Справочник

Стали и сплавы легированные  (ГОСТ 4543-71)

Стали легированные — железоуглеродистые материалы, которые кроме обычных примесей (марганца, кремния, серы и фосфора) содержат ряд элементов, специально вводимых в сталь при ее выплавке для получения заданных свойств. Эти элементы называют легирующими. В качестве легирующих элементов чаще всего добавляют в сплавы никель, хром, вольфрам, молибден, титан, ванадий, алюминий, медь, кобальт, бор. Кремний и марганец, если они специально введены в сталь, также являются легирующими элементами. При этом содержание кремния должно быть выше 0,5%, а марганца — выше 0,8%. Подавляющая часть легированных сталей содержит два или несколько легирующих элементов, так как совместное их действие значительнее влияет на изменение свойств сталей, чем действие одного элемента, даже если он вводится в большом количестве.

Сталь легированная

Название легированных сталей определяется основными легирующими элементами, входящими в их состав, например: хромистая, хромомарганцовая, хромоникелевая, хромоникельмолибденовая и т. п.

Влияние легирующих элементов на свойства стали зависит от их количества, местоположения в структуре и содержания углерода. Все легирующие элементы в том или ином количестве способны растворяться в кристаллической решетке феррита, образуя при этом, так называемый, легированный феррит. По отношению к углероду легирующие элементы можно разделить на две группы:

  • первая группа — элементы, способные создавать с углеродом стойкие химические соединения — карбиды; к ним относятся титан, ванадий, вольфрам, молибден, хром, марганец и ниобий;
  • вторая группа — элементы, не образующие карбиды; в их число входят кремний, алюминий, никель, медь, кобальт. Эти элементы содержатся в легированных сталях в виде твердого раствора в феррите.

Карбидообразующие элементы, растворенные в феррите, искажают его кристаллическую решетку, упрочняют феррит, уменьшают теплопроводность и электропроводность стали. Карбиды отличаются весьма высокой твердостью (70÷75 HRC) и износостойкостью, но обладают значительной хрупкостью. Они играют весьма важную роль в инструментальных сталях.

После термической обработки (закалки, отпуска) улучшаются механические свойства легированных сталей, но в изделиях малых сечений их свойства мало отличаются от механических свойств углеродистой стали. В изделиях крупных сечений (свыше 15 мм) механические свойства легированных сталей — предел текучести σт, относительное сужение Ψ и ударная вязкость ан — значительно выше, чем углеродистых. Эго объясняется малой критической скоростью закалки легированных сталей, а следовательно, лучшей их прокаливаемостью. После термической обработки у них образуются более мелкое зерно и дисперсные структуры. Большая прокаливаемость и малая критическая скорость закалки позволяют закаливать эти стали в менее резких охладителях, к которым относится масло и воздух, что способствует уменьшению деформации деталей и уменьшению возможности образования трещин. Поэтому легированные стали применяют для изготовления деталей малого сечения со сложной геометрической формой. Без термической обработки эти стали использовать нецелесообразно. Прокаливаемость возрастает с увеличением в стали марганца, хрома, бора, никеля и молибдена. Конкретному сечению стали должно соответствовать определенное количество легирующих элементов, иначе ухудшаются такие ее технологические свойства, как обработка резанием, свариваемость и др. Если содержание хрома или марганца превышает 1%, увеличивается порог хладноломкости стали или критической температуры хрупкости ( температуры перехода металла от вязкого разрушения к хрупкому и наоборот). Поэтому содержание легирующих элементов должно быть минимальным, обеспечивающим необходимую сквозную прокаливаемость для конкретного сечения детали и условий охлаждения при закалке.

Никель повышает сопротивление стали хрупкому разрушению, увеличивает пластичность и вязкость, уменьшает чувствительность к концентраторам напряжений и понижает температуру порога хладноломкости. Поскольку никель дорогой металл, то его вводят в конструкционные стали в сочетании с хромом и другими элементами в предельно малых количествах.

После отпуска легированная сталь обладает более высокой прочностью и твердостью, но меньшей пластичностью вязкостью, чем углеродистая. Молибден и вольфрам повышают прокаливаемость и устойчивость стали против отпуска, способствуют образованию мелкозернистой структуры. Особое влияние молибден оказывает на цементированную сталь, так как повышает твердость и прокаливаемость цементированного слоя. Кремний при изотермической закалке обеспечивает высокую вязкость и пониженную чувствительность стали к надрезу. В отожженном и нормализованном состоянии легированная сталь имеет более высокую прочность, но меньшую пластичность, чем углеродистая.

В зависимости от области применения легированые стали подразделяют на три группы: конструкционные стали, предназначенные для изготовления деталей машин и конструкций; инструментальные стали, используемые для производства режущих и измерительных инструментов, штампов и пресс-форм; стали и сплавы с особыми физическими и химическими свойствами — коррозионностойкие, жаростойкие, жаропрочные, магнитомягкие, магнитотвердые, с заданным коэффициентом теплового расширения и др.

В зависимости от содержания вредных примесей различают качественную легированную сталь (не более 0,035% серы также и фосфора), высококачественную — А (не более 0,025% серы также и фосфора ), особовысококачественную — Ш (до 0,015% серы и до 0,025% фосфора). Буква Ш ставится через дефис в конце марки стали, например ЗОХГС-Ш, ЗОХГСА-Ш.

В обозначение марок легированных сталей (ГОСТ 4543-71) входят заглавные буквы русского алфавита, соответствующие определенным химическим элементам, содержащимся в стали, и цифры, обозначающие количество легирующих элементов и углерода (табл. 1).

