Основные и дополнительные символы

Нач. буква	Назначение стали. Свойство, определяемое цифрами	Дополнительные символы
Е	Стали для машиностроения Например: Е295 Свойство: минимальный предел текучести (0,2) в Н/мм2	Не предусмотрены
S	Конструкционные стали общего назначения Например: S355JO Свойство: минимальный предел текучести (0,2) в Н/мм2	См. табл. 4
P	Стали для котлов и сосудов высокого давления Например: P265B Свойство: минимальный предел текучести (0,2) в Н/мм2	M – термомеханически упрочненная N – нормализованная Q –термообработанная B – для баллонов со сжатым газом S – для обычных сосудов под давлением
L	Стали для трубопроводов Например: L360Q Свойство: минимальный предел текучести (0,2) в Н/мм2	M – термомеханически упрочненная N – нормализованная Q –термообработанная
B	Арматурные стали Например: B500N Свойство: минимальный предел текучести (0,2) в Н/мм2	N – нормальной вытяжки H – высокой вытяжки
Y	Стали для предварительно-напряженных конструкций Например: Y1770C Свойство: минимальный предел прочности (В) в Н/мм2	C – холоднотянутая проволока H – горячекатаные предварительно-напряженные прутки Q – термообработанная проволока S – тонкий трос
R	Рельсовые стали Например: R0880Mn Свойство: минимальный предел прочности (В) в Н/мм2	Mn – высокое содержание марганца Cr – легированная хромом

Таблица 4

Дополнительные символы для сталей группы «S»

1 группа дополнительных символов				2 группа дополнительных символов
Работа разрушения при ударе, не менее			Темпе-ратура, оС	C – с повышенной пластичностью в холодном состоянии D – для нанесения покрытий в горячем состоянии E – для эмалирования F – для ковки и штамповки L – для работы при низких температурах M – термомеханически упрочненная N – нормализованная Q – термообработанная О – для шельфовых конструкций S – для судостроения T – для труб W – стойкая к атмосферной коррозии
27 Дж	40 Дж	60 Дж
JR	KR	LR	+20
J0	K0	L0	0
J2	K2	L2	20
J3	K3	L3	30
J4	K4	L4	40
J5	K5	L5	50
J6	K6	L6	60

Тема 10. Конструкционные стали

К конструкционным сталям, применяемым для изготовления разнообразных деталей машин, приборов и конструкций, предъявляют следующие требования: высокая конструкционная прочность, технологичность, низкая стоимость и доступность.

Конструкционная прочность – это комплекс механических свойств, обеспечивающих длительную и надежную работу материала в условиях эксплуатации. Конструкционную прочность можно определить, если испытать образцы или детали в условиях, близких к эксплуатационным (при рабочих температурах, в реальной среде, при наличии концентраторов напряжения и т. д.), а также по характеристикам долговечности и надежности.

В зависимости от условий эксплуатации все детали можно разбить на три группы, различающиеся распределением по сечению напряжений от рабочих нагрузок (рис. 23).

К первой группе относятся детали, работающие главным образом на износ. Вторую группу составляют детали, работающие на растяжение или сжатие, когда напряжения от действующих нагрузок распределяются по сечению более или менее равномерно. К третьей группе относятся детали, испытывающие при работе значительные изгибающие, крутящие или контактные нагрузки.

Во всех случаях работоспособность детали обеспечивается при соблюдении условия, что во всех точках поперечного сечения предел текучести _0,2 (_т) превышает напряжение от рабочей нагрузки: _т  _р. Поэтому при выборе материала и вида упрочняющей термической обработки в первую очередь оценивают условия эксплуатации.

Пример.Выбрать наиболее рациональный способ упрочнения деталей буксовых подшипников железнодорожных вагонов.

Решение.В деталях, работающих при высоких контактных нагрузках, напряжения от прилагаемых нагрузок максимальны на поверхности и близки к нулю в центре поперечного сечения. При такой схеме нагружения возможно три варианта упрочняющей обработки и, соответственно, три варианта распределения предела текучести по сечению детали (рис. 24).

Сквозное упрочнение на примерно одинаковую прочность по всему сечению (кривая 1) не является обязательным. Более целесообразно поверхностное упрочнение (кривые 2 и 3). Уровень прочности материала на поверхности детали и толщина упрочненного слоя должны иметь такие значения, чтобы степень упрочнения сердцевины обеспечивала соблюдение условия: _т _р. Чем больше толщина упрочненного поверхностного слоя, тем менее прочной может быть сердцевина. Следует учитывать, что большой запас прочности в сердцевине не только необязателен, но и нежелателен, так как при этом снижается надежность.

