Прочность легированной стали при растяжении

Допускаемые напряжения принимаем по нормам, систематизированных в виде таблиц, что удобнее для практического применения при проектировочных и проверочных прочностных расчетов.

Примечание. Условные обозначения термической обработки:

О — отжиг; Н — нормализация; У — улучшение; Ц — цементация; ТВЧ — закалка с нагревом т.в.ч.; В — закалка с охлаждением в воде; М — закалка с охлаждением в масле; НВ — твердость по Бринеллю. Число после М, В, Н или ТВЧ — среднее значение твердости по HRC.

*) Римскими цифрами обозначен вид нагрузки (см. таблицу 1): I — статическая; II — переменная, действующая от нуля до максимума и от максимума до нуля (пульсирующая), III — знакопеременная (симметричная).

Допускаемые напряжения для углеродистых сталей обыкновенного качества в горячекатаном состоянии

табл.1

Марка стали по ГОСТ 380	Допускаемые напряжения, кгс/см2
	При растяжении [ σ р ]			При изгибе [ σ из ]			При кручении [ τ кр ]			При срезе [ τ ср ]			При смятии [ σ см ]
	I	II	III	I	II	III	I	II	III	I	II	III	I	II
Ст 2	1150	800	600	1400	1000	800	850	650	500	700	500	400	1750	1200
Ст 3	1250	900	700	1500	1100	850	950	650	500	750	500	400	1900	1350
Ст 4	1400	950	750	1700	1200	950	1050	750	600	850	650	500	2100	1450
Ст 5	1650	1150	900	2000	1400	1100	1250	900	700	1000	650	550	2500	1750
Ст 6	1950	1400	1100	2300	1700	1350	1450	1050	800	1150	850	650	2900	2100

наверх

Механические свойства и допустимые напряжения углеродистых качественных конструкционных сталей

