Высокопрочные стали
Класс №2, часть 2
Однако исчерпывающие научные исследования свойств металлов позволяют определить закономерности развития дефектной структуры, ее связи со свойствами материалов, что в конечном итоге приводит к созданию новых сплавов с лучшими эксплуатационными характеристиками. Кроме того, этому процессу способствуют постоянно возрастающие требования к строительным материалам. В частности, ужесточение условий работы машин и механизмов, стремление повысить их производительность и продлить срок службы привели к появлению и развитию нового класса материалов — высокопрочных сталей . Развитие авиации, космонавтики и космонавтики, т. е. областей, в которых соотношение веса конструкции и грузоподъемности играет решающую роль. концепции «высокопрочная сталь» . В американской литературе высокопрочная (высокопрочная сталь) называется сталью и имеет предел текучести от 260 до 560 МПа. При таком делении все стали, кроме мягких малоуглеродистых, попадают в группу высокопрочных. Стали с пределом текучести 560 МПа и выше называются сверхвысокопрочными сталями. Существуют и более подробные классификации, включающие три или четыре группы сталей. В отечественной литературе высокопрочная обычно называется сталью и имеет предел прочности при растяжении более 1300-1500 МПа.
Важные свойства высокопрочной Прочность стали Помимо высоких предела прочности и предела текучести, они устойчивы к растрескиванию и сохраняют приемлемый уровень пластичности. Большое внимание также уделяется таким характеристикам, как свариваемость.
Среди высокопрочных сталей выделяют следующие виды:
1. Низкотемпературные, среднелегированные стали. ;
2. Мартенситные стали;
3. Сталь ПНП (ТРИП-сталь, ТРИП-сталь).
Низкотемпературные среднелегированные стали
Высокие показатели прочности среднеуглеродистых легированных сталей достигаются закалкой при 880-900°С и последующим низким отпуском при 220-300°С. Этот тип стали содержит 0,25-0,4% С. С увеличением содержания С увеличивается предел прочности при растяжении, но при достижении концентрации 0,45% вязкий характер разрушения сменяется хрупким.
Легированная сталь в малом масштабе практически не влияет на предел прочности, но влияет на переход от вязкого разрушения к хрупкому и сдвигает этот переход в сторону более высокого содержания С. Путем легирования низко- и среднеуглеродистых сталей можно повысить пластичность и ударную вязкость достигается снижением чувствительности к надрезу и легированием высокоуглеродистых сталей для достижения повышения прочности при хрупком разрушении, а иногда и при переходе от хрупкого к вязкому разрушению.
Введение в состав стали Ni, Cr и Mo повышает прочность стойкость к хрупкому разрушению, что позволяет использовать сталь с более высоким содержанием С. Добавление Si позволяет снизить содержание С при сохранении прочности. Положительное влияние на свариваемость оказывает уменьшение концентрации С.
Содержание S и Р в высокопрочных сталях не должно превышать 0,03-0,035 %. Фосфор, даже в небольших количествах, значительно увеличивает чувствительность высокопрочных сталей к надрезу. Сера очень вредно действует по свариваемости и прочности сварных соединений.
Наиболее применяемые стали этого класса: 30ХГСА, 35ХГСА, 30ХГСНА, 30ХГСНМА, 40ХН2СВА (ЭИ643), ВЛ-1.
Применяется сталь 30ХГСА для изготовления усовершенствованных осей, валов, шестерен, фланцев и других деталей, работающих при температурах до 200 °С, ответственных сварных конструкций, работающих при знакопеременных нагрузках, крепежных изделий, работающих при низких температурах. Предел прочности после закалки и низкого отпуска 1500 МПа. Сталь в определенной степени свариваема, после сварки требуется термическая обработка.
Сталь 35ХГСА имеет повышенную прочность (1900 МПа после закалки при 200°С) за счет повышенного содержания С. Применяется в изготовление фланцев, кулачков, цапф, роликов, рычагов, валов, деталей сварных конструкций сложной конфигурации, работающих в условиях переменных нагрузок.
Из стали ЭИ643 изготавливаются крупногабаритные изделия: валы, диски, шестерни и распорки. Стали 30ХГСА, ЭИ643, ВЛ-1 применяются при производстве сварных конструкций в самолетостроении.
