книги / Марочник сталей и сплавов.-1

у- относительное сужение после разры­ ва;

N-число циклов напряжений или де­ формаций, выдержанных нагруженным объектом до образования усталостной трещины определённой протяжённости или до усталостного разрушения;

О-модуль сдвига;

у -коэффициент Пуассона;

У- плотность;

с-удельная теплоёмкость;

\- теплопроводность;

а- коэффициент линейного расширения;

Н-напряженность магнитного поля;

Ц-магнитная проницаемость;

В-магнитная индукция;

в. -индукция насыщения;

р- удельное электросопротивление;

4)- начальный диаметр образца;

и-скорость деформирования образца;

Ё-скорость деформации образца;

а-толщ ина образца при испытании листов на изгиб;

й-толщина оправки при испытании листов на изгиб;

Р- фтор-ион;

2-коэффициент износостойкости при абразивном износе;

т- время;

1 -температура;

гт э -газотурбинные энергетические уста­ новки;

гт н -газотурбинный насос;

вдп -вакуумнодуговой переплав;

эш п - электрошлаковый переплав;

эт с -электротехнические стали;

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Литейные свойства. В Марочнике принята оценка характеристик литейных свойств в виде от­ носительных величин коэффициентов, равных от­ ношению показателей для изучаемого и эталонного материала, определенных по единым методикам. В качестве эталона взята сталь марки ЗОЛ. Для оцен­ ки технологичности приняты следующие показате­ ли:

Кур - показатель склонности к образованию усадочных раковин (равен отношению объ­ емов усадочной раковины в отливке из данного материала и эталона);

щин, которые образуются вследствие заторможен­ ной усадки образцов.

Литейные свойства определены при темпера­ туре на 50-70 °С выше начала затвердевания стали.

Механические свойства отливок, поставляемых по ГОСТ 977-88, приведены в Марочнике для отли­ вок групп II и Ш.

Ковочные свойства. Для характеристики ко­ вочных свойств в Марочнике приводятся механи­ ческие свойства в зависимости от температуры ис­ пытания в интервале ковочных температур и кри­ терий ковкости. Помимо ковочных свойств приво­ дятся температурные параметры ковки и условия

охлаждения преимущественно крупных поковок, откованных как из слитков, так и из заготовок.

Критерий ковкости, являющийся комплексным показателем, характеризует способность металла к

При Ку < 0,01 сталь (сплав) не куется, при 0,01 < Ку < 0,3 - ковкость низкая, при 0,3 < Ку < 0,8 - ковкость удовлетворительная, при 0,8 < Ку < 2 - ковкость хорошая, при Ку ^ 2 - ковкость отличная.

Приведенная в Марочнике максимальная тем­ пература нагрева металла перед ковкой является максимально допустимой температурой нагрева металла в печи, причем для сталей марок 20Х1М1Ф1ТР (ЭП 182), 25Х1МФ (ЭИ 10), 20Х1М1Ф1БР (ЭП 44), 15Х5М (Х5М), 15X11МФ (14Х1ГМФ, Щ 1), 0ХН70ВМПО (ЭИ 617), 40Х9С2 (ЭСХ 8), 08X13 (ЭИ 496), 20ХГНР, 40X13 (4X13), 08Х18НЮТ (ЭИ 914) указана температура свароч­ ной зоны, а для сталей марок 36Х18Н25С2 (ЭЯ ЗС) и 08Х16Н9М2 (Х16Н9М2) - температура томиль­ ной зоны печи.

Приведенные температурные интервалы ковки являются наиболее широкими, а режимы охлажде­ ния - ускоренными, которые достигнуты отдель­ ными передовыми заводами.

Использование на других заводах рекомендуе­ мых в Марочнике параметров, а также назначение рациональной температуры нагрева металла и ус­ ловий охлаждения поковок возможно только после предварительного опробования и соответствующей корректировки с учетом местных условий, метал­ лургической технологии, объема ковочных работ, размера поковок, величины садки, состояния печ­ ного оборудования и др. Рекомендуемые условия охлаждения металла после ковки в ряде случаев не заменяют режимов предварительной термической обработки поковок.

Указанные рекомендации составлены на осно­ вании действующих заводских технологических инструкций и нормалей, а механические свойства при ковочных температурах - по данным литера­ турных источников и результатов исследований, проведенных в различных организациях.

Механическая обработка. Обрабатывае­ мость сталей и сплавов резанием рассматривалась с точки зрения влияния свойств этих материалов на способность изнашивать режущий инструмент.