табл.2

Марка стали ГОСТ 1050	Термо- обработка	Предел прочности при растяжении σ в	Предел текучести σ т	Предел выносливости при			Допускаемые напряжения *, кгс/см2, при
		Предел прочности при растяжении σ в	Предел текучести σ т	растяжении σ −1р	изгибе σ −1	кручении τ −1	растя- жении [σ р]			изгибе [σ из]			кручении [τ кр]			срезе [τ ср]			смятии [σ см]
		кгс/мм 2					I	II	III	I	II	III	I	II	III	I	II	III	I	II
8	Н	33	20	12	15	9	1100	800	600	1300	950	750	800	600	450	600	450	350	1650	1200
10	Н	34	21	12,5	15,5	9,5	1100	800	600	1450	1000	750	800	600	450	650	450	350	1650	1200
10	Ц-В59	40	25	14,5	18	11	1300	900	700	1550	1150	900	1000	650	550	700	500	400	1950	1350
15	Н	38	23	13,5	17	10	1250	850	650	1500	1100	850	950	650	500	750	500	400	1850	1250
15	Ц-В59	45	25	16	20	12	1450	500	800	1750	1250	1000	1100	800	600	850	600	450	2100	750
20	Н	42	25	15	19	11,5	1400	1150	950	1700	1200	950	1050	700	550	850	600	450	2100	1750
20	Ц-В59	50	30	18	22,5	13,5	1650	1150	900	2000	1400	1100	1250	750	550	1000	600	450	2400	1750
25	Н	46	28	17	21	12,5	1500	1100	850	1800	1300	1050	1100	800	600	900	650	500	2200	1650
25	Ц-В58	55	35	20	25	15	1800	1300	1000	2100	1600	1250	1350	950	750	1100	800	600	2700	1950
30	Н	50	30	18	22,5	13,5	1650	1150	900	2000	1400	1100	1250	900	700	1000	650	550	2400	1750
30	У	60	35	21,5	27	16	2000	1400	1050	2400	1750	1350	1500	1050	800	1200	850	650	3000	2100
35	Н	54	32	19	24	14,5	1800	1250	950	2100	1550	1200	1350	900	700	1100	750	550	2700	1900
	У	65	38	23	29	17,5	2100	1500	1150	2600	1850	1450	1600	1100	850	1300	900	700	5200	2200
	В35	100	65	36	45	27	3300	2300	1800	4000	2900	2200	2500	1650	1350	2000	1400	1100	5000	3500
40	Н	58	34	21	26	15,5	1900	1300	1050	2300	1650	1300	1400	1000	750	1150	800	600	2800	2000
	У	70	40	25	31,5	19	2300	1600	1250	2700	2000	1550	1700	1200	950	1400	1000	800	3400	2400
	В35	100	65	36	45	27	3400	2300	1800	4000	2900	2200	2500	1750	1350	2000	1400	1100	5000	3500
45	Н	61	36	22	27,5	16,5	2000	1400	1100	2400	1750	1350	1500	1050	800	1250	850	650	3000	2100
	У	75	45	27	34	20,5	2400	1700	1350	2900	2150	1700	1850	1300	1000	1450	1050	800	3600	2600
	М35	90	65	32,5	40,5	24,5	3000	2100	1600	3600	2600	2000	2300	1650	1200	1850	1250	950	4500	3100
	В42	90-120	70	32,5	40,5	24,5	3000	2100	1600	3600	2600	2000	2300	1600	1200	1850	1250	950	4500	3100
	В48	120	95	43	54	32,5	4000	2800	2100	4800	3400	2700	3000	2100	1600	2400	1700	1300	6000	4200
	ТВЧ56	75	45	27	34	20,5	2400	1700	1350	2900	2100	1700	1850	1300	1000	1450	1050	800	3600	2600
50	Н	64	38	23	29	17,5	2100	1400	1150	2500	1850	1450	1600	1100	850	1250	850	650	3100	2200
50	У	90	70	32,5	40,5	24,5	3000	2100	1600	3600	2600	2000	2300	1800	1200	1850	1250	950	4500	3100
20Г	Н	46	28	16,6	20,5	12,5	1500	1000	800	1800	1300	1000	1100	800	600	900	650	500	2200	1600
20Г	В	57	42	20,5	25,5	15	1950	1300	1000	2300	1650	1250	1450	1000	750	1150	800	600	2900	1900
30Г	Н	55	32	20	25	15	1800	1300	1000	2100	1600	1250	1350	950	750	1100	800	600	2700	1900
30Г	В	68	56	24,5	30,5	18	2300	1600	1200	2700	1950	1500	1700	1200	900	1400	1000	750	3400	2400
40Г	Н	60	36	22	27	16	2000	1400	1100	2400	1750	1350	1500	1050	800	1200	850	650	3000	2100
40Г	В45	84	59	35	38	23	2800	1900	1500	3300	2400	1900	2100	1500	1150	1700	1200	950	4200	2900
50Г	Н	66	40	23,5	29,5	17,5	2100	1500	1150	2600	1850	1450	1600	1100	750	1300	900	700	3200	2200
50Г	В	82	56	30	37	22	2700	1900	1500	3300	2500	1850	2500	1550	1100	1650	1050	750	4100	2900
65Г	Н	75	44	27	34	20	2400	1750	1350	2900	2100	1700	1850	1300	1000	1450	1050	800	3600	2600
	У	90	70	32,5	40,5	24,5	3000	2100	1600	3600	2600	2000	2300	1600	1200	1850	1250	950	4500	3100
	М45	150	125	53	67	40	5000	3500	2600	6000	4300	3300	3800	2600	2000	3000	2100	1600	7600	5200

Примечание:

Марки стали 20Г; 30Г; 40Г; 50Г; 65Г — старые марки стали, действующие до 1988 г. Буква Г в них обозначала содержание марганца около 1 %.

наверх

Механические свойства и допускаемые напряжения легированных конструкционных сталей

