Сталь СССР (стр-3а (Конструкционные износостойкие стали - Мартенситно-стареющие стали - Подшипниковые стали))

Статья под цифровой редакцией подготовлена: Орловым Геннадием Викторовичем (08.11.1965) — Советским выдающимся публицистом — Историком СССР

Страницы:     [01]     [02]     [03]     [03а]     [03б]     [04]     [04а]     [04б]

Конструкционные износостойкие стали.

Износостойкими называются стали, характеризующиеся высоким сопротивлением изнашиванию (шарикоподшипниковые, высокомарганцовистые и др.). Шарикоподшипниковые стали марок ШХ6, ШХ9, ШХ15, ШХ15СГ применяются для изготовления колец, шариков и роликов подшипников качения. Высокое содержание углерода (0,95-1,15%) и хром, среднее содержание которого указано в марке в десятых долях процента, обеспечивают их высокую твердость. Кроме того, хром увеличивает прокаливаемость стали. Окончательной термической обработкой является закалка с температур 830-880°C (а зависимости от марок стали) в масле и низкотемпературный отпуск при 150-160°C на твердость не ниже 61-65 HRC.

Износостойкие стали применяют для изготовления деталей, работающих в условиях высоких давлений, ударных нагрузок с одновременным истиранием (трамвайные и железнодорожные стрелки и крестовины, гусеничные траки, звездочки, детали дробильных установок и др.) используется к примеру сталь 110Г13Л.

Структура этой стали - высокоуглеродистый аустенит, легированный марганцем. Этот аустенит в условиях трения скольжения при больших удельных нагрузках и ударах наклёпывается и твердость стали повышается до 45-48 HRC при сохранении других свойств. Высокомарганцовистая сталь аустенитного класса 110Г13Л содержит 13% Mn и 1,2% С. Применяют эту сталь в литом и реже в деформированном состоянии. Структура стали 110Г13Л в литом состоянии состоит из аустенита и избыточных карбидов (Fe,Mn)3C. Выделение карбидов по границам зерен снижает прочность и вязкость стали. После закалки от 1050–1100 оС в воде в стали образуется структура устойчивого аустенита.

Конструкционные износостойкие стали Износостойкими называются стали, характеризующиеся высоким сопротивлением изнашиванию (шарикоподшипниковые, высокомарганцовистые и др.). Шарикоподшипниковые стали марок ШХ6, ШХ9, ШХ15, ШХ15СГ применяются для изготовления колец, шариков и роликов подшипников качения. Высокое содержание углерода (0,95-1,15%) и хром, среднее содержание которого указано в марке в десятых долях процента, обеспечивают их высокую твердость. Кроме того, хром увеличивает прокаливаемость стали. Окончательной термической обработкой является закалка с температур 830-880°C (а зависимости от марок стали) в масле и низкотемпературный отпуск при 150-160°C на твердость не ниже 61-65 HRC.

Износостойкие стали применяют для изготовления деталей, работающих в условиях высоких давлений, ударных нагрузок с одновременным истиранием (трамвайные и железнодорожные стрелки и крестовины, гусеничные траки, звездочки, детали дробильных установок и др.) используется к примеру сталь 110Г13Л. Структура этой стали - высокоуглеродистый аустенит, легированный марганцем. Этот аустенит в условиях трения скольжения при больших удельных нагрузках и ударах наклёпывается и твердость стали повышается до 45-48 HRC при сохранении других свойств.

Высокомарганцовистая сталь аустенитного класса 110Г13Л содержит 13% Mn и 1,2% С. Применяют эту сталь в литом и реже в деформированном состоянии.

Структура стали 110Г13Л в литом состоянии состоит из аустенита и избыточных карбидов (Fe,Mn)3C. Выделение карбидов по границам зерен снижает прочность и вязкость стали. После закалки от 1050–1100 оС в воде в стали образуется структура устойчивого аустенита.

Мартенситно-стареющие стали

Мартенситно-стареющие стали (МСС) интересуют инженеров и технических работников благодаря хорошему сочетанию прочностных и технологических свойств. Разработаны стали, содержащие кроме железа и никеля Co, Mo, Ti, Al и Nb и Cr. Особенностью данных сталей является то, что они практически не содержат углерод (менее 0,03%), в связи с чем после закалки образуется «легкий» мартенсит.

Это стали на Fe–Ni основе, содержащие 7–20% Νi, дополнительно легированные Co, Mo, Ti, Al и Nb (если нужна коррозионная стойкость, то добавляют и Cr). Классическими считают стали, содержащие 18–25% Ni и с минимальным содержанием углерода. Марки наиболее используемых сталей приведены (в таблице ниже).

Наиболее интенсивно упрочняют стали такие легирующие элементы, как Ti и Al. Однако суммарное количество этих элементов не должно превышать 1%.  

