книги / Материаловедение.-1

L360Q – термообработанная сталь для магистральных тру-

бопроводов (σ0,2 ≥ 360 Н/мм2).

Е295 – машиностроительная сталь (σ0,2 ≥ 295 Н/мм2). B500N – арматурнаясталь нормальнойвытяжки(500 Н/мм2). Y1770C – холоднотянутая проволока из стали для предва-

рительно-напряженных конструкций с минимальным временным сопротивлением 1770 Н/мм2.

R0880Mn – рельсовая сталь с высоким содержанием марганца (σв ≥ 880 Н/мм2).

Н420М – термомеханически упрочненная листовая высокопрочная сталь для холодной штамповки с минимальным пределом текучести 420 Н/мм2.

DC12EK – холоднокатаная листовая сталь для холодной штамповки и эмалирования.

Т660 – упаковочный лист (лента) с заданным пределом текучести для двойного обжатия (660 Н/мм2).

ТН52 – упаковочныйлист(лента) сосреднейтвердостью52 НВ. М400-50А – электротехническая сталь с предельно допустимыми потерями на перемагничивание 4 Вт/кг для магнитной индукции от 1,5 Тл при частоте 50 Гц с неориентирован-

ным зерном.

61

Продолжение табл. 6

62

Продолжение табл. 6

63

Окончание табл. 6

64

9.2. МАРКИРОВКА СТАЛЕЙ ПО ХИМИЧЕСКОМУ СОСТАВУ

Все стали, входящие во вторую группу согласно EN 10027, разделены на четыре подгруппы в зависимости от их назначения исодержания легирующих элементов. Три группы различают по степени легированности, а в четвертую группу выделены быстрорежущие стали, отличающиеся принципом маркировки. Стали, входящиеводнугруппу, имеютодинаковуюначальнуюбуквувмарке:

–С – углеродистые стали (нелегированные);

–без буквы – низколегированные стали;

–Х – высоколегированные стали (с содержанием хотя бы одного элемента более 5 %);

–HS – быстрорежущие стали.

Пример (табл. 7). 20S15 – нелегированная автоматная сталь со средним содержанием углерода 0,2 %, серы 0,15 %. Написание марки по российским нормам: так как в стали содержится повышенное содержание серы, сталь автономная конструкционная марки А20.

С100Т – инструментальная сталь со средним содержанием углерода 1,0 %. Написание марки по российским нормам: так как в стали содержится углерода более 0,7–0,8 %, сталь считается инструментальной. Получаем маркировку У10.

28Mn6 – легированная сталь со средним содержанием углерода 0,28 % и марганца 1,5 % (6/4). Написание марки по российским нормам: так как в стали содержится углерода менее 0,7–0,8 %, то сталь считается конструкционной. Округляем полученное количество каждого легирующего элемента по правилам округления. Получаем маркировку 28Г2.

13CrMo4-5 – легированная сталь со средним содержанием углерода 0,13 %, хрома 1 %, молибдена 0,5 % и содержанием марганца более 1 %. Написание марки по российским нормам: так как в стали содержится углерода менее 0,7–0,8 %, то сталь считается конструкционной. Округляем полученное количество каждого легирующего элемента по правилам округления. Получаем маркировку 13ХМ.

65

Х13CrMoNiSi4-5 – высоколегированная сталь со средним содержанием углерода 0,13 %, хрома 4 % и молибдена 5 %. Содержание никеля, кремния намного меньше и поэтому в марке не указано. Написание марки по российским нормам: так как в стали содержится углерода менее 0,7–0,8 %, то сталь считается конструкционной. Получаем маркировку 13Х4М5НС.

HS2-9-1-8 – быстрорежущая сталь со средним содержанием углерода – 1,0 %, вольфрама – 2,0 %, молибдена – 9,0 %, ванадия – 1,0 %, кобальта – 8,0 %. Написание марки по российским нормам: так как сталь быстрорежущая, то считается инструментальной и вначале марки будет буква Р. Получаем маркировку Р2М9ФК9.