табл.3

Марка стали ГОСТ 1050	ГОСТ	Термо- обработка	Предел прочности при растяжении σ в	Предел текучести σ т	Предел выносливости при			Допускаемые напряжения *, кгс/см2, при
			Предел прочности при растяжении σ в	Предел текучести σ т	растя- жении σ −1р	изгибе σ −1	кручении τ −1	растя- жении [σ р]			изгибе [σ из]			кручении [τ кр]			срезе [τ ср]			смятии [σ см]
			кгс/мм 2					I	II	III	I	II	III	I	II	III	I	II	III	I	II
10Г2	4543	Н	43	25	17,5	22	12,5	1400	1100	900	1700	1350	1100	1050	750	600	850	650	500	2100	1650
09Г2С	19282	—	50	35	19	24	14	1700	1200	950	2000	1500	1200	1250	900	700	1000	700	550	2500	1800
10ХСНД	19282	—	54	40	21,5	27	15,5	1850	1400	1100	2200	1600	1350	1400	1000	800	1100	800	650	2800	2100
20Х	4543	Н	60	30	21	26	15	1900	1350	1050	2300	1650	1300	1400	1000	750	1150	850	600	2800	2000
		У	70	50	28	35	20	2400	1750	1400	2900	2200	1750	1800	1300	1000	1450	1050	800	3600	2600
		М59	85	63	34	42	24	2900	2100	1700	3500	1450	2100	2200	1550	1200	1750	1250	950	4300	3200
40Х		Н	63	33	25	31	18	2000	1550	1250	2400	1900	1550	1500	1150	900	1200	950	750	3000	2300
		У	80	65	32	40	23	2700	2000	1600	3200	2500	2000	2000	1500	1150	1600	1150	900	4000	3000
		М39	110	90	44	55	32	3800	2800	2200	4500	3400	2700	2800	2000	1600	2300	1650	1300	5600	4200
		М48	130	110	52	65	38	4400	3300	2600	5300	4100	3200	3300	2400	1900	2700	1950	1500	6700	4900
45Х		Н	65	35	26	32	18,5	2100	1600	1300	2500	1950	1600	1550	1150	900	1250	950	750	3100	2400
		У	95	75	38	47	27	3200	2400	1900	3800	2900	2300	2400	1750	1350	1900	1350	1050	4800	3600
		М48	140	120	56	70	40	4800	3500	2800	5700	4300	3500	3600	2600	2000	2900	2000	1600	7200	5200
50Х		Н	65	35	26	32,5	18,5	2100	1600	1300	2500	2000	1600	1600	1200	900	1250	900	700	3100	2400
50Х		М48	150	130	60	75	43	5000	3700	3000	6000	4600	3700	3700	2700	2100	3000	2200	1700	7500	5500
35Г2		Н	63	37	25	31,5	18	2000	1550	1250	2400	1900	1600	1500	1150	900	1200	950	750	3300	2300
35Г2		В, НВ249	80	65	32	40	23	2700	2000	1600	3200	2500	2000	2000	1450	1150	1600	1150	900	4000	3000
40Г2		Н	67	39	27	33,5	19,5	2200	1700	1350	2600	2100	1700	1650	1200	950	1300	950	750	3300	2500
40Г2		М, НВ331	112	95	54	66	38	3800	3100	2700	4600	3800	3300	2900	2300	1900	2300	1900	1500	5800	4600
45Г2		Н	70	41	28	35	20	2300	1750	1400	2700	2100	1750	1750	1250	1000	1400	1000	800	3400	2600
45Г2		М, НВ295	85	70	34	42,5	24,5	2900	2100	1700	3500	1450	2100	2200	1550	1200	1750	1250	950	4400	3300
33ХС		Н	60	30	21	26	15	1900	1350	1050	2300	1650	1300	1400	1000	750	1150	650	600	2800	2000
33ХС		М	90	70	36	45	26	3000	2200	1800	3600	2800	2200	2300	1650	1300	1800	1350	1050	4500	3300
38ХС		У	95	75	37	47	28	3200	2300	1850	3900	2900	2300	2400	1750	1400	1900	1400	1100	4800	3500
18ХГТ		Н	70	43	28	35	20	2300	1750	1400	2700	2100	1750	1700	1250	1000	1400	1000	800	3400	2600
18ХГТ		Ц-М59	100	80	40	50	29	3300	2500	2000	4000	3100	2500	2500	1850	1450	2000	1450	1150	4900	3800
