Улучшаемые стали

Улучшаемые стали легированные стали с С=0, 35÷ 0, 50 %. Оптимальные свойства эти стали при­обретают после закалки и высокого отпуска при 500-650 °С. Они имеют повышенную прочности при достаточ­но высоких пластичности и вязкости.

К улучшаемым сталям относятся следующие марки:

- хромистые — 30Х, 35Х, 38ХА, 40Х, 45Х, 50Х;

- марганцевые — 30Г2, 35Г2, 40Г2, 45Г2, 50Г2;

- хромомарганцевые — 27ХГР, 40ХГТР;

- хромокремнистые — 33ХС, 38ХС, 40ХС;

-хромомолибденовые и хромомолибденованадиевые — 30ХМ, 35ХМ, 38ХМ, 30ХЗМФ, 40ХМФА;

- хромованадиевая — 40ХФА;

- хромоникелевые — 40ХН, 45ХН, 50ХН;

-хромокремнемарганцевые, хромомарганцевоникилевые и хро-мокремнемарганцевоникилевые — 30ХГС, 30ХГСА, 30ХГСН2А;

- хромоникельмолибденовые — 38Х2Н2МА, 40ХН2МА, 38ХНЗМА;

- хромоникельмолибденованадиевые — 38ХНЗМФА, 45ХН2МФА;

- хромомолибденоалюминиевая — 38Х2МЮА.

По сравнению с нормализацией термическое улучшение обес­печивает более высокие значения σ _{0, 2} и снижение Т₅₀ Особое зна­чение имеет структура сорбита отпуска для повышения долговеч­ности деталей при переменных нагрузках. При твердости, мень­шей 350 НВ, сорбит отпуска характеризуется высоким сопротив­лением распространению трещин.

После термического улучшения σ _-1= 0, 5σ _в, что выше, чем пос­ле отжига или нормализации (σ _-1≈ 0, 3σ _в). При более высокой проч­ности (σ _в > 1300 МПа) среднеуглеродистые стали со структурой троостита отпуска или мартенсита характеризуются пониженным сопротивлением распространению трещины. Кроме того, низкая пластичность сталей высокой прочности повышает их чувстви­тельность к надрезам в наиболее напряженных зонах деталей. В результате в местах концентрации напряжений зарождаются усталостные трещины, быстро приводящие к поломке деталей. Вследствие повышенной чувствительности к надрезу происходит значительное рассеяние значений σ _-1 и уменьшение σ _-1 до (0, 4÷ 0, 3) σ _в. Несущая способность деталей из легированных ста­лей в высокопрочном состоянии может быть ниже, чем горячека­таных углеродистых сталей.

Влияние концентраторов на поверхности деталей может быть нейтрализовано дополнительным упрочнением поверхностных сло­ев пластическим деформированием, индукционной закал­кой, азотированием. После такой обработки затруднено возник­новение микропластических деформаций поверхностных слоев, приводящих к зарождению усталостных трещин. Кроме того, об­работка создает в поверхностных слоях остаточные сжимающие

напряжения, которые вместе с растягивающими напряжениями под действием внешней нагрузки нейтрализуют или уменьшают действие растягивающих напряжений. Комбинирование терми­ческого улучшения с обработкой поверхности деталей обеспечи­вает им повышенную эксплуатационную надежность.

Улучшаемые стали используют для изготовления зубчатых ко­лес, хотя предел выносливости зубьев при изгибе у них меньше, чем у цементованных или нитроцементованных зубьев. Критичес­кий диаметр улучшаемых сталей при закалке.

Азотируемые стали являются разновидностью улучшаемых сталей. Они используются для изготовления коленчатых валов, шпинделей точных станков, гильз цилиндров, плунжеров топ­ливных насосов, червяков и других деталей, которые должны иметь высокие сопротивление изнашиванию и предел выносли­вости. Высокие твердость и износостойкость азотированного слоя обеспечиваются благодаря образованию частиц нитридов, коге­рентно связанных с матричным ферритом. Необходимые свой­ства достигаются при азотировании легированных сталей, содер­жащих хром, алюминий и молибден, а также титан и ванадий.

Часто применяют азотируемую сталь 38Х2МЮА. При газовом азотировании в среде аммиака после выдержки в течение 50 ч при 500-525 °С получается диффузионный слой толщиной около 0, 5 мм. Твердость его достигает 1200 HV, в нем создаются напря­жения сжатия, нейтрализующие влияние концентраторов напря­жений. Недостатком печного азотирования является его большая продолжительность.

При ионном азотировании насыщение деталей азотом осуще­ствляется в поле тлеющего разряда при напряжении около 1000 В и температуре 400-550 °С. Время обработки деталей в десятки раз меньше, чем при газовом азотировании.

Ионное азотирование применяют для деталей, изготовленных из хромистых, хромомолибденовых и других легированных ста­лей, содержащих достаточное количество элементов, которые обес­печивают повышение прочности и твердости диффузионного слоя при азотировании.

Наиболее важными характеристиками улучшаемых сталей яв­ляются прокаливаемость и сопротивление усталости. Глубина про­каливаемого слоя у легированной стали 40Х составляет 40 мм, а у сложнолегированных сталей 40ХНМ и 38ХНЗМА — 100 мм. Этого достаточно для термического улучшения деталей широкой номенклатуры, а для ряда осесимметричных деталей не требует­ся сквозная прокаливаемость. Например, конструкционная проч­ность валов обеспечивается, когда структура сорбита отпуска об­разуется в слое толщиной, равной половине радиуса вала. Недо­статком ряда улучшаемых сталей является чувствительность к обратимой отпускной хрупкости. К ней наиболее склонны хромомарганцевые и хромоникелевые стали с большой прокаливаемостью. Для предотвращения охрупчивания деталей из этих ста­лей при высоком отпуске принимают технологические меры. Улуч­шаемые стали, содержащие молибден, нечувствительны к отпус­кной хрупкости. После термического улучшения σ _-1 не превышает 550 МПа. В результате расчета долговечности деталей по этим значениям σ _-1, получают большие размеры деталей, что непри­емлемо из-за увеличения расхода металла и габаритных размеров механизмов. При расчете ограниченной долговечности деталей исходят из переменных напряжений, больших σ _-1.Это основано на живучести сталей после термического улучшения, когда глав­ное значение имеют малые скорости распространения усталост­ных трещин. Проверка деталей средствами неразрушающего кон­троля позволяет обнаруживать усталостные трещины и заменять дефектные детали.