Обрабатываемость резанием приведенных в Марочнике сталей и сплавов определена для усло­ вий получистового точения без охлаждения по чис­ тому металлу резцами, оснащенными твердыми сплавами Т5К10, ВК8 (для аустенитных сталей и

сплавов на никелевой основе), резцами из быстро­ режущей стали марок Р18 (63-65 НКС) и, равной ей по свойствам, маловольфрамовой стали Р6М5Ф2 (64-66 НКС) при постоянных значениях глубины резания 1,5 мм, подачи на оборот 0,2 мм и главного угла в плане 60°.

Обрабатываемость сталей и сплавов резанием оценена по скорости резания, соответствующей 60минутной стойкости резцов, Уво и выражена коэф­ фициентом Км для условий точения твердосплав­ ным инструментом и инструментами из быстроре­ жущей стали по отношению к эталонной стали. В качестве эталонной стали принята углеродистая сталь 45 (179 НВ и ст„ = 650 Н/мм2), скорость реза­ ния у№ которой принята за единицу. Коэффициент относительной обрабатываемости данной стали Ку для условий точения твердосплавными резцами:

где Убо - скорость резания, соответствующая 60минутной стойкости резцов при точении данного материала, м/мин; 145 - значение скорости резания при 60-минутной стойкости твердосплавных резцов при точении эталонной стали марки 45.

Коэффициент обрабатываемости Ку для усло­ вий точения резцами из быстрорежущей стали:

где 70 - значение скорости резания при 60минутной стойкости быстрорежущих резцов при точении эталонной стали марки 45.

Для принятых условий резания абсолютное значение скорости резания Уво данной стали (спла­ ва) определяется умножением ее коэффициента Ку на соответствующее значение Убо эталонной стали 45.

Приведенные в марочнике данные по характе­ ристике обрабатываемости резанием различных марок сталей и сплавов указывают на низкую обра­ батываемость высокомарганцевистых высокопроч­ ных сталей, жаропрочных сплавов на железонике­ левой и никелевой основах в деформированном и особенно в литом состояниях, что обуславливает повышенную трудоемкость технологических опе­ раций механической обработки деталей из этих материалов.

Комплекс работ, проведенных ЦНИИТМАШ, по изысканию путей и средств повышения обраба­ тываемости резанием сталей и сплавов указывает, что это повышение может быть достигнуто за счет:

- увеличения работоспособности режущего инструмента путем применения высокопроизво­

дительных инструментальных материалов: твердых сплавов повышенной износостойкости марок ВК60М, ВКЮОМ, ВКЮХОМ, а также сплавов ти­ тановольфрамовой группы ТТ10К8, ТТ20К6; ра­ ционального использования быстрорежущих сталей повышенной теплостойкости марок Р6М5К5, Р9М4К8, а также полученных методом порошковой металлургии марок Р6М5ФЗ-МП, Р6М5К5-МП и др. Указанное обеспечивает повышение обрабаты­ ваемости труднообрабатываемых материалов на 2030%;

-нанесения износостойких покрытий на рабо­ чие поверхности инструмента;

-использования эффективных экологически

чистых водосмешиваемых эмульсий, синтетиче­ ских и полусинтетических жидкостей (Ивкат, СЦМ, Тафол, Эфтол, Автокат, Ивхон, Прогресс 13К и др.), а также жидкостей на масляной основе (ГСВ- 1, Сульфогол, СП 44), применение которых позво­ ляет повысить износостойкость инструмента и сни­ зить шероховатость обработанных поверхностей;

-использования при резании труднообрабаты­ ваемых материалов методов с вводом дополни­ тельных энергий в зону резания (подогрев срезае­ мого слоя, обработка с вибрациями и др.);

-применения металлургических способов пу­ тем введения в поверхностный слой заготовок (при их выплавке) несколько повышенного процентного содержания химических элементов серы и фосфо­ ра, что позволяет увеличить эффективность черно­ вой обработки крупных заготовок из углеродистых

илегированных конструкционных сталей.

При анализе уровня обрабатываемости и опре­ деления коэффициентов Ку для приведенных выше условий получистового точения использованы справочные материалы, опубликованные в техни­ ческой литературе, результаты научноисследовательских работ, выполненных .в ЦНИИТМАШ, научно-исследовательских органи­ зациях других отраслей, а также опыт ведущих за­ водов машиностроения. Для отдельных марок ста­ лей использованы расчетные методы определения обрабатываемости резанием, исходя из их физико­ механических характеристик и химического соста­ ва.

Сварка. Свариваемость сталей и сплавов яв­ ляется комплексной характеристикой, определяю­ щейся, с одной стороны, технологическими труд­ ностями, возникающими при сварке, и, с другой, - эксплуатационной надежностью сварных соедине­ ний.