30ХГТ		М43	125	105	50	62	36	4300	3100	2500	5100	3900	3100	3200	2300	1800	2600	1850	1400	6400	4600
30ХГТ		Ц-М59	110	80	44	55	32	3700	2700	2200	4400	3400	2700	2800	2000	1600	2200	1600	1250	5500	4100
20ХГНР		М40	130	120	52	65	37,5	4500	3300	2600	5400	4100	3200	3400	2300	1700	2700	1800	1350	6800	5000
20ХГНР		М50	145	140	58	72,5	42	5000	3600	2900	6000	4500	3600	3800	2700	2100	3000	2150	1700	7500	5400
40ХФА		М30	90	75	36	45	26	3200	2300	1800	3800	2800	2200	2400	1700	1300	1900	1350	1050	4800	3400
40ХФА		М50	160	130	64	80	48	5500	4100	3200	6600	5000	4000	4100	3100	2400	3300	2400	1950	8200	6100
30ХМ		М	95	75	38	47,5	23	3200	2400	1900	3900	3000	2400	2400	1550	1150	1900	1250	900	4800	3600
35ХМ		М, НВ270	100	85	40	50	29	3400	2500	2000	4100	3100	2500	2600	1850	1450	2000	1300	950	5200	3800
35ХМ		М50	160	140	64	80	48	5500	4100	3200	6600	5000	4000	4200	3100	2400	3300	2500	2000	8200	6100
40ХН		Н	78	46	31	39	22,5	2600	1950	1600	3100	2400	1950	1900	1400	1100	1550	1150	900	3900	2900
40ХН		М43	120	100	48	60	34,5	4100	3100	2400	4900	3700	3000	3100	2200	1700	2500	1750	1350	6200	4600
12ХН2		М	80	60	32	40	23	2700	2000	1600	3200	2500	2000	2000	1450	1150	1600	1150	900	4000	3000
12ХН2		Ц-М59	80	60	32	40	23	2700	2000	1600	3200	2500	2000	2000	1450	1150	1600	1150	900	4000	3000
12ХН3А		У	95	70	38	47	27	3200	2400	1900	3800	2800	2300	2400	1750	1400	1900	1400	1100	4800	3000
12ХН3А		ТВЧ59	100	85	40	50	30	3400	2600	2000	4100	3100	2500	2500	1900	1500	2000	1500	1200	5100	3800
20Х2Н4А		ТВЧ59	68	45	27	34	20	2300	1700	1350	2700	2100	1700	1700	1250	1000	1400	1000	800	3400	2600
		Ц-М59	110	85	44	55	32	3700	2700	2200	4400	3400	2700	2800	2000	1600	2200	1600	1250	5500	4100
		М	130	110	52	65	37,5	4400	3300	2600	5300	4000	3200	3300	2400	1900	2600	1900	1500	6600	5000
20ХГСА		М	80	65	32	40	23	2700	2000	1600	3300	2500	2000	2000	1450	1150	1600	1150	900	4100	3000
30ХГС		О	60	36	24	30	17	2000	1500	1200	2400	1850	1500	1500	1100	850	1200	900	700	3000	2200
30ХГСА		У	110	85	44	55	32	3700	2700	2200	4400	3400	2700	2800	2000	1600	2200	1600	1250	5500	4100
М46		150	130	60	75	43	5100	3800	3000	6200	4700	3800	3900	2700	2100	3100	2200	1700	7600	5700
38Х210		М	80	70	32	40	23	2800	2000	1600	3300	2500	2000	2000	1500	1150	1700	1200	950	4100	3000
38Х210		М	90	75	36	45	26	3100	2400	1900	3700	2900	2400	2300	1700	1350	1850	1400	1100	4600	3600
50ХФА	14959	М	130	110	52	65	34	4400	3300	2600	5400	4000	3200	3400	2200	1700	2600	1800	1350	6600	5000
50ХФА		М46	150	130	60	75	36	5200	3800	3000	6200	4700	3800	3900	2400	1800	3100	2000	1450	7700	5700
60С2		М, НВ269	130	120	52	65	34	4400	3300	2600	5400	4000	3200	3400	2200	1700	2600	1800	1350	6700	5000
60С2А		М, НВ269	160	140	64	80	46,5	5500	4000	3200	6600	5000	4000	4100	3000	2300	3300	2400	1850	8200	6000
ШХ15	801	О	60	38	24	30	18	2000	1500	1200	2400	1800	1500	1500	1100	900	1200	900	750	3000	2200
ШХ15	801	М62	220	170	46	66	33	7400	3500	2300	8900	4800	3300	5500	2500	1650	4400	2000	1300	11000	5200