Дальнейшее повышение прочности может быть достигнуто термомеханической обработкой. Стали 30ХГСА, 38ХН3МА после НМТ имеют предел прочности 2800 МПа, относительную пластичность и ударную вязкость увеличивают вдвое по сравнению с обычной термической обработкой. Это обусловлено частичным выделением углерода из мартенсита при деформации.
Высокопрочные мартенситные стали
Высокая прочность, достигаемая в этих сталях, обусловлена старением в углероде -свободный мартенсит (содержание С не превышает 0,03%), который в исходном несостаренном состоянии обладает высокой пластичностью и относительно низкой прочностью. Упрочнение обеспечивается старением мартенсита при температуре 450-550°С и обусловлено образованием высокодисперсных интерметаллидных фаз типа NiTi, Ni 3 Ti, Fe 2 Мо и др. Мартенситные стали обладают хорошими технологическими свойствами. В закаленном состоянии мартенсит этих сталей пластичен и может подвергаться деформациям, надрезам и т. д. После закалки они обладают высокой конструкционной прочностью в широком диапазоне температур (криогенные до 400°С), поэтому их применяют в авиационной промышленности. промышленности, ракетной техники, судостроения и приборостроения для упругих элементов, в криогенной технике и др.
Высокопрочная мартенситная сталь Н18К9М5Т нашла широкое применение в машиностроении. Закалка и старение при 480-520°С позволяет достичь значений предела прочности 1900-2100 МПа. Кроме стали Н18К9М5Т применяют менее легированные стали: Н12К8М3Г2, Н10Х11М2Т, Н12К8М4Г2, Н9Х12Д2ТБ.
Комплекснолегированные стали, содержащие 9-18% Ni, 7-9% Co, 4-6% Mo, 1% Ti имеют оптимальное сочетание прочности, пластичности и ударной вязкости. Для их производства применяют индукционные печи, вакуумно-дуговую плавку и электрошлаковую плавку.
Предел прочности таких сталей после закалки составляет 1100-1200 МПа. Старение при 480-500 °С приводит к увеличению прочности до 1900-2100 МПа при сохранении пластичности на уровне 8-12%.
Мартенситные стали также могут быть устойчивы к коррозии. Примерами являются стали 03Х9К14Н6М3Д (ЭП921) и 03Х13Н8Д2ТМ (ЭП699). Свариваются как вручную, так и автоматически аргонодуговая сварка. Сварные соединения не склонны к образованию горячих и холодных трещин. Такие стали также обладают высокой стойкостью к эрозии.
Применяются при изготовлении тяжелонагруженных сварных деталей и конструкций для работы в диапазоне температур от -196 до 400 °С при воздействии умеренно агрессивных сред, они обладают высокой устойчивостью к эрозии. К конструкционным мартенситным сложнолегированным сталям относятся стали 03Н18К8М5Т-ВД (ЭК21-ВД), 03Н18М2Т2-ВИ, 03Н18К9М5Т-ВД (ЭП637-ВД) и другие, корпусы и шестерни двигателей, валы вертолетов.
ТРИП сталь, Сталь с ТРИП
В сталях ПЭНП высокие механические свойства достигаются за счет превращения аустенита в мартенсит при деформации (отсюда ПЭНП — пластичность, индуцированная трансформацией). Различают два вида этого вида стали: первый – сталь с полностью аустенитной исходной структурой (ТРИП-сталь). Они характеризуются высоким содержанием Ni и других добавок, стабилизирующих аустенит, что делает их относительно дорогими. Примерами таких сталей являются 30Х9Н8М4Г2С2 и 25Н25М4Г1. Эта группа характеризуется высоким значением трещиностойкости и предела прочности. Широкое применение таких сталей ПНП сдерживается их высокой легированностью, необходимостью применения мощных приспособлений для деформации при относительно низких температурах, трудностью сварки. Эти стали используются для производства высоконагруженных деталей, проводов, тросов, крепежных изделий.
Вторая разновидность – многофазные стали. К ним относится обогащенный углеродом аустенит, который превращается в мартенсит в результате деформации или механического напряжения. Такие стали называются сталями с ТРИП-стимулированием. Они содержат гораздо меньшее количество легирующих добавок: 0,2 % С, 1,5 % Мn и 1-2 % Si, что значительно удешевляет их. Несмотря на наличие высокоуглеродистого мартенсита (обычно очень хрупкого), стали на основе ТРИП не только обладают высокой прочностью, но и могут подвергаться деформации в изделиях сложной формы. Это свойство открывает широкие возможности применения, например, в автомобилестроении, в связи с чем стали этого типа интенсивно исследуются во всем мире.
