Материал: Potekhin - Metallovedeniye 2019

Электронный архив УГЛТУ

Cr7C3, Cr23C6, Мо2C, W2C, VC, NbC, ТiC и др. Образование дисперсных карбидных фаз приводит к дополнительному повышению прочности

улучшаемых сталей, возрастает их износостойкость, что особенно заметно проявляется при использовании инструмента из стали, легированной вольфрамом и молибденом.

В сталях со значительным (несколько процентов) содержанием двух и более легирующих элементов высокий уровень механических характеристик достигается благодаря образованию интерметаллидных фаз – химических соединений, образованных металлами (например: Ni3Ti, Ni3Al).

11.4. Маркировка и классификация легированных сталей

Маркировка. Обозначения марок сталей состоят из небольшого числа цифр и букв, указывающих на примерный состав стали.

Каждый легирующий элемент обозначается буквой: Н – никель, Х – хром, Г – марганец, С – кремний, М – молибден, В – вольфрам, Т – титан, Ф – ванадий, Б – ниобий.

Первые цифры в марке конструкционных сталей показывают среднее содержание углерода в сотых долях процента; в марке инструментальных сталей – в десятых долях процента (при содержании углерода 1% цифра может опускаться). Цифра, идущая после буквы, указывает на примерное содержание данного легирующего элемента в процентах (при содержании элемента менее или около 1 % цифра отсутствует).

Пример: 30ХГС – 0,28…0,35 % С, 0,8…1,1 % Сr, 0,9…1,2 % Mn, 0,8…1, 2% Si.

Высококачественная легированная сталь (P и S менее 0,025 % каждого) в конце обозначения марки стали имеет букву А.

Классификация. По суммарному содержанию легирующих элемен-

тов стали делят на три группы:

-малолегированные (до 3 % );

-среднелегированные (от 3 до 10 %);

-высоколегированные (более 10 %).

По структуре, получаемой при нормализации (охлаждение на возду-

хе), легированные стали, как отмечалось выше, подразделяются на четыре класса:

-перлитный класс (например, сталь 40ХН);

-мартенситный класс (30Х13);

-аустенитный класс (12Х18Н10Т);

-ферритный класс (08Х17)

По назначению легированные стали подразделяются:

74

Электронный архив УГЛТУ

-на конструкционные: цементуемые (18ХГТ), улучшаемые (30ХГСА), пружинные (60С2А), шарикоподшипниковые (ШХ15), строительные (09Г2С) и др.;

-инструментальные: для режущего инструмента (ХВГ), штампов (4ХВ2С), прокатных валков (60Х2СМФ) и др.;

-стали с особыми физическими свойствами: нержавеющие (30Х13, 12Х18Н10Т), жаропрочные (15Х11МФ), износостойкие (110Г13) и др.

Все эти классификации при характеристике легированных сталей используют совместно. Например, сталь 12Х18Н10Т – высоколегированная нержавеющая сталь аустенитного класса; сталь 50ХФА – малолегированная пружинная сталь перлитного класса.

11.5. Режимы термической обработки легированных сталей

Конструкционные стали. Ответственные детали из улучшаемых легированных сталей подвергаются закалке с отпуском, температура отпуска существенно влияет на уровень механических характеристик. Это хорошо иллюстрирует, на примере хромоникелевой стали с различным содержанием углерода, рис. 57.

Рис. 57. Влияние температуры отпуска на механические свойства (σв и ψ) хромоникелевой стали:

а – малоуглеродистая сталь; б – среднеуглеродистая сталь

Типичными режимами термической обработки для получения лучшего комплекса механических свойств (сочетание прочности и пластичности) являются: для малоуглеродистых легированных сталей – закалка от 900 °С в масле с низким отпуском при 150…200 °С (структура – отпущенный мартенсит); для среднеуглеродистых легированных сталей – закалка от 850 °С в масле с высоким отпуском при 550…600 °С (структура – сорбит

75

Электронный архив УГЛТУ

отпуска). Сочетание закалки с высоким отпуском называется операцией

«улучшение».

Марки улучшаемых сталей: 40Х, 40ХНМ, 30ХГС, 38ХН3МФ и др.

Цементуемые легированные стали после закалки от 780…800 °С

подвергают низкому отпуску при 180…200 °С, что обеспечивает сохранение после закалки высокой твердости поверхностного слоя цементованной детали.

Марки цементуемых сталей: 20ХН, 18ХГТ, 12Х2Н4, 18Х2Н4В и др. Низкий отпуск при температуре 120…160 °С проводят и на деталях из

шарикоподшипниковой стали (ШХ9, ШХ15), обеспечивая высокую их износостойкость.

Благоприятное сочетание прочностных и упругих свойств пружинных сталей (например, сталь 60С2) достигается путем проведения после закалки от 870 °С в масле среднего отпуска при температуре 460 °С. Цементации подвергаются в основном стали с 0,08-0,25 % С. После цементации проводят закалку и низкий отпуск. Составы цементуемых сталей и их свойства представлены на рис. 58.

Рис. 58. Химический состав и свойства цементуемых сталей

76

Электронный архив УГЛТУ

Инструментальные стали. Режущий инструмент из легированных сталей, кроме быстрорежущих, (9ХС, ХВГ, ХГСВФ, ХВ5 и др.), предназначенный для обработки древесины и металла в легких условиях резания, подвергается термообработке по схеме: закалка от 800…830 °С в масле с низким отпуском при температуре 150…200 °С.

Режущий инструмент по металлу в тяжелых условиях резания изготавливается из быстрорежущих сталей, содержащих в обязательном порядке 6…18% вольфрама, а также хром, ванадий, кобальт, молибден (Р18, Р9, Р9К5, Р9Ф5, Р6М5 и др.). Окончательная термообработка такого инструмента включает закалку от 1220-1280 °С и одно- и трехкратный отпуск при 580°С. Иногда после закалки инструмент подвергают обработке холодом (- 80°С), после чего проводят однократный отпуск (рис. 59).

При термической обработке штампового инструмента, благодаря повышенной стойкости к отпуску по причине присутствия 2 % вольфрама (например 4ХВ2С, 6ХВ2С), после закалки от 860…900 °С (масло) применяют средний отпуск при температуре 420…440 °С.

Ме – любой металл (Cr, Ti, V, Mo,W и др.)

Рис. 59. Термическая обработка и свойства стали Р6М5

77

Электронный архив УГЛТУ

Нержавеющая (коррозионностойкая) сталь. Вид и режим термиче-

ской обработки нержавеющей стали зависит от ее класса.

Нержавеющие стали мартенситного и ферритного классов

(30Х13) подвергают упрочняющей закалке от 1000…1050 °С (воздух) с последующим низким или высоким отпуском.

Среди нержавеющих сталей особо благоприятным комплексом свойств обладают малоуглеродистые стали сложного состава с аустенитомартенситной структурой, так называемые мартенситостареющие стали (например, 03Х10Н11МД2Т). Данные стали после закалки от 950 °С (воздух) имеют высокую пластичность, но в процессе последующего нагрева (в данном случае - старения) при температуре 400..500 °С они упрочняются за счет выделения интерметаллидных фаз (при наличии алюминия – NiAl, Ni3Al, при наличии титана – NiTi, Ni3Ti), сохраняя при этом высокую коррозионную стойкость. Ферритные стали (08Х17Т) подвергают закалке в воде от 1050 °С без отпуска.

В зависимости от структуры, образующейся при охлаждении на воздухе, хромистые стали делятся на мартенситные, мартенситно-ферритные и ферритные (рис. 60).

Рис. 60. Термическая обработка и свойства сталей мартенситного и ферритного классов

78