Таблица 7

Правила записи марки стали по ее химическому составу согласно EN 10027

66

Окончание табл. 7

67

ТЕМА 10. КОНСТРУКЦИОННЫЕ СТАЛИ

Конструкционные стали (structural steels), применяемые для изготовления деталей машин, приборов и конструкций, должны обладать следующими характеристиками: высокой конструкционной прочностью, технологичностью, низкой стоимостью и доступностью.

Конструкционной прочностью называется комплекс ме-

ханических свойств, обеспечивающих длительную и надежную работу материала в условиях эксплуатации. Конструкционную прочность можно определить, если испытать образцы или детали в условиях, близких к эксплуатационным (при рабочих температурах, в реальной среде, при наличии концентраторов напряжения и т.д.), а также по характеристикам долговечности

инадежности.

Взависимости от условий эксплуатации все детали можно разбить на три группы, различающиеся распределением по сечению напряжений от рабочих нагрузок (рис. 23).

Рис. 23. Распределение рабочих напряжений и предела текучести по сечению цилиндрической детали, работающей на износ (а), растяжение (б) или изгиб (в)

68

К первой группе относятся детали, работающие главным образом на износ. Вторую группу составляют детали, работающие на растяжение или сжатие, когда напряжения от действующих нагрузок распределяются по сечению более или менее равномерно. К третьей группе относятся детали, испытывающие при работе значительные изгибающие, крутящие или контактные нагрузки. Во всех случаях работоспособность детали обеспечивается при соблюдении условия, что во всех точках поперечного сечения предел текучести σ0,2 (σт) превышает напряжение от рабочей нагрузки: σт > σр. В связи с этим при выборе материала и вида упрочняющей термической обработки в первую очередь оценивают условия эксплуатации.

Пример. Выбрать наиболее рациональный способ упрочнения деталей буксовых подшипников железнодорожных вагонов.

Решение. В деталях, работающих при высоких контактных нагрузках, напряжения от прилагаемых нагрузок максимальны на поверхности и близки к нулю в центре поперечного сечения. При такой схеме нагружения возможно три варианта упрочняющей обработки и, соответственно, три варианта распределения предела текучести по сечению детали (рис. 24).

Рис. 24. Сопоставление распре деления рабочих напряжений и предела текучести по сечению детали

69

Сквозное упрочнение на примерно одинаковую прочность по всему сечению (кривая 1) не является обязательным. Более целесообразно поверхностное упрочнение (кривые 2 и 3). Уровень прочности материала на поверхности детали и толщина упрочненного слоя должны иметь такие значения, чтобы степень упрочнения сердцевины обеспечивала соблюдение условия: σт > σр. Чем больше толщина упрочненного поверхностного слоя, тем менее прочной может быть сердцевина. Следует учитывать, что большой запас прочности в сердцевине не только необязателен, но и нежелателен, так как при этом снижается надежность.

Глубокие слои с высокой прочностью можно получить при химико-термической обработке (цементация, нитроцементация, азотирование) или поверхностной закалке. Применение этих методов позволяет использовать менее легированные стали, а в некоторых случаях даже не проводить упрочняющую термическую обработку сердцевины.

Общие рекомендации по обеспечению высокой конструкционной прочности материалов сводятся к рациональному выбору марки стали, режима термической обработки и метода поверхностного упрочнения. Значительный эффект улучшения комплекса механических свойств может быть достигнут также за счет повышения металлургического качества сталей (уменьшения содержания вредных примесей), измельчения зерна, обеспечения сквозной прокаливаемости и минимальных остаточных напряжений.

Различают следующие виды конструкционных сталей:

–углеродистые, в том числе автоматные стали;

–строительные;

–цементуемые;

–улучшаемые;

–высокопрочные;

–рессорно-пружинные;

–подшипниковые;

–износостойкие.

70