наверх

Механические свойства и допускаемые напряжения для отливок из углеродистых и легированных сталей

табл.4

Марка стали ГОСТ 1050	ГОСТ	Термо- обработка	Предел прочности при растяжении σ в	Предел текучести σ т	Предел выносливости при			Допускаемые напряжения *, кгс/см2, при
			Предел прочности при растяжении σ в	Предел текучести σ т	растяжении σ −1р	изгибе σ −1	кручении τ −1	растя- жении [σ р]			изгибе [σ из]			кручении [τ кр]			срезе [τ ср]			смятии [σ см]
			кгс/мм 2					I	II	III	I	II	III	I	II	III	I	II	III	I	II
20Л	977	Н	42	22	12	17	10	900	630	480	1100	840	680	630	500	400	500	400	320	1350	950
25Л			45	24	12,5	18	11	950	650	500	1150	900	720	650	520	440	520	420	350	1450	1050
30Л			48	26	13,5	19	11,5	1000	700	530	1200	930	760	700	550	460	550	440	360	1500	1100
35Л			50	28	14	20	12	1100	740	560	1300	1000	800	750	600	480	600	470	380	1650	1200
45Л			55	32	15,5	22	13	1250	840	630	1500	1100	880	870	650	520	700	530	420	1900	1250
55Л			60	35	17	24	14,5	1400	920	680	1700	1250	960	1000	740	580	750	550	430	2100	1500
20ГЛ			55	30	15,5	22	13	1200	830	630	1450	1100	880	850	650	520	650	500	400	1800	1250
35ГЛ		О	60	40	17	24	14,5	1600	950	680	1900	1300	960	1100	760	580	880	600	460	2400	1500
		Н	55	30	15,5	22	13	1200	830	630	1450	1050	880	850	650	520	650	500	400	1800	1250
		В	60	35	17	24	14,5	1400	920	680	1700	1250	960	1000	740	580	750	550	430	2100	1500
30ГСЛ		Н	60	35	17	24	14,5	1400	920	680	1700	1250	960	1000	740	580	750	550	430	2100	1500
30ГСЛ		В	65	40	18	26	15,5	1600	1000	720	1900	1350	1050	1100	790	620	880	640	500	2400	1550
40ХЛ		Н	85	53	24	34	20,5	1750	1250	950	2100	1550	1250	1250	1100	820	950	750	620	2600	2000
40ХЛ		М	65	50	18	26	16	1650	1000	720	2000	1400	1050	1150	820	640	900	640	500	2500	1650
35ХГСЛ		Н	60	35	17	24	14,5	1400	920	680	1700	1250	960	1000	740	580	750	550	430	2100	1500
35ХГСЛ		В	80	60	22,5	32	19	2000	1250	900	2400	1700	1300	1400	980	760	1100	780	600	3000	2000
35ХМЛ		У	82	69	23	33	20	2300	1300	920	2700	1750	1300	1600	1050	800	1250	830	620	3500	2100
35ХМЛ		Н	60	40	17	24	14,5	1600	950	680	1900	1300	960	1100	760	580	880	600	460	2400	1500

Источник

Для машиностроительных деталей, работающих в условиях, когда требуется обеспечить определенный уровень прочности (слабо- или средненагруженные детали) или прочности в сочетании с сопротивлением динамическим и циклическим нагрузкам (ответственные детали), применяют стали с различным уровнем статической прочности (табл. 14.3).

Управляющими факторами для создания необходимого уровня прочности являются:

• содержание вредных примесей;

• содержание углерода;

• природа и количество легирующих элементов;

• термическая обработка.

Прочность легированной стали при растяжении

Технологическим свойством, определяющим применение сталей для производства деталей того или иного размера, является прокаливаемость, которая увеличивается при повышении содержания углерода и легирующих элементов.

В сталях систем Fe — C и Fe — С — Меi (где Mei — любой легирующий элемент) повышение прочности возможно при уменьшении вредных примесей, повышении содержания углерода и легирующих элементов, применении упрочняющей термической обработки (закалки с отпуском). В безуглеродистых сталях систем Fe — Ni — Mei и Fe — Cr — Ni — Меi высокого уровня прочности в сочетании с характеристиками надежности достигают при упрочняющей термообработке (закалка + старение).