Дата добавления: 2014-01-04 ; просмотров: 8598 ; Нарушение авторского права? ;
Видео-гайд: Высокопрочные стали что это такое
Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да
Процесс производства стальных деталей очень сложен. В первую очередь сложность связана с требуемой точностью параметров процесса, сложностью и дороговизной используемого оборудования, точностью химического состава готовых деталей. Детали из триповой стали применяются в машиностроении, авиастроении, автомобилестроении и других областях современной промышленности.
Мартенситные стали
Мартенситные стали содержат от 8 до 24% никеля, от 8 до 12% кобальта, от 3 до 6% молибдена, от 1 до 2% алюминия, от 1 до 2% титана и других добавок. Высокая прочность этих сталей обусловлена тем, что процесс старения происходит на безуглеродистом мартенсите: содержание углерода менее 0,3 %, который в исходном несостаренном состоянии обладает высокой пластичностью и высокой прочностью, относительно невысок. Закалка стали происходит в при старении и обусловлен выделением и образованием высокодисперсных интерметаллидных фаз, когерентно связанных с матрицей. В мартенситных сталях углерод является вредным компонентом, так как его присутствие сопровождается образованием карбидов, а не интерметаллических фаз, даже по границам зерен, что способствует снижению ударной вязкости, пластичности и коррозии, эффекту интерметаллидного упрочнения.
Интерметаллическое соединение представляет собой тип металлического сплава, который образует прочную и упорядоченную связь между двумя или более металлическими элементами.
В машиностроении и металлургическом производстве мартенситные стали имеют высокий уровень обрабатываемости. В закаленном состоянии мартенсит в этих сталях пластичен и может подвергаться шлифованию инструментами, различным видам деформации и другим методам механической обработки.
Несколько лабораторных исследований показали, что это сочетание Оптимальная пластичность и прочность мартенситной стали достигается при следующих условиях:
- Содержание никеля 9-18%,
- Содержание кобальта 4-6%,
- содержание молибдена 4-6%,
- содержание титана 0,5-1%.
Мартенситные стали с высоким содержанием никеля: от 21 до 23% приобретают свойства узкого назначения, т. е. упругие свойства сплава практически не зависят от температуры. Особое сочетание свойств мартенситных сталей позволяет решать большое количество технических задач криогенной техники, авиации, судостроения, космонавтики и других отраслей промышленности.
Вам нужны дополнительные материалы по теме статьи?
Воспользуйтесь новым поиском!
Найдите больше статей и создайте список ссылок ГОСТ одним щелчком мыши
Автор этой статьи Последнее обновление статьи: 23.05.2022
Специалист в области материаловедения, 5 лет педагогического стажа
Источник
Характеристики высокопрочных сталей
Знание свойств будет очень полезно для заказчиков высокопрочных сталей, в том числе самых прочных. металлургическая продукция. Внимание нужно будет уделить конкретным брендам и расшифровке их марок. Актуальными темами также будут применение таких металлов и ГОСТ на них, состав и свойства сталей определенного типа, их сварка.
Обзор
Следует начать с определения того, что на самом деле следует считать высокопрочными сталями. В России под этим термином понимается сплав железа с углеродом, способный более или менее продолжительное время выдерживать нагрузки 1800-2000 МПа и более. Помимо этого показателя, очень важен еще один момент – хорошая стойкость к хрупкому разрушению. Кроме того, требуется контроль пластичности и вязкости. Только строго соблюдая все эти моменты металлургии, производители могут заявить, что действительно производят высокопрочный металл.
Герметизация
Среди закаленных сплавов популярна среднелегированная низкотемпературная сталь. Он содержит от 0,25 до 0,4% углерода. Специалисты научились значительно повышать вязкость и пластичность таких сплавов. В его состав входят:
Популярная марка 30ХГСА выпускается по различным ГОСТам, согласно к форме исполнения. Поэтому сортовой прокат должен соответствовать стандарту 4543 от 1971 г. Калиброванные прутки изготавливаются по ГОСТ 8559-75. А для ремней используется ГОСТ 103-2006, который не является полным списком. Требуемое сопротивление сохраняется за счет мартенситного старения.