Глубокие слои с высокой прочностью можно получить при химико-термической обработке (цементация, нитроцементация, азотирование) или поверхностной закалке. Применение этих методов позволяет использовать менее легированные стали, а в некоторых случаях даже не проводить упрочняющую термическую обработку сердцевины.

Общие рекомендации по обеспечению высокой конструкционной прочности материалов сводятся к рациональному выбору марки стали, режима термической обработки и метода поверхностного упрочнения. Значительный эффект улучшения комплекса механических свойств может быть достигнут также за счет повышения металлургического качества сталей (уменьшения содержания вредных примесей), измельчения зерна, обеспечения сквозной прокаливаемости и минимальных остаточных напряжений.

В зависимости от назначения конструкционные стали подразделяют на строительные и машиностроительные. В качестве строительных используют углеродистые стали обыкновенного качества и низколегированные стали, содержащие недорогие и доступные легирующие элементы. Машино-строительные конструкционные стали классифицируют по составу (углеродистые, легированные), обработке (цементуемые, улучшаемые), назначению (пружинные, подшипниковые) или свойствам (высокопрочные, коррозионностойкие, жаропрочные и др.).

Для каждой группы сталей разработаны нормы легирования и определены оптимальные режимы обработки для получения требуемых свойств. Так, например, химический состав улучшаемых сталей должен обеспечивать получение заданного комплекса механических свойств при условии экономного легирования, поэтому существуют общепринятые нормы легирования по каждому отдельному элементу. Установлено, в частности, что добавка никеля положительно влияет на все характеристики стали: повышается прочность и ударная вязкость, снижается критическая температура хрупкости, уменьшается склонность аустенитного зерна к росту, увеличивается прокаливаемость. С этой точки зрения не должно существовать ограничений по легированию сталей никелем. Однако из-за дефицитности этот элемент используется только в том случае, если требуемые свойства не могут быть получены при легировании другими элементами, например, для обеспечения особо высоких характеристик надежности или хладостойкости.

В то же время, если целью легирования является повышение прочности или прокаливаемости, то более рациональным является легирование хромом, марганцем, кремнием, как более дешевыми и доступными элементами. При этом учитывают, что улучшение характеристик конструкционной прочности достигается при содержании хрома не более 2 %, а марганца и кремния – – не более 1,0…1,5 %. Несмотря на то, что эффект монолегирования этими элементами невелик, при комплексном легировании удается получить достаточно высокие свойства, удовлетворяющие разнообразным требованиям общего машиностроения. Марки улучшаемых сталей: 40Х, 30ХГС, 40ХН, 40ХН2МА и др.

Наиболее высоко- и сложнолегированными являются высокопрочные, коррозионностойкие и жаропрочные стали и сплавы. Следует помнить, что маркировка сплавов на нежелезной основе отличается от маркировки легированных сталей.

Пример.Дать характеристику следующих марок сталей и сплавов: 00Н18К9М5Т, 12Х18Н9, 45Х14Н14В2М, 08Х11Н35МТЮР, Х20Н80, ХН77ТЮР.

Решение.00Н18К9М5Т – высокопрочная мартенситно-стареющая сталь, содержит менее 0,01 % углерода, 18 % никеля, 9 % кобальта, 5 % молибдена и титан. Рекомендуемая термическая обработка: закалка + старение. Упрочнение (_В2000 Н/мм²) происходит в процессе старения за счет выделения дисперсных интерметаллидов.

12Х18Н9Т – коррозионностойкая (нержавеющая) сталь аустенитного класса. Немагнитна. Термической обработкой не упрочняется.

45Х14Н14В2М – жаропрочная сталь аустенитного класса с карбидным упрочнением. Рекомендуемая термическая обработка: закалка + старение. Структура после закалки – аустенит, после старения – аустенит и дисперсные карбиды.

08Х11Н35МТЮР – жаропрочная сталь аустенитного класса с интерметаллид-

ным упрочнением. Рекомендуемая термическая обработка: закалка + старение.

Структура после закалки – аустенит, после старения – аустенит и дисперсные интерметаллиды.

Х20Н80 – нихром, жаростойкий сплав, содержит 20 % хрома и 80 % никеля.

ХН77ТЮР – жаропрочный сплав на никелевой основе, содержит 77 % никеля, а также хром, титан, алюминий и бор.