В Марочнике даны характеристики так назы­ ваемой технологической свариваемости, по кото­

рой материал условно разделен, на следующие 4 группы:

материал, свариваемый без ограничений (при сварке нет необходимости применения каких-либо дополнительных технологических операций, на­ пример, подогрева, промежуточной термообработ­ ки и т.п.);

ограниченно свариваемый материал (при сварке рекомендуются или необходимы дополни­ тельные опедации);

трудно свариваемый материал (невозможно получить качественное соединение без обязатель­ ного применения дополнительных операций);

материалы, не применяемые для сварных кон­ струкций.

Характеристика свариваемости состоит из трех частей:

Группа свариваемости материала. Рекомендуемые способы сварки. Необходимость дополнительных техно­

логических операций при сварке.

Группа свариваемости определяется химиче­ ским составом материала, степенью разработки технологических приемов сварки и освоения в про­ изводственных условиях. Способы сварки являются рекомендуемыми, возможно использование и дру­ гих, применяемых в производстве.

Под технологическими дополнительными опе­ рациями подразумевается ряд мер, необходимых при сварке П и Ш групп материалов, а в особых случаях и для I группы. К их числу относятся: не­ обходимость предварительного и сопутствующего подогрева, проковка швов, наложение отжигающих валиков, ограничение скоростей нагрева и охлаж­ дения при сварке, вылеживание после сварки, немедленная после сварки термообработка и др.

Назначение таких операций зависит от приня­ той технологии сварки и рада других причин, объ­ яснение которых дается в соответствующей техни­ ческой литературе.

Необходимость подогрева при сварке и после­ дующей термообработке приводится в характери­ стиках свариваемости. Другие операции, примеры которых были приведены выше, определяются при разработке технологического процесса сварки.

Приняты следующие условные обозначения способов сварки (см. “Сборник нормативных доку­ ментов системы аттестации сварщиков и специали­ стов сварочного производства” под ред. Котельни­ кова В.С., Москва, 1999 г. Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана):

РД - ручная дуговая сварка покрытыми элек­ тродами (111);

РАД - ручная аргонодуговая сварка неплавящимся электродом (141);

МП - механизированная сварка плавящимся электродом в среде углекислого газа (135);

АФ - автоматическая сварка под флюсом (12); ЭШ - элекгрошлаковая сварка; ЭЛ - электроннолучевая сварка; КТ - контактная сварка.

Вскобках указан код способа сварки по евро­ пейской классификации.

Необходимость подогрева и последующей тер­ мообработки может возникнуть при сварке металла больших толщин из углеродистых, низколегиро­ ванных и других марок стали (что в формулировках свариваемости не отмечается).

Толщина соединений, с которой необходимы подогрев и термообработка, регламентируется со­ ответствующими инструкциями отраслевых произ­ водств.

Втабл. 1 и 2 приведены в качестве примера не­ которые требования РД 2730.940.102-92 “Котлы паровые и водогрейные, трубопроводы пара и го­ рячей воды. Сварные соединения. Общие требова­ ния”, которые могут служить в качестве ориенти­ ровочных данных для выбора и назначения режи­ мов подогрева и термообработки сварных соедине­ ний.

Режимы подогрева (и термообработки) должны выбираться в зависимости от ряда условий: толщи­ ны, жесткости конструкции, содержания углерода и легирующих элементов, интенсивности теплоотво­ да и т.д. Имеет также значение и применяемый способ сварки. Так для КТ подогрев и последую­ щая термообработка применяются редко из-за от­ носительно небольших свариваемых сечений и технологических особенностей сварки. Способ РАД применяется чаще всего при сварке деталей тонких сечений, где обычно подогрев не требуется.

При сварке под флюсом, газоэлектрической и ручной дуговой сварке подогрев необходим для некоторых марок низколегированных, легирован­ ных (кроме сталей аустенитного класса) и углеро­ дистых (при содержании углерода выше 0,22 %) сталей.

Необходимость предварительного подогрева перед началом сварки зависит также от сваривае­ мых толщин и технологии выполнения сварки («на проход», «горкой», «каскадом» и т.д.).

Режимы термообработки для сварных соеди­ нений конструкций из сталей перлитного класса применяют обычно: для снятия сварочных напря­ жений и снижения твердости сварных соединений - высокотемпературный отпуск; для выравнивания свойств и улучшения структуры (например, после ЭШ) - нормализацию, а также полную термообра­ ботку - закалку с отпуском.

При определении режимов термообработки необходимо принимать во внимание марку стали, назначение конструкции, возникновение деформа­ ций, допустимый уровень остаточных напряжений и Т.д.

Необходимость термообработки обычно ука­ зывают в ТУ на деталь. Если этого нет, то можно

руководствоваться следующим: низкоуглеродистые и низколегированные стали подвергаются термо­ обработке в зависимости от назначения конструк­ ции (степени ответственности), при сварке толщи­ ны свыше 60 мм для углеродистых и среднелегиро­ ванных марок сталей необходима немедленная

термообработка.