Классификация мартенситно-стареющих сталей.

При старении мартенсит обедняется легирующими элементами из-за выделения вторичных интерметаллидных фаз типа NiTi, NiTi, NiMo, FeMo, Ni(TiAl). Причем, наибольшее упрочнение сталь достигает на стадии предвыделения, когда интерметаллиды еще когерентно связаны с матричным твердым раствором и имеют малые размеры. При γ→α - превращении получается мартенсит с небольшой твердостью и невысокими прочностными свойствами. При отпуске углеродистых сталей происходит распад мартенсита с образованием ферритокарбидной смеси, что ведет к понижению прочности и твердости.

Мартенситно-стареющие стали применяют для изготовления деталей ответственного назначения, которым нужна высокая прочность и хорошая вязкость при низких и невысоких температурах. Эти стали используют в самолетостроении, ракетостроении, машиностроении, в криогенной технике.

Также эти стали можно использовать для изготовления пружин и упругих элементов, гибких гидравлических шлангов, подшипников и болтов, сосудов высокого давления, в часовой промышленности. Из этих сталей производят полуфабрикаты в виде поковок, сортового проката, листов, полос, лент, труб.

Подшипниковые стали

Подшипники являются ответственными деталями машин и механизмов. Они во многом определяют точность и производительность металлорежущих станков, надежность электродвигателей, качество автомобилей, тракторов, вагонов и т. д. Отечественная промышленность производит более 5 тысяч типоразмеров подшипников диаметром от 0,5 до 3,0 м.

Стали для подшипников по назначению составляют особую группу конструкционных сталей, но по составу и свойствам они близки к инструментальным сталям.

К особенностям характера работы подшипниковых сталей относятся высокие локальные нагрузки, и, как следствие этого, чрезвычайно высокие требования к чистоте стали по неметаллическим включениям, карбидной неоднородности и др. Основные требования, которые должны обеспечить подшипниковые стали:

1) Высокая статическая грузоподъемность – предельная нагрузка, при которой остаточные деформации в зоне контакта не превышают 0,01% от диаметра шарика или заэвтектоидных легированных хромом сталей, обработанных на высокую твердость.

2) Высокое сопротивление контактной усталости. Эта характеристика чрезвычайно сильно зависит от наличия металлургических дефектов различного рода, особенно сульфидных и оксидных включений, а также водорода, поскольку подшипниковые стали флокеночувствительны.

При производстве подшипниковых сталей применению рафинирующих переплавов уделяется особое внимание. Рафинирующие переплавы позволяют значительно снизить загрязненность стали неметаллическими включениями, что, естественно, удорожает сталь. Если принять за 100% содержание включений в стали ШХ15 открытой выплавки, то для стали, обработанной синтетическим шлаком (ШХ15Ш), оно составляет 45%, для той же стали вакуумнодуговой выплавки (ШХ15ВД) - 35%, а для стали, обработанной шлаком и дополнительно переплавленной вакуумно-дуговым способом (ШХ15ШД) - 25%. При этом оставшиеся включения более равномерно распределяются в объеме слитка, уменьшается и средний размер включений.

Не менее вредным фактором, с точки зрения контактной усталости, является карбидная неоднородность (карбидная сетка, строчечные включения карбидов и т. п.). Способ устранения этого дефекта заключается в проведении оптимальной пластической и термической обработки.

Износостойкость, в том числе абразивная, достигается введением сталь ~1,0% С и 1,5% Сr. Влияние хрома на износостойкость определяется тем, что он увеличивает количество карбидной фазы и меняет качественно ее состав, позволяя получать твердые специальные карбиды.

Высокое сопротивление малым пластическим деформациям. Это требование наиболее актуально для подшипников точных приборов.

Размерная стабильность. В зависимости от размеров и класса точности подшипников изменения размеров при эксплуатации не должны превышать 10- 4–10-5 мм/мм. Размерная стабильность зависит от содержания остаточного аустенита в стали. При увеличении количества остаточного аустенита размерная стабильность ухудшается, так как остаточный аустенит является нестабильной структурной составляющей и при высоких нагрузках может превращаться в мартенсит, что сопровождается объемными изменениями.

В таблице ниже приведены составы некоторых подшипниковых сталей.

Подшипниковые стали обычно классифицируются по условиям работы: различают стали общего применения, используемые для изготовления деталей подшипников (колец, шариков, роликов), работающих при температурах от - 60 -+300 °С в неагрессивных средах, и стали специального назначения, предназначенные для изготовления теплостойких и коррозионностойких подшипников. Составы сталей для подшипников общего назначения регламентируются ГОСТ 801–78, а подшипников специального назначения – соответствующими ТУ.

[03]     <<<     [03а]     >>>     [03б]