Стали пониженной прочности (ов < 650 МПа) используют для производства слабонагруженных (неответственных) деталей массового назначения. К ним относятся болты, гайки, муфты, пальцы, рычаги, серьги, стержни, цапфы, фланцы, шайбы, штуцера и другие детали, а также арматура, несущие элементы конструкций.

Указанный выше уровень прочности характерен для доэвтектоидных низко- и среднеуглеродистых сталей (0,09…0,35 % С) как обыкновенного качества, так и качественных. Стали обыкновенного качества маркируют буквами Ст (от слова сталь) и цифрами от 0 до 6 (условный номер марки стали в зависимости от содержания углерода): СтО, Ст1, Ст2, Ст3, Ст4, Ст5, Ст6. Согласно технологии выплавки стали обыкновенного качества подразделяют на кипящие (кп), полуспокойные (пс) и спокойные (сп).

Стали качественные маркируют словом сталь и цифрами, означающими среднее содержание углерода в сотых долях процента: сталь 08, сталь 10, сталь 15, сталь 20, сталь 25, сталь 30, сталь 35, сталь 40, сталь 45. С увеличением содержания углерода в сталях повышается прочность и снижается пластичность (отожженное состояние) (рис. 14.2).

Прочность легированной стали при растяжении

Низкоуглеродистые стали обыкновенного качества обладают хорошей деформируемостью при холодной обработке давлением и свариваемостью. Они имеют две области применения:

1) марки СтО, Ст1, Ст2 — для строительных конструкций (рамы, фермы);

2) марки Ст2кп, Ст2пс, Ст2 — для деталей, изготовляемых холодной штамповкой (шайб, прокладок, проушин).

Среднеуглеродистые более прочные стали марок Ст3, Ст4 широко используют в сельскохозяйственном машиностроении для осей, рычагов, валиков и т. п.

Качественные низкоуглеродистые стали 08, 10, 15, 20 имеют, как и стали обыкновенного качества, две области применения:

1) для изготовления деталей методом холодной штамповки — шайб, прокладок, проушин;

2) для цементуемых деталей, работающих в условиях трения.

Стали нормальной прочности (ов = 650…900 МПа) используют для изготовления средненагруженных деталей, которые работают при невысоких нагрузках (болты, гайки, втулки, пальцы, рычаги и т.п.), а также более ответственных изделий машиностроения: валов-шестерней, распределительных валов; коленчатых и карданных валов; зубчатых колес, шестерней; червяков, кулачков и др.

Для этих деталей применяют как качественные низко- и среднеуглеродистые, так и низко- и среднелегированные стали в термически упрочненном состоянии — после закалки и отпуска. Необходимого уровня прочности достигают за счет изменения химического состава и режима термообработки (температуры отпуска) (табл. 14.4).

Прочность легированной стали при растяжении

Все легированные стали можно отнести к категории экономнолегированных, так как в них присутствует только один легирующий элемент.

В среднеуглеродистых сталях, как углеродистых, так и легированных, необходимого уровня прочности достигают при высоком отпуске, благодаря которому удается улучшить все характеристики надежности: пластичность, ударную вязкость и критическую температуру хрупкости. Поскольку в этих сталях присутствуют легирующие элементы при 0,35…0,40 % С, они отличаются также и повышенной прокаливаемостью: например, до 35 мм — у стали 35Х и до 60 мм — у стали 40Г2.

Стали повышенной прочности (улучшаемые) (ав = 900…1200 МПа) применяют для изготовления ответственных деталей машин, работающих в условиях:

• повышенных статических нагрузок;

• циклических и ударных нагрузок;

• повышенных температур;

• пониженных климатических температур.

К таким деталям относят коленчатые валы, шатуны, ответственные детали турбин, валы, штоки, шатуны и другие детали с концентраторами напряжений.

Для указанных деталей машин и условий работы применяют так называемые улучшаемые (или термически улучшаемые) стали. Улучшение предполагает термическую обработку, включающую закалку и высокий отпуск.

Улучшаемыми являются среднеуглеродистые среднелегированные стали. Температура высокого отпуска составляет 550…650 °С.

