Рекомендуемые режимы упрочняющей термической обработки и свойства высокопрочных среднелегированных сталей.

Для достижении высокой прочности среднелегированные стали подвергают обычной закалке на мартенсит и низкому отпуску при 220— 250 °С, который улучшает пластичность, вязкость и особенно сопротивление разрушению при сохранении высокого уровня прочности.

Во многих случаях еще более высокий комплекс этих свойств, определяющих конструкционную прочность стали, достигается в результате изотермической закалки на нижний бейиит или низкой изотермической закалки, после которой структура стали состоит из нижнего бейнита и мартенсита. В ряде случаев после изотермической закалки проводят низкий отпуск, что улучшает сопротивление разрушению.

В (табл. 1) приведены рекомендуемые режимы упрочняющей термической обработки среднелегированных сталей. Стали имеют повышенную прокаливаемость:

  • сталь 25Х2ГНТА — до 30 мм;
  • сталь 30ХГСН2А - до 80 мм;
  • для стали 40ХСН2МА размеры сечения не регламентируются.

Таблица 1. Рекомендуемые режимы упрочняющей термической обработки среднелегированных сталей.
Сталь σв, МПа Режим термической обработки
30ХГСН2А 1600—1800 Закалка при 900 °С, масло; отпуск при 290 °С, 1 ч.
1500—1700 Изотермическая закалка с выдержкой в селитре при 270—300 °С; отпуск при 200—300 °С, 1 ч.
1400—1600 Изотермическая закалка с выдержкой в селитре при 280—330 °С
40ХСН2МА ∗1 1800—2000 Закалка при 900 °С, масло; отпуск при 200—260 °С.
1800—2000 Изотермическая закалка с выдержкой в селитре при 240—280 С, 2—3 ч; отпуск при 240—260 С, 2—3 ч.
25Х2ГНТА 1500—1650 Закалка при 860 °С, масло; отпуск при 200—230 °С, 2-3 ч.
1500—1650 Изотермическая закалка с выдержкой в селитре при 200—250 °С, 1 ч; отпуск при 200—230 °С
∗1 Применение изотермической закалки предпочтительнее.

диаграмма растяжения одной из сталей
Рис. 1 — Диаграммы деформации в упругопластической области (δ≤1%; 1 и 2) и полная диаграмма растяжения (3) стали 30ХГСН2А:
  • 1, 3 — закалка в масло с отпуском при 200 °С, σв=1750 МПа;
  • 2 — изотермическая закалка в селитру при 300 °С, σв=1600 МПа

Механические свойства сталей после различных вариантов упрочняющей обработки для различных температур испытаний приведены в (табл. 2—4). На (рис. 1) представлена диаграмма растяжения одной из сталей, а на рис. 2—5 — их характеристики сопротивления усталостному разрушению в зависимости от вида используемой упрочняющей обработки. Показатели вязкости и трещиностойкости сталей приведены в (табл. 5, 6).

Таблица 2. Механические свойства среднелегированных высокопрочных сталей при нормальной температуре.
Сталь Термическая обработка E G μ Растяжение Кручение Сжатие Срез
ГПа σв σ0,2 σПД δ10, % τв τ0,3 σ0,2 τср
МПа МПа
30ХГСН2А Закалка при 900 °С, масло, отпуск при 290 °С, 1 ч. 195 77 0,26 1750 1400 1100 8 1550 900 1500 1150
Изотермическая закалка с выдержкой при 330 °С. 195 77 0,26 1600 1170 900 10 1400 870 - 1000
40ХСН2МА Закалка при 900 °С, масло, отпуск при 220 °С 195 77 0,26 2000 1500 1250 8 1700 - 1570 1200
Изотермическая закалка с выдержкой при 240—260 °С, отпуск при 240—260 °С 195 77 0,26 1900 1440 1180 8 1600 850 1500 1200
25Х2ГНТА Закалка при 860 °С, отпуск при 200—250 °С 195 76 0,28 1500 1200 1050 8 1350 950 1400 950

Усталость стали 30ХГСН2А
Рис. 2 — Кривые усталости стали 30ХГСН2А при знакопеременном изгибе гладких образцов:
  • 1, 2 — шлифованные образцы;
  • 3 - обкатка роликом после шлифования;
  • 1, 3 — закалка в масле с отпуском при, 200 °С, σв=1720 МПа;
  • 2 - изотермическая закалка в селитру при 300 °С, σв=1600 МПа

Таблица 3. Механические свойства среднелегированных высокопрочных сталей при повышенных температурах.
Сталь Термическая обработка Температура испытания, °С E G μ Растяжение Кручение
ГПа σв σ0,2 σПД δ10, % τв τ0,3
МПа МПа
30ХГСН2А Закалка при 900 °С, масло, отпуск при 290°С, 1 ч. 200 185 70 0,26 1750 1200 850 10 - -
300 180 70 0,28 1700 - - - - -
Изотермическая закалка с выдержкой при 330 °С 300 180 - 0,28 1500 960 800 11 1400 630
400 160 65 0,29 1330 930 760 7 1150 600
40ХСН2МА Закалка при 900 °С, масло, отпуск пои 220 °С 300 180 - - 1700 1300 - - 1500 -
400 - - - 1450 1100 - - 1200 -
Изотермическая закалка с выдержкой при 240—260 °С, отпуск при 240—260 °С 200 185 - - 1850 - - - - -
300 180 - - 1750 - - - -
25Х2ГНТА Закалка при 860 °С, отпуск при 200—250 °С 250 - - - 1550 1100 - 10 - -
300 - - - 1300 - - 14 - -

Cталь 30ХГСН2А при растяжении
Рис. 3 — Влияние концентрации напряжений на малоцикловую усталость при растяжении (R=0,1; ν=2 Гц) образцов с круговой выточкой из стали 30ХГСН2А, σв=1700 МПа:
  • сплошные линии - закалка в масло;
  • штриховая линии — изотермическая закалка.

