Конструкционные легированные стали

20Х, 12Х2Н4А – цементируемые низкоуглеродистые; 26 40ХН, 30ХГСА – улучшаемые среднеуглеродистые; 65Г, 55С2, 50ХФА – рессорно-пружинные; ШХ15 – шарикоподшипниковые (Cr = 0, 15 %); 110Г13Л – износостойкие (С = 1, 1 %, Мn = 13 %, Л – означает литейная).

Инструментальные легированные стали

9ХС, ХВГ – применяются для изготовления режущего инструмента для низких скоростей резания (С = 0, 9 % и 1 % сооветственно). Х12М, 5ХВ2С – для штампов при холодной штамповке. 5ХНМ, 3Х2В8Ф, 40ХСМФ, 7Х3 – для штампов при горячей штамповке. Р9, Р18 – быстрорежущие стали, применяются преимущественно для изготовления инструмента сложной формы, позволяют обрабатывать материал с большими скоростями резания (цифры обозначают содержание вольфрама в процентах).

Стали и сплавы с особыми свойствами

Примеры марок и их применения:

• коррозионностойкие (нержавеющие): 12Х13, 40Х13 (хирургический инструмент), 12Х18Н9 и 12Х17 (химическая, пищевая промышленность);

• жаростойкие (окалиностойкие): 40Х9С2 (сохраняет работоспособность до t= 550... 900 °С, 36Х18Н25С2 – до 1100 °С);

• жаропрочные (детали, в т. ч. лопатки турбин и паросиловых установок);

• электротехнические (магнитные и парамагнитные), сплавы с высоким электросопротивлением (Х20Н80 – нихром), с заданным коэффициентом линейного расширения (для вакуум-плотных спаев, соединений с керамикой и стеклом при определенных температурах), с заданными упругими свойствами и т. д. Стали хорошо обрабатываются пластическим деформированием, литейные свойства значительно хуже, чем у чугунов.

Чугуны

На диаграмме фазового равновесия Fe – Fe3C (рис. 2.1) были рассмотрены чугуны, в состав которых углерод входил только в виде твёрдых растворов или химического соединения (цементита). Такие чугуны в месте разрушения имеют блестящий белый излом. Именно поэтому они получили название белый чугун. В условиях производства белый чугун может получиться при ускоренном охлаждении при заливке в металлические формы или при низком содержании кремния. Детали со структурой белого чугуна практически не применяются, т. к. не поддаются обработке резанием, НВ = 400 … 500. Применяются чугуны с от-

беленной поверхностью для деталей, работающих на истирание (шары мельниц, прокатные валки и т. п.): верхний слой – белый чугун, сердцевина – серый чугун. Большое количество отливок из белого чугуна используется для передела путём длительного отжига в ковкий чугун. Об этом подробнее будет сказано ниже. В других видах чугуна большая часть углерода присутствует в виде графита и их излом имеет серый цвет. Различают серый, ковкий и высокопрочный чугуны. Они имеют металлическую основу со структурой стали (ферритной, перлитной или феррито-перлитной), содержащей включения графита. 27

Серые чугуны получают при медленном охлаждении расплава или при содержании Si > 1, 5 %. Углерод коагулируется в виде пластинчатого графита (рис. 3.2). Маркировка: СЧ15 (σ в > 150 МПа), СЧ18 и т. д. (всего 11 марок по ГОСТ). Серый чугун хорошо работает на сжатие, нечувствителен к концентраторам напряжений, гасит вибрации, имеет высокие антифрикционные свойства и хорошую жидкотекучесть, хорошо обрабатывается резанием, имеет малую усадку 0, 9 … 1, 3 %, σ в = 150... 350 МПа, δ = 2... 6 %.

Ковкий чугун получают из белого посредством графитизирующего отжига, во время которого цементит распадается и углерод выделяется в свободном состоянии в виде хлопьевидного графита (рис. 3.1, б, в). Маркировка: КЧ37-12 (σ в > 370 МПа; δ > 12 %), КЧ60-3 (всего 11 марок по ГОСТ, σ в = 350... 500 МПа, δ = 4... 12 %.). Износостойкий, хорошо сопротивляется ударным нагрузкам и обрабатывается резанием.

Рис. 3.1. Микроструктуры белого (а) и ковкого (б, в) чугунов

Высокопрочный (модифицированный) чугун получают путем присадки в ковш с жидким чугуном магния, церия и других элементов. В результате выделяется углерод в виде шаровидного графита, повышаются механические свойства: износо-, коррозионно-, жаро- и хладостойкость. σ в = 350... 1000 МПа, δ = 2... 6 %. Применяется для изготовления ответственных деталей (коленчатые валы, поршни и др). Маркировка: ВЧ 45-5 (σ В > 450 МПа; δ > 5 %) (всего 10 марок по ГОСТ). Чугуны имеют хорошие литейные свойства, но непригодны для обработки давлением и плохо свариваются.

Рис. 3.2. Микроструктуры серого чугуна:

а – ферритного; б – перлито-ферритного; в – перлитного;

1 – феррит, 2 – графит, 3 − перлит