Эти мартенситные стали обладают привлекательными технологическими свойствами. После отверждения они становятся очень пластичными и легко поддаются обработке режущим инструментом. Эти металлы производятся в индукционных печах или электрошлаковой плавке. Мартенситные стали иногда обладают высокой коррозионной стойкостью. Его состав следует рассмотреть на примере маркировки 03Х9К14Н6М3Д.
Содержит:
Стали также заслуживают рассмотрения для сжиженного нефтяного газа, который делятся на две подгруппы. Один из них имеет полностью аустенитную структуру и также называется стальной сталью. В этом типе сплава высокая концентрация никеля и других компонентов, стабилизирующих аустенит. Это значительно увеличивает стоимость продукции. Свариваемость металла ПНП ограничена, он также будет очень тяжело поддаваться механической обработке.
Многофазные марки стали содержат аустенит, обогащенный углеродом. Превращается в мартенсит при деформации или под действием активного механического воздействия. Концентрация углерода составляет 0,2%. Доля марганца достигает 1,5%.
Помимо высокой стойкости эти стали обладают еще одним хорошим свойством: они легко деформируются, что позволяет получать конструкции со сложной геометрией.
Говоря о других брендах, следует также упомянуть 20X2G2SNVM. При содержании углерода 0,18-0,25% содержит также:
Среди трипых сталей выделяется 30Х9Н8М4Г2С. Это метастабильный аустенитный сплав. Он состоит из:
2% марганца и кремния.
Спрос
Особо прочные марки стали используются не только для шурупов и других крепежных изделий. Из этого же сплава 30ХГСА изготавливаются:
другие модернизированные детали, работающие при температурах до 200 градусов;
сварные конструкции, используемые для ответственных работ;
прочие изделия, предназначенные для переменных нагрузок.
Марка 35ХГСА после грамотного отпуска прочнее предыдущего сплава. Этот материал подходит для получения:
сложных сварных деталей;
другие изделия, предназначенные для особых нагрузок.
Сталь Эи643 замечательная. Подходит для дисков и осей. Из него делают коробки передач и различные соединительные элементы. Этот, наряду с 30ХГСА и ВЛ-1, используется даже в аэрокосмической отрасли. Мартенситная сталь также представлена сплавом Н18К9М5Т; здесь будут аналоги:
Мартенситный металл может работать при охлаждении до -196 градусов и при нагреве до 400 градусов. Допускается работа в среде с низким химическая агрессивность. Такие вещества обладают отличной устойчивостью к эрозии. Хорошие примеры:
Эти металлы используются для изготовления:
резервуаров высокого давления;
многодвигательные редукторы;
валы двигателей вертолетов.
Сварка
Высокопрочные стали производятся по специальной технологии. Металл из среднеуглеродистого сплава относительно прочен и пластичен. Пружинная сталь с легированными компонентами сваривается с необходимой предварительной термической обработкой. Обогрев необходим во время самой работы. Но и после сварки придется заниматься термической обработкой.
Сплавы со средним содержанием углерода характеризуются хорошей прокаливаемостью. Нагрев свариваемых деталей не замедляет падение температуры. Это приводит к ускорению роста зерна. Вывод прост: такой металл необходимо сваривать без предварительного подогрева.
Однако могут применяться и специализированные приемы: сварка блоков, каскадная сварка, работа с укороченными участками.
Иногда для нагрева шва применяют специальные устройства. Это позволяет дольше хранить его при определенной температуре. Валки для отжига можно использовать для перегрева стали без образования мартенситной структуры. Концентрация углерода в сформированном шве должна быть не более 0,15 %. Иначе обстоит дело при сварке среднелегированных закаленных сталей с особой прочностью.
Это требует выбора дополнительных сварочных материалов, позволяющих создавать сварные швы с более высокой способностью к деформации. Это свойство должно быть достигнуто при ограниченном насыщении ванны водородом. Использование электродов с органическим покрытием недопустимо. Шов должен содержать не более:
1,5% хрома и марганца;
0,5% кремния и ванадия;
Среднеуглеродистый металл сваривается под аргоновой защитой. Для этого используется неплавкий электрод. Наполнитель выбирается в зависимости от используемого газа.
Использование потока активации помогает повысить производительность. Позволяет отказаться от обрезки кромок.
Какая сталь самая прочная в мире?
Нитинол обладает самой высокой прочностью. Эта сталь также известна как SM-100. Первоначально он был произведен для использования в ракетной технике в Соединенных Штатах. Этот металл очень прочный и твердый. Сегодня СМ-100 также широко используется в производстве ножей.
Источник