Механические свойства

Марка стали	Механические свойства
	σВ, МПа	σТ, МПа	δ, %	ψ, %	KCU Дж/cм2
20Х3Н3МФБА	1200	1050	10,0	45	50
20Х2Н4А	1225	980	11	57	98
18Х2Н4ВА	1176	980	10	45	107

Таблица 3.2

Химический состав стали 20х3н3мфба (ту 0958-011-08627614-95)

		Содержание элементов, %
С	Si	Mn	Сr	Ni	Mo	V	Nb	P	S	Cu
0,18-0,22	0,17-0,37	0,30-0,60	2,80- 3,20	2,70-3,30	0,50-0,65	0,10-0,15	0,05-0,10	н.б. 0,025	н.б. 0,025	н.б. 0,30

Ресурс работы многих узлов современных машин в значительной степени определяется контактной усталостью, являющейся основным видом износа подшипников качения, зубчатых колес и др. узлов, работающих при больших контактных нагрузках. Критерием работоспособности высоконагруженных деталей машин является контактная выносливость, которая определяет долговечность и надежность их работы. Согласно ГОСТ 21354 контактная выносливость тем выше, чем выше твердость материала. В связи с этим высоконагруженные зубчатые колеса в настоящее время изготавливают из легированных цементуемых сталей с твердостью упрочненного поверхностного слоя 57…63НRC.

При выборе марки стали для цементуемых деталей следует учитывать, что поверхностную твердость и глубину цементованного слоя в весьма близких пределах можно получить на стали с различной степенью легированности и с различным содержанием углерода. Цементуемые стали отличаются между собой главным образом в отношении обеспечения механических свойств сердцевины в зависимости от размеров поперечного сечения заготовок.

Высокопрочная теплостойкая с высокой прокаливаемостью сталь 20Х3Н3МФБ предназначена для изготовления многоцелевого назначения высоконагруженных деталей машин.

Установлено следующее:

• исследования распада переохлажденного аустенита при непрерывном охлаждении и в изотермических условиях стали 20ХЗНЗМФБА с содержанием легирующих элементов по верхнему и нижнему пределам по техническим условиям на сталь свидетельствуют о высокой устойчивости его в перлитной и бейнитной областях;

• критическая скорость закалки составляет 160 град/мин;

• промежуточное превращение стали протекает с образованием нижнего бейнита при скоростях охлаждения, больших или равных 10град/мин.;

• значения критических точек стали, определенные термическим методом и дилатометрией, приведены в таблице 3.4

Таблица 3.3

АС1, °С	АС3, °С	МН,°С	МК,°С
730-750	780-800	360-370	250-270

• сталь 20ХЗНЗМФБА отличается стабильностью прочностных и пластических характеристик при закалке от температур 820 − 980°С;

• сталь сохраняет теплостойкость до 550°;

• прокаливаемость стали составляет не менее 100мм как при закалке в масло, так и на воздухе;

• температурный интервал горячей обработки давлением − 1180°С-850°С;

• сталь флокеночувствительна, после ковки требуется проведение противофлокенного отжига;

• штампуемость аналогична штампуемости сталей 20ХН3А, 20Х2Н4А;

• технологичность при шлифовании цементуемых и азотируемых поверхностей деталей выше, чем у деталей из сталей 20ХН3А, 20Х2Н4А и 38Х2МЮА, при этом склонность к образованию шлифовочных трещин у стали 20Х3Н3МФБА ниже.

Внедрены в производство технологии:

• выплавки и разливки стали с использованием экранируемых прибыльных надставок, позволивших повысить качество кузнечных слитков;

• объемной горячей пластической деформации (ковка, штамповка) стали;

• термической, в том числе предварительной термической обработки стали, обеспечивающей получение в кованных заготовках сложной формы однородного по размеру мелкого зерна аустенита номером 11…9 ГОСТ 5639 – 82 и высокий уровень механических свойств после отпуска

• газовой цементации обеспечивающего максимальную работоспособность деталей в парах трения и в условиях контактной усталости.

Однако насыщении стали 20Х2Н4А углеродом понижается температура мартенситного превращения, поэтому после закалки в структуре цементованного слоя наряду с высокоуглеродистым мартенситом сохраняется большое количество остаточного аустенита, снижающего твердость, износостойкость, предел выносливости и вызывающего образование трещин при шлифовании.

Обладая высокими механическими свойствами, стали 20Х2Н4А и 18Х2Н4ВА имеют существенный недостаток – при упрочняющей термической обработке колес в сердцевине имеет место большой разброс значений твердости 35…48 HRC и соответственно, предела текучести σ_Т = 980 – 1372 МПа , что обусловлено колебанием химического состава сталей, допускаемым ГОСТом. Это снижает производительность при обработке резанием; сверление при максимальной твердости практически невозможно. В связи с этим на механически обрабатываемых участках назначаются «напуски», т.е. искусственное увеличение сечения для уменьшения прокаливаемости и, следовательно уменьшения твердости. Такой прием крайне нетехнологичен и для серийного производства не пригоден.

Эффективность технических решений подтверждена длительным сроком безаварийной эксплуатации на шахтах страны очистных угольных комбайнов «К – 500».

Следовательно, низкоуглеродистая мартенситная сталь 20Х3Н3МФБА является прогрессивным материалом для изготовления ответственных изделий, эксплуатируемых в жестких условиях.