Содержание легирующих элементов, %, в сталях находится в диапазоне значений:

Прочность легированной стали при растяжении

Легирующие элементы повышают устойчивость аустенита при охлаждении, поэтому наибольшим критическим диаметром обладают комплексно-легированные стали. При усложнении легирования увеличиваются временное сопротивление при растяжении и критический диаметр, а также понижается критическая температура хрупкости (табл. 14.5).

Прочность легированной стали при растяжении

Легирующие элементы улучшаемых сталей влияют и на другие свойства, такие как:

• склонность к росту зерна при нагреве под закалку — карбидообразующие элементы, например ванадий, препятствуют росту зерна;

• теплостойкость — тугоплавкие элементы, легируя твердый раствор (феррит в сорбитной структуре), замедляют диффузионные процессы;

• склонность к отпускной хрупкости — молибден и вольфрам устраняют эту склонность.

В зависимости от требований к прокаливаемости и необходимого уровня механических свойств используют соответствующие марки сталей, химический состав которых определяется ГОСТ 4543-71. Марки некоторых сталей и их свойства приведены в табл. 14.5.

Высокопрочные стали (ов > 1600 МПа) применяют в авиастроении для изготовления деталей шасси самолетов, тросов вертолетов, баллонов с горючим, крепежа; в ракетостроении — для корпусов ракет, в конструкциях пусковых установок; в судостроении для оболочек подводных аппаратов; в нефтегазовой промышленности — для буровых штанг, удерживающих инструмент при бурении глубоких скважин.

Основные требования к высокопрочным сталям состоят в обеспечении, наряду с необходимым уровнем прочности, достаточной пластичности, ударной вязкости и трещиностойкости. Таким комплексом свойств обладают стали, приведенные в табл. 14.6.

Прочность легированной стали при растяжении

Среднеуглеродистые низколегированные низкоотпущенные стали, например 30ХГСН2А, 40ХГСНЗВА, 35ХГСА, 35Х2ФА, применяют в авиастроении для производства деталей шасси, болтов, баллонов; в ракетостроении — для корпусов двигателей.

Среднеуглеродистые низколегированные стали, упрочняемые термомеханической обработкой, используют для изготовления деталей простой формы, от которых требуется высокая прочность: буровые штанги в нефтяной и добывающей промышленности, рессоры мощных машин в общем машиностроении.

Мартенситно-стареющие (MC) стали, упрочняемые при старении безуглеродистого мартенсита, — особый класс высокопрочных материалов, превосходящих по конструкционной прочности и технологическим свойствам другие высокопрочные стали. МС-стали имеют специальное применение в авиационной, ракетной технике, в судостроении: из них изготовляют крупные детали несущих конструкций ракет, шасси и гидрокрылья самолетов, корпуса подводных лодок и батискафов.

Основной группой МС-сталей являются сплавы системы Fe — Ni (15…19 % Ni), легированные кобальтом (4…17 %), молибденом (3,3…5,5 %), титаном (0,5…1,9 %), а также алюминием (0,15…0,30 %).

МС-стали сочетают высокую прочность с высоким уровнем характеристик надежности — критическим коэффициентом интенсивности напряжений (К1с) и критической температурой хрупкости t50 (на 70…80 °C ниже, чем у среднеуглеродистых высокопрочных сталей). Механические свойства МС-сталей системы Fe — Ni — Co — Mo — Ti приведены ниже:

Прочность легированной стали при растяжении

По сравнению с высокопрочными среднеуглеродистыми сталями МС-стали обладают рядом преимуществ:

• низкая критическая скорость закалки и возможность получения мартенсита при охлаждении на воздухе; отсутствие коробления и трещин при закалке;

• очень высокая прокаливаемость;

• высокая технологическая пластичность при холодной деформации;

• стабильность размеров при окончательной термообработке;

• хорошая свариваемость и возможность получения равнопрочных (с основным металлом) сварных швов.

Главный недостаток МС-сталей заключается в том, что они являются некоррозионно-стойкими.

К этой группе относят стали марок: Н18К9М5Т (ЭП637), Н18К12М5Т2 (ЭП809), Н16К4М5Т2Ю (ЭИ89) и др. Химические составы сталей регламентируются соответствующими техническими условиями. В скобках указывают номера сталей, которые присваивает завод-изготовитель.