Если по условиям изготовления термообра­ ботка невозможна, то технологическим процессом должны быть предусмотрены операции для сниже­ ния уровня напряжений до безопасной величины (как, например, проковка, сварка поперечной гор­ кой, правильный выбор режимов и материалов).

В табл. 2 приведены принятые режимы термо­ обработки сварных соединений для некоторых ма­

рок сталей.

Технологические особенности сварки ста­ лей. Низкоуглеродистые стали с содержанием до 0,22 % углерода относят к разряду хорошо свари­ ваемых. В некоторых случаях при сварке металла больших толщин применяют подогрев и термооб­ работку.

Стали углеродистые обыкновенного качества марок Ст2, СтЗ группы В и Ст1, Ст2, СтЗ группы Б по ГОСТ 380-94 поставляются с гарантией свари­ ваемости, что отмечено в соответствующих харак­ теристиках свариваемости.

Стали с содержанием 0,23-0,45 % углерода склонны к подкалке, в связи с чем возникает ряд трудностей при их сварке. Меры, которые необхо­ димо принять для получения качественного соеди­ нения, сводятся к следующему: применять предва­ рительный (при необходимости) и сопутствующий подогрев (250-300°С); режимы сварки должны обеспечивать минимальное проплавление кромок; рекомендуется замедленное остывание конструк­ ции. Термообработка - отпуск, а при требовании высокой пластичности - закалка с отпуском.

Высокоуглеродистые стали с содержанием 0,46-0,75% углерода, как правило, не применяются для сварных конструкций. Необходимость их свар­ ки возникает при наплавках или ремонте. Вопросы сварки приходится решать для каждой конструкции в зависимости от комплекса требуемых свойств.

Сварка низколегированных сталей не отлича­ ется от сварки углеродистых сталей и заключается, главным образом, в выборе соответствующих сва­ рочных материалов.

Сварка теплоустойчивых сталей производится с подогревом и последующей термообработкой - высоким отпуском.

При сварке высокохромистых сталей необхо­ димы подогрев и последующий высокий отпуск.

Выбор сварочных материалов (электроды, проволока, флюсы и т.д.) должен производиться в зависимости от способа сварки, назначения конст­ рукции и требований к сварным соединениям, рег­ ламентируемых отраслевыми нормалями.

Жаропрочные стали и сплавы аустенитного класса используются для основных деталей энерге­ тического оборудования с рабочей температурой 600 °С и выше, например, для изготовления паро­ проводных и пароперегревательных труб, паровой

арматуры, корпусов клапанов, а также узлов и де­ талей паротурбинных и газотурбинных установок

Сварка аустенитных жаропрочных сталей и сплавов имеет свои особенности и связана с неко­ торыми трудностями, вызванными большей или меньшей склонностью материалов к образованию трещин в околошовной зоне, различной техноло­ гичностью применяемых при их сварке присадоч­ ных материалов, а также склонностью сварных со­ единений к локальным разрушениям в процессе эксплуатации конструкций при температурах 580650 °С.

Склонность сталей и сплавов к локальным раз­ рушениям в процессе эксплуатации значительно снижается в случае применения после сварки высо­ котемпературной термической обработки (аустени­ зации), поэтому последующая термическая обра­ ботка сварных соединений является обязательным технологическим процессом, способствующим по­ вышению надежности сварных конструкций в экс­ плуатации.

По технологической свариваемости аустенит­ ные жаропрочные стали и сплавы также могут быть условно разбиты на следующие группы:

1.Материалы, свариваемые без ограничений.

Кэтой группе следует отнести стали марок 08Х16Н9М2, 12Х18Н9 (Х18Н9), 12Х18Н9Т (Х18Н12Т), 12Х18Н10Т и др., химический состав

которых характеризуется отношением эквивален­ тов* хрома и никеля, равным 1,3-1,6. Для сварки этих сталей применяются аустенитно-ферритные электроды или сварочные проволоки, обеспечи­ вающие высокую трехциноустойчивость металла шва. В околошовной зоне сталей этой группы горя­ чих трещин, как правило, не наблюдается. Стали этой группы в меньшей степени склонны к локаль­ ным разрушениям.

2. Материалы ограниченно свариваемые. К

этой группе отнесены стали марок 12Х18Н12Т (Х18Н12Т), 20Х23Н18 (ЭИ 417), 1Х14Н14В2М (ЭИ 257), 08Х16Н13М2Б (ЭИ 405), 10Х16Н14В2БР (1Х16Н14В2БР, ЭП 17) и др., химический состав которых характеризуется отношением эквивален­ тов хрома и никеля, близким к единице. При их сварке возможно появление околошовных трещин. Сварка осуществляется аустенитно-ферритными электродами, применение которых позволяет полу­ чить швы, свободные от горячих трещин.