Конструкційні сталі

В процесі роботи машини або механізму їх деталі витримують різні статичні, динамічні і знакоперемінні навантаження. Оскільки деталі машин часто мають складну форму (колінчасті вали, зубчасті колеса, шнеки і т. ін.) і значні розміри, то конструктивна міцність легованих сталей, з яких виготовлені деталі, має велике •практичне значення. Сталь повинна добре чинити опір динамічним і ударним діям, а також втомленості.

'Найкращі механічні властивості мають ті леговані єталі, які були піддані прогартовуванню на всю глибину перерізу. Тому з легованих сталей виготовляють деталі діаметром понад 25 мм. Підвищення міцності деталей, виготовлених з легованих сталей, зумовлюється головним чином здатністю легуючих елементів збільшувати прогартовуваність. Деталі великих розмірів можна піддавати термічній обробці (поліпшенню).

Під дією нормальних напруг деталі машин можуть руйнуватись, а під дією дотичних напруг може статись пластична деформація і руйнування. Отже, щоб підвищити конструктивну міцність деталі, необхідно підвищити опір сталі відриву і в'язкому руйнуванню.

Встановлено, що збільшення вмісту вуглецю у а-твер- дому розчині зменшує опір відриву. Це пояснюється тим, що атоми, які проникли в решітку а-заліза, створюють нормальні напруги розтягання II роду, що сприяють крихкому руйнуванню.

75Легуючі елементи сталі не впливають на опір відриву, якщо розміри зерен не змінюються. Тому підвищення опору відриву при легуванні сталі відбувається тоді, коли легуючі елементи здрібнюють її структуру. Таким чином, для підвищення опору відриву треба досягти дрібнозернистої будови сталі з мінімальним вмістом вуглецю у фериті.

Другою характеристикою міцності є опір сталі в'язкому руйнуванню і пластичній деформації. Легуючі елементи істотно підвищують пластичність, що мабуть пов'язано з більш однорідним розподілом вуглецю в твердому розчині. Між в'язким руйнуванням і пластичністю металу існує прямий зв'язок. Встановлено, що пластичність сталі збільшується тільки при вмісті легуючих елементів в ній від 1 до 2%, а з дальшим збільшенням їх пластичність знижується. Тільки вміст нікелю понад 5% підвищує пластичність легованої сталі.

Природу міцності загартованої і відпущеної сталі можна пояснити тільки з допомогою теорії дислокацій і наслідками експериментальних досліджень дислокацій.

Оскільки межі блоків (рис. 75) є місцями концентрації дислокацій, то дальше подрібнення блоків тільки збільшує протяжність меж, а отже і щільність дислокацій. На шляху руху площин ковзання кількість меж збільшується, підвищується опір пластичній деформації і міцність сталі.

На рис. 76 представлено схеми пластичної деформації сталей при різних величинах блоків. З рис. 76, а і б видно, що подрібнення блоків веде до збільшення опору на межах зерен, через що міцність сталі підвищується.

На рис. 76, є і а показано, що опір пластичній деформації буде однаковим, оскільки в цих обох випадках щільність дислокацій теж однакова

76Якщо в сталь додавати більшу кількість легуючих елементів, атоми яких відрізняються за розмірами і будовою від атомів заліза, то кристалічна решітка спотворюється, підвищується напруга II роду і пластичність зменшується (рис. 76, б).

Зміцнення легованої сталі при високотемпературному відпуску зумовлюється подрібненням блочної структури фериту і зменшенням розмірів карбідних часточок на їх межах, з наявністю яких у фериті утворюється підвищена щільність дислокацій. Вміст карбідів сприяє зменшенню пластичної деформації, тобто підвищує міцність сталі.

Термічна обробка конструкційних сталей забезпечує більш високі механічні властивості деталей машин.

Режими термічної обробки легованих сталей визначаються головним чином вмістом вуглецю. Конструкційні леговані сталі піддають гартуванню і відпуску, причому низьковуглецеві сталі відпускають при низьких температурах, а високовуглецеві — при високих (поліпшення).

При гартуванні деталі нагрівають до температури, вищої від точки Ас3 на ЗО—50° С. Для низьковуглецевих сталей температура гартування становить 900° С, а для середньовуглецевих — близько 850° С. Низьколеговані і вуглецеві сталі охолоджуються у воді. Після гартування леговані сталі піддають відпуску. Маловуглецеві леговані сталі при відпуску нагрівають до 150° С. При такому відпуску утворюється структура відпущеного мартенситу.

Середньовуглецеві леговані сталі при відпуску нагрівають до 550—650° С. Внаслідок цього утворюється сор- бітна структура.

У практиці в певних випадках застосовують також інші режими термічної обробки легованих конструкційних сталей.

При повільному охолодженні після відпуску в сталі виникає відпускна крихкість. Розрізняють два її роди. При 300° С у всіх сталей з'являється відпускна крихкість

роду. Виникнення її пояснюється нерівномірністю розпаду перенасиченого твердого розчину вуглецю у а-залі- зі. При збільшенні тривалості відпуску або при підвищенні температури його ступінь розпаду а-розчину вирівнюється по зерну і в'язкість сталі відновлюється.

При повільному охолодженні після відпуску в сталях, легованих карбідоутворюючими елементами (Мп, Сг), при температурі 550—600° С виникає відпускна крихкість

роду. Сталі, схильні до відпускної крихкості після відпуску, слід швидко охолоджувати в маслі або у воді. В процесі роботи такі сталі не повинні нагріватись до 500—600° С, бо при цій температурі вони можуть стати крихкими.

26.12.2015
791

Комментарии

Нет комментариев. Ваш будет первым!