенсите (р — 10*°ч-10« см-*)

Дисперсионный

Феррит +? 4- перлит

Перлитная составляющая

Дап = 2,4/7

Мартенсит

Дисперсные карбони- триды в феррите и в отпущенном мартенсите

G6

Доду = 0,84Д4о X X *д*п ( 2f)

Зернограничный

Феррит 4* 4- перлит

Размер зерен и субзерен феррита

Даа = kyd~'/2

Мартенсит

Размер мартенситных пакетов, двойников. Размер субзерен в мартенситном пакете

Лас = ксГт, где т 0,5ч-1,0

Примечание. G — модуль сдвига железа (G = 84 000 МПа); kt — коэффициент упрочнения a-Fe t-м легирующим элементом; Ci — концентрация t-ro элемента в a-Fe; М0 — ориентационный множитель (для a-Fe М0=2.75); b — вектор Бюргерса (6=0,25 нм); X— расстояние между частицами; ka — коэффициент, определяющий тип дислокаций (Ад= 1,25); П — % перлита в структуре; a — коэффициент (а = 0,5); р — плотность дислокаций; k7 — коэффициент упрочнения (ky = = 20 Н/мм3/2); d — размер зерна; kc — коэффициент, учитывающий строение субструктуры (?с = 0,13 Н/мм при m= 1); I—размер субзерна.

Конструкционная сталь должна иметь хорошие технологические свойства: хорошо обрабатываться давлением (прокатка, ковка, штамповка и т. д.) и резанием, не образовывать шлифовочных трещин, обладать высокой прокаливаемостью и малой склонностью к обезуглероживанию, деформациям и трещинообразованию при закалке и т. д. Строительные конструкционные стали должны хорошо свариваться всеми видами сварки.

Стали выплавляют в мартеновских печах, электропечах, а также в конверторах с продувкой кислородом сверху К потребителю стали поставляют в виде заготовок и сортовой горячекатаной, калиброванной и шлифованной стали (листы, полосы, фасонные профили и др.).

Стали, применяемые в строительстве, поступают без термической обработки или после термоупрочнения с прокатного нагрева (см. с. 257); термической обработке у потребителя эти стали не подвергаются. Стали на машиностроительные предприятия поставляются металлургическими заводами без термической обработки, после отжига или высокого отпуска. На машиностроительных заводах детали машин проходят термическую обработку для получения заданных свойств. Нередко их подвергают на металлургических заводах рафинированию жидким синтетическим шлаком (Ш) в ковше, а также электрошлаковым переплавом (ЭШ). В некоторых случаях проводятся вакуумно-дуговой переплав (ВД) и выплавка в вакуумных индукционных печах (ВИ). Использование этих методов рафинирования стали снижает загрязненность ее неметаллическими включениями (оксидами, сульфидами, силикатными включениями и т. д.), вредными примесями (S) и газами, уменьшает количество дефектов (волосовины и пористость).

Повышение чистоты металла обеспечивает получение более высокой конструктивной прочности стали, главным образом благодаря увеличению работы развития трещины КСТ и трещино- стойкостн К. Однако порог хладноломкости, определяемый по виду излома, в результате применения новых методов рафинирования изменяется мало. Прочность и пластичность после переплавов практически не меняются, но уменьшение неметаллических включений и их глобуляризация снижают анизотропию свойств пластичности и вязкости. При выборе режима термической обработки следует иметь в виду, что уменьшение содержания в приграничных объемах зерна примесей и неметаллических включений повышает склонность стали, полученной Ш, ЭШ,ВД и ВИ, к росту зерна аустенита при нагреве. Нередко стали поставляют с регламентированными прокаливаемостью, величиной зерна, долей вязкой составляющей в изломе, ударной вязкостью при — 60 °С и т. д. [2]

  • [1] Гольдштейн М. И. Пути повышения прочности и хладноломкости конструкционных сталей//Металловедение и термическая обработка металлов.1987. № 11. С. 6-11.
  • [2] В современных мартеновских печах (садка 800 т) выплавляется в сутки~2500 т стали, а в конверторах (садка 350 т) — до 5000 т.
 
Посмотреть оригинал
< Предыдущая   СОДЕРЖАНИЕ   Следующая >
 

Популярные страницы