Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!

Высокопрочные стали

Высокопрочными сталями принято называть такие стали, предел прочности которых больше 1500 МПа, а предел текучести больше 1400 МПа. Эти стали особого назначения, предназначенные для работы в особо тяжелых условиях, где требуется высокая конструкционная прочность при минимальном весе.

Высокопрочные стали — сложнолегированные стали с высокой степенью чистоты. Они выплавляются из чистых шихтовых материалов, в электропечах с защитной атмосферой или вакуумной печи и подвергаются специальным методам очистки после выплавки.

Высокой прочности можно добиться и в простых углеродистых сталях после закалки и низкого отпуска, но после такой термообработки вязкость их равна нулю и они не могут быть использованы для деталей испытывающих ударные нагрузки. Для того чтобы получить необходимые сочетания механических свойств необходимо использовать целый набор легирующих элементов, которые обеспечивают не только высокую прочность, но и необходимую вязкость, хладностойкость, коррозионную стойкость, сопротивление усталостному разрушению и т.д.

Основным легирующим элементом простых сталей является углерод. Он эффективно увеличивает прочность и твердость, но снижает вязкость. Поэтому содержание углерода в высокопрочных сталях ограничено, и обычно не превышает 0,3-0,4%.

Основным легирующим элементом высокопрочных сталей является Ni. Его содержится в разных сталях от 2 до 25%. Никель хорошо растворяется в железе, увеличивает и прочность и вязкость, повышает коррозионную стойкость. Он взаимодействует в стали с другими легирующими элементами, образует интерметаллидные фазы Ni₃Al, Ni₃Ti,Mo которые располагаются вокруг дислокаций на плоскостях скольжения, затрудняют их перемещение и повышают за счет этого прочность и вязкость. Кроме Ni, высокопрочные стали содержат Cr, Mn, Si, Mo, W и микродобавки Al, Ti, Cu, Co.

Условно высокопрочные стали можно разделить на несколько групп (рис. 12).

Рис.12. Обобщенная диаграмма конструкционной

прочности высокопрочных сталей

НУС — низкоуглеродистые стали

СУС — среднеуглеродистые стали

ВУС — высокоуглеродистые стали

МСС — мартенситностареющие стали

МАС — метастабильное аустенитное состояние.

ТМО – термомеханическая обработка.

НУС

Низкоуглеродистые стали являются самыми мало прочными из высокопрочных сталей. Содержание углерода в них не превышает 0,1 — 0,2%. Кроме углерода они содержат до 2% Ni, Mn до 1,5% и легированы небольшими добавками Al, Cu,V. Кроме таких легирующих элементов в эти виды стали вводят азот, в количестве 0,015-0,025%.

Термообработка этих сталей включает в себя закалку температурой 800-900ºС и

высокий отпуск. После закалки в сталях образуется пересыщенный раствор легирующих элементов, а в процессе отпуска из металла выделяются интерметаллидные фазы и карбонитриды. Поэтому они называются сталями с карбонитридным упрочнением. Основным назначением этих сталей являются высокопрочные строительные конструкции, трубо- и газопроводы, нефтепроводы. Используют их и в судостроении.

Основные марки 14Г2АФ, 14ГН2АФ, 14ХГН2МДАФ.

Термообработка - закалка 800-900ºС и отпуск низкий 200-220⁰С или высокий 500-600ºС.

CУC

Для этих конструкционных сталей содержание углерода максимально 0,25-0,4%. Кроме этого они содержат Cr и Ni для повышения прокаливаемости, и увеличения вязкости. Из этих сталей изготавливают валы, шестерни, высокопрочный крепеж, роторы турбин. Термообработка - полная закалка и низкий отпуск.

Основные марки:

25ХГНТА σ_В-1500 МПа

30ХГСН2А σ_В-_-1750 МПа

40ХСНМА σ_В-2000 Мпа

Сталь 25ХГНТА может применяться для высокопрочных сварных конструкций, например, для сосудов высокого давления

ВУС

Эти стали содержат углерод в количестве 0,7-1,0% и после закалки и низкого отпуска могут иметь предел прочности до 2000-3000 МПа, но при этом очень малый запас ударной вязкости, поэтому такие стали применяются ограниченно в условиях отсутствия ударных нагрузок. Их рассчитывают на применение в области упругих напряжений. В основном из них изготавливают высокопрочную канатную проволоку.

МСС

Самая распространенная из высокопрочных сталей. Она обладает одновременно и высокой прочностью и вязкостью, хорошей коррозионной стойкостью, прокаливается насквозь при любом сечении. После закалки эти стали обладают достаточной пластичностью и их можно деформировать, они легко свариваются. Они не изменяют размер и форму после закалки. Поэтому из них можно изготавливать измерительные приборы. Максимальную прочность они набирают после окончательной обработки, закалки и старения. Эти стали практически без углеродистые. Количество углерода в них ограниченно содержанием 0,03%. Основным легирующим элементом в этой стали является никель. Его вводят от 10 до 20%. Кроме никеля эти стали содержат Мо до 5%, Ti до 0,5%, W до 10%. Они снижают точку мартенситного превращения до отрицательных температур. Для компенсации этого явления в сталь вводят Со до 10%

Основная схема термообработки для этих сталей включает в себя закалку с 900-1000ºС и последующее старение. После закалки в этих сталях образуется без углеродистый мартенсит с высокой плотностью дефектов кристаллического строения. Но т.к. в твердом растворе нет углерода, сталь сохраняет пластичность и вязкость. После окончательной обработки деталей проводят старение. 500-600ºС — 3 часа. При этом из твердого раствора выделяются интерметаллидные фазы типа Ni₃(Ti,Mo), которые упрочняют сталь.

Основные марки:

Н18К19М5Т — обладает прочностью 2000 МПа, предел текучести 1900 МПа

Н17К8М2В10 — предел прочности 2350 МПа

Н12К12М10В10 — предел прочности 3000 МПа, предел текучести 2900 МПа (самая высокопрочная сталь).

Стали на основе системы Ni-Cr-Co – имеют повышенную коррозионную стойкость. Чем выше содержание хрома, тем выше коррозионная стойкость стали.

Так, например, сталь 08Х15Н5Д2Т имеет предел прочности 1500 МПа, может работать с высокими нагрузками в щелочах, кислотах.

МАС

Стали этого класса обладают наивысшими запасами прочности и вязкости. Это обеспечивает им наивысшую надежность. Они содержат:

Ni до 25%

Mo до 5%

Mn до 10%

Cr до 10%

Si, Ti до 2%

Термообработка этой стали включает в себя закалку 800-1100ºС, после чего в стали сохраняется чисто аустенитное состояние. После закалки сталь подвергают теплой деформации при -200-250ºС. Наклеп стали повышает точку начала мартенситного превращения Мн от 0 до 20ºС, но мартенситного превращения не происходит. Деформация заканчивается в тот момент, когда состояние аустенита станет неустойчивым и дополнительная деформация может вызвать мартенситное превращение. Если из стали в таком состоянии изготавливать детали, то любая дополнительная пластическая деформация может вызвать превращение неустойчивого аустенита в мартенсит. При появлении трещины в её вершине концентрируется пластическая деформация, это вызывает образование мартенсита, сталь упрочняется и разрушение прекращается.

Недостатком данной технологии является сложность контролирования структурного состояния и необходимость мощного деформирующего оборудования.

Основные марки - 25Н24М4, 30Х10Г10 и др.

⇐ Предыдущая 1 2 3 4 567 8 9 10 Следующая ⇒