Таблица 4. Механические свойства среднелегированных высокопрочных сталей при температуре — 70 °С.
Сталь Термическая обработка E G μ Растяжение
ГПа σв σ0,2 σПД δ10, %
МПа
30ХГСН2А Закалка при 900 °С, масло" отпуск при 290 °С, 1 ч 195 77 0,26 1750 1500 - 7
Изотермическая закалка с выдержкой при 330 °С 195 77 0,26 1700 1250 - 10
25Х2ГНТА Закалка при 860 °С, отпуск при 200—250 °С - - - 1700 1450 - -

Кривые усталости стали 40ХСН2МА
Рис. 4 — Кривые усталости стали 40ХСН2МА (σв=1850 МПа) при знакопеременном изгибе гладких образцов:
  • 1 - шлифование;
  • 2 - шлифование и обкатка роликом

Прочность среднелегированных сталей тем выше, чем больше в них содержание углерода, но при этом будет более низким показатель трещиностойкости K1c в том, числе сопротивление коррозии под напряжением. Поверхностное пластическое деформирование затрудняет образование трещины усталости, замедляет скорость роста малых трещин и значительно повышает сопротивление малоцикловой усталости как на воздухе, так и в коррозионной среде. Для защиты от общей коррозии деталей из этих сталей применяют кадмирование, оксидное фосфатирование. Сопротивление коррозии под напряжением можно существенно повысить, применив в качестве финишной операции поверхностное пластическое деформирование:

  • дробеструйное,
  • пневмодинамическое,
  • вибронаклеп и др.
В ряде случаев эффект ППД тем выше, чем выше уровень достигаемых при этом остаточных напряжений и больше глубина наклепанного слоя. С этих позиций особенно эффективны обкатка, раскатка и алмазное выглаживание. Алмазное выглаживание успешно применяется как операция, предшествующая хромированию поверхностей, от которых требуется высокая износостойкость (например, в паре шток—цилиндр). Малоцикловая усталость ушковых соединений может быть значительно (в 1,5— 2 раза по числу циклов) улучшена путем раскатки поверхности отверстия проушины. Значительнее (до 5—10 раз) увеличивается долговечность в результате запрессовки стальной втулки с натягом 0,4—1,2%.

Таблица 5. Ударная вязкость сталей (KCU, МДж/м2) при различной температуре испытаний.
Сталь Режим обработки Температура испытаний, °C
+20 -40 -70 -130 -196
30ХГСН2А Изотермическая закалка с выдержкой в селитре при 280— 330 °С 0,9 - 0,7 0,25 0,13
25Х2ГНТА Закалка при 860 °С, отпуск при 200—250 °С 0,7 0,6 0,6 - 0,2

Разрабатывается принципиально новый метод повышения усталостной прочности высокопрочных сталей, заключающийся в имплантации генерируемых источником высокой энергий ионов азота, бора и других в поверхностные слои стальной детали.

Малоцикловая усталость стали 40ХСН2МА
Рис. 5 — Малоцикловая усталость стали 40ХСН2МА; σв=1850 МПа при пульсирующем растяжении (ν=0,2 Гц):
  • 1, 2 - воздух;
  • 3, 4 - вода;
  • X - шлифование;
  • • - наклеп дробью

При применении среднелегированных сталей высокой прочности следует учитывать их повышенную чувствительность к концентрации напряжений, особенно при циклических нагрузках и высоких значениях коэффициента формы.

Таблица 6. Показатели вязкости и трещиностойкости сталей
Сталь Термическая обработка σв, МПа KCU KCT K1c, МПа×м1/2
МДж/м2
30ХГСН2А Закалка при 900 °С, масло; отпуск при 290 °С; 1 ч 1750 0,6 - 250—280 ∗1
Изотермическая закалка с выдержкой при 300°С 1600 0,85 0,12 250—300 ∗1
40ХСН2МА Изотермическая закалка с выдержкой при 240—260 °С; отпуск при 240—260 °С 1900 0,5 - 180—210
∗1 Внецентренное растяжение компактного образца (t= 25 мм).






Навигация
Болты
Винты, шпильки, штифты, прокладки
Пружины
Заклепки
Шпонки
Гайки
Резьба
Валы
Муфты
Подшипники
Виды соединений
Передачи
Материал
Дополнительные материалы
Госты метизов
Сварка
Мы в соцсетях
podshipniki.moscow применяемость подшипников
Сортовой металлопрокат: str-steel.ru в Москве с доставкой.