Источник

Каждый отдельный элемент придает стали в зависимости от его доли определенные специфические свойства. В случае присутствия нескольких элементов эффект может быть увеличен. Но существуют варианты сплавов, в которых отдельные элементы в отношении определенного поведения оказывают свое влияние не в одном направлении, а могут противодействовать друг другу. Наличие легирующих элементов в стали создает только предпосылку для желаемых свойств; их можно достичь лишь с помощью переработки и тепловой обработки. Ниже перечислены главные виды влияния, которые оказывают на сталь легирующие и сопутствующие элементы.

Алюминий (Al) Температура плавления 658° C

Это наиболее сильное, очень часто применяемое дезоксидационное и, кроме этого, денитрирующее средство; благодаря этому оно очень благоприятно воздействует на нечувствительность к старению. В небольших добавках он поддерживает образование мелких зерен. Поскольку Al образовывает с азотом нитриды высокой твердости, он является преимущественно легирующим элементом в азотированной стали. Он повышает стойкость к окалинам и поэтому часто добавляется в ферритную жаростойкую сталь. В нелегированной углеродной стали можно с помощью „алитирования“ (добавления Al в поверхность) повысить стойкость к окалинам. Al сильно суживает — зону. Из-за сильного повышения коэрцитивной силы алюминий является легирующим элементом в магнитотвердых сплавах железа, никеля, кобальта, алюминия.

Свинец (Pb) Температура плавления 327.4° C

Добавляется в автоматную сталь в содержании прибл. 0.2-0.5%, поскольку благодаря его чрезвычайно тонкому суспензионному распределению достигается образование краткой стружки и чистой поверхности разреза. Указанные содержания свинца практически не влияют на механические свойства стали.

Бор (B) Температура плавления 2300° C

Поскольку бор имеет большое эффективное поперечное сечение для абсорбции нейтронов, им легируют сталь для регуляторов и экранов в установках по атомной энергии. Аустенитная 18/8 CrNi-сталь может с помощью бора благодаря дисперсионному твердению получить более высокий предел текучести при растяжении и прочность, при чем уменьшается антикоррозионная стойкость. Вызванные бором выделения улучшают прочность высокожаропрочных типов аустенитной стали в зоне повышенных температур. В строительной стали этот элемент улучшает глубокую цементацию и вызывает, таким образом, повышения прочности зерна цементируемой стали. Следует рассчитывать на сокращение сварочных работ в легированной бором стали.

Хром (Cr) Температура плавления 1857° C

Cr делает сталь способной к закалке в масле и воздухе. Вследствие понижения необходимой для образования мартензитов критической скорости охлаждения он повышает закаливаемость и улучшает, таким образом, способность к повышению качества. Однако ударная вязкость уменьшается, но сокращает растяжение лишь немного. Свариваемость сокращается в чистой хромовой стали при увеличении содержания хрома. Прочность стали на растяжение повышается на 80-100 н/мм на каждый 1% Cr. Cr является образователем карбида. Его карбиды повышают стойкость к режущим инструментам и износостойкость. Термическая стойкость и стойкость к напорному водороду увеличиваются благодаря хрому. В то время, как увеличение содержания хрома повышает стойкость к окалинам, для антикоррозионной стойкости стали необходимо минимальное содержание хрома прибл. 13%, который должен быть растворен в матрице. Элемент отсекает зону и расширяет, таким образом, ферритную зону; стабилизирует аустенит в аустенитной стали Cr-Mn- или Cr-Ni. Теплопроводимость и электрическая проводимость уменьшаются. Тепловое расширение понижается (сплавы для впаивания в стекло). При одновременно более высоком содержании углерода содержание хрома до 3% повышает остаточный магнетизм и коэрцитивную силу.

Углерод (C) Температура плавления 3540° C

Углерод является наиболее важным и влиятельным легирующим елементом в стали. Наряду с углеродом каждая нелегированная сталь содержит кремний, марганец, фосфор и серу, которые добавляются при изготовлении непреднамеренно. Добавление дальнейших легирующих элементов для достижения особых эффектов, а также сознательное повышение содержания марганца и кремния вызывает образование легированной с?