Конструкционные стали. Составы, термообработка и связь с механическими свойствами

Химический состав: углерод – 0,3 %, хром – 1 %, марганец – 1 %, кремний– 1 %, железо – 96,7%; А- высококачественная, то есть содержит пониженное кол-во серы и фосфора (по 0,025 %).

Конструкционная сталь предн-на для изгот-я деталей машин и разл-х строит-х сооружений.

Сталь 30ХГСА является высокопрочной легированной конструкционной. Из нее изготавливают различные улучшаемые детали, валы, оси, зубчатые колеса, фланцы, корпусы подшипников, лопатки компрессорных машин, работающие при температуре до 200ºС, рычаги, толкатели, ответственные сварные конструкции, работающие при знакопеременных нагрузках, крепежные детали, работающие при низких температурах.

Вид поставки – сортовой прокат, в том числе фасованный, калиброванный пруток, шлифованный пруток и серебрянка, лист толстый, лист тонкий, полоса, поковки и кованные заготовки, трубы.

Применение легированных сталей средней и высокой прочности в промышленности позволяет повысить прочность и долговечность конструкции при одновременном снижении ее металлоемкости. Легированная сталь 30ХГСА применяется для изготовления гидравлических цилиндров, работающих в различных климатических условиях с различной интенсивностью и загруженностью. Гидравлический цилиндр является высокоответственной металлоконструкцией, от которой зависит не только надежность работы механизированных комплексов, производит-ть, экономический эффект и т.д., он во многих случаях и жизнь рядом работающих людей.

Сталь 30ХГСА – флокеночувствительная, т.к. легирована кремнием. Водород отрицательно влияет на пластические свойства, усталостные, вызывает появление дефектов в слитках и в деформированных заготовках в виде пустот, подкорковых пузырей и флокенов. Подобная флокеночувствительность кремнистых сталей объясняется: 1) повыш-е сод-е водорода в матер-х, которыми легирует сталь кремнием (FeSi, SiCr, SiMn); 2) Железо, легированное кремнием, имеет повыш-е скачки растворимости при переходе из жидкого сост-я в твердое и обратно.

Класс стали 30ХГСА в равновесном состоянии доэвтектоидный, а после охлаждения на воздухе – перлитный.

После отжига (температура нагрева 880 °С) структура состоит из феррита и перлита (рис.1, а). Легированная сталь имеет твёрдость НВ 220. Отжиг, обеспечивая стали невысокую твёрдость, необходим для улучшения обрабатываемости резанием.

После термического улучшения (закалка от 880 °С в масле, отпуск при 540 °С) структура - сорбит отпуска. Характеризуется несколько большей дисперсностью карбидов.

Свойства стали: предел прочности σ_в = 1100МПа (110 кгс/мм²); предел текучести s_0,2 = 850 МПа (85 кгс/мм²); ударная вязкость KCV = 0,5 МДж (5 кгс·м/см²). А у нелегированной стали после такой же обработки значения этих характеристик составляют соответственно 600, 400 и 0,5. Т.е. при одинаковой вязкости легированная сталь значительно прочнее нелегированной. Это объясняется легированностью феррита и большей дисперсностью карбидов. В связи с этим наиболее ответств-е детали машин изгот-ся из легир-х сталей с обязат-м терм-ким улучшением.

Конструкционные стали должны обладать высокой конструктивной прочностью, обеспечивать длительную и надежную работу конструкции в условиях эксплуатации. Поэтому особенность требований, предъявляемых к конструкционным материалам, состоит в необх-ти обеспечения комплекса высоких мех-ких св-в, а не одной какой-либо характеристики.

Материалы, идущие на изготовление конструктивных элементов, деталей машин и механизмов, должны наряду с высокой прочностью и пластичностью хорошо сопротивляться ударным нагрузкам, обладая запасом вязкости. При знакопеременных нагрузках конструкционные материалы должны обладать высоким сопротивлением усталости, а при трении – сопротивлением износу. Во многих случаях необходимо сопротивление коррозии. Учитывая, что в деталях всегда имеются дефекты, являющиеся концентраторами напряжений, конструкционные материалы должны обладать высоким сопротивлением хрупкому разрушению и распространению трещин.

Помимо высокой надежности и конструктивной прочности конструкционные материалы должны иметь высокие технологические св-ва – хорошие литейные свойства, обрабатываемость давлением, резанием, хорошую свариваемость. Конструкционные материалы должны быть дешевы и не должны содержать дефицитных легирующих элементов.