Первые одна или две цифры (слева) характеризуют среднее содержание углерода: одна цифра — в десятых долях процента, две цифры — в сотых долях. В марках некоторых инструментальных легированных сталей с содержанием углерода около 1% цифра не ставится. Цифры после букв означают приблизительное содержание легирующих элементов в целых процентах. При содержании легирующего элемента до 1,5% цифра после буквы может не проставляться (это делается в исключительных случаях). Например, 40Х означает хромистую легированную конструкционную сталь, содержащую 0,4% углерода и около 1% хрома; 15Н2М — конструкционную легированную никельмолибденовую сталь с содержанием 0,15% углерода, 2% никеля и до 1% молибдена.

Маркировка высококачественных сталей отличается наличием буквы А, проставляемой в конце марки. Например, 18Х2Н4МА означает хромоникельмолибденовую конструкционную легированную высококачественную сталь с содержанием 0,18% углерода, 2% хрома, 4% никеля и до 1% молибдена; 38Х2МЮА — хромоалюминиевую конструкционную высококачественную сталь, имеющую в своем составе 0,38% углерода, 2% хрома, до 1% молибдена и до 1% алюминия. Буква А не ставится в обозначении высококачественных инструментальных легированных сталей и сплавов с особыми свойствами. Например, 8Х4ВЗМЗФ2 — инструментальная легированная сталь для режущего и измерительного инструмента (0,8% углерода, 4% хрома, 3% вольфрама, 3% молибдена и 2% ванадия).

Иногда в обозначении марок сталей в начале ставятся буквы, указывающие области их применения: А — автоматные стали повышенной обрабатываемости резанием (А 12, А35), Ш — шарикоподшипниковые стали (ШХ15, ШХ9), Р — быстрорежущие стали (Р18, Р6М5К5), Св — сварочные и наплавочные стали и сплавы (Св-12ГС, Св-08ХН2ГМТА). Особое внимание следует обратить на букву А, которая может содержаться в начале обозначения марки стали, в середине и в конце. Если буква А стоит, в начале марки, она указывает область применения стали (автоматная конструкционная сталь повышенной и высокой обрабатываемости резанием, например А40ХЕ); если в конце марки, значит сталь высококачественная (например 20Х2Н4А); буква А, стоящая в середине марки, означает азот, например 10Х14АП5. Стали, предназначенные для специального производства (исследуемые или пробные), часто маркируют условно, например, по месту их выплавки: Э — «Электросталь», 3 — Златоустовский металлургический комбинат, Д — завод «Днепроспецсталь» — ЭИ868, ЭП48, ЗИ, ДИ (И — значит исследовательская, П — пробная).

Свойства легированных сталей (ГОСТ 4543-71)приведены в табл. 1 и 2.

Таблица 1. Свойства сталей легированных (ГОСТ 4543—71)

Марка сталиТермическая обработкаМеханические свойстваТехнологические

свойства

закалкаотпускσт, МПаσв, МПаδ, %ан Дж/м2обрабаты-ваемость резаниемсварива-емостьпласти-чность

при холо-дной обраб-отке давле-нием

температура, °Ссреда охлаж-дениятемпе-

ратура °С

среда охлаж-дения
первой закалки (норма- лизации)второй закалки
Стали хромистые
15Х880770-820Вода или

масло

180Воздух или

масло

490735127ВВВ
15ХА880770-820То же180То же490735127ВВВ
29Х880770-820»180»638786116ВВУ
30Х860Масло500Вода735884127ВУУ
30ХРА900860То же200Воздух12801570915УУ
35Х860»500Вода или масло735910117ВУУ
38ХА860»550То же786932129ВУУ
40Х860»500»786980106ВУУ
45Х840»520»835103095ВНН
50Х830»520»884108094ВНН
Стали марганцовистые
20Г880Воздух27445124УВВ
25Г880Вода

или воздух

560Воздух295490229УВВ
30Г860То же600»315540208УУУ
35Г860»600»333560187УНУ
40Г860»600»35358817бУНН
45Г850Масло

или воздух

600»372569155УНН
50Г850То же600»392648134УНН
10Г2920Воздух»24542222УВВ
30Г2880Масло

или воздух

600»34358815УУУ
35Г2870То же650»36361813УНУ
40 Г2860»650»38265812УНН
45Г2850»650»40268611УНН
50Г2840»650»42173511УНН
Стали хромомарганцовистые
18ХГ880Масло200Воздух73588410
или масло
18ХГТ880-950870То же200Воздух88498098
воздухили вода
20ХГР880»200Воздух78698098ВНУ
или масло
27ХГР870»200Воздух1178137586ВНУ
25ХГТ880-950850»200Вода10801470107УНУ
воздухили масло
30ХГТ880-850850»200То же1280147096
воздух
40ХГТР840»550»786980118ВНН
35ХГФ870»630»786980118— .
20ХГМ860»200Воздух10801178108
Стали хромокремнистые
ЗЗХС920Вода

или масло

630Вода

или масло

686884138УНН
38ХС900Масло630Масло735932127УНН
40ХС800То же540То же10801225123,5УНН
Стали хромомолибденовые и хромомолибденованадиевые
15ХМ880Воздух650Воздух2754412112ВВ
20 ХМ880Вода

или масло

500То же638786129ВУУ
30ХМ880Масло540Вода735932118ВНУ
30ХМА880То же540То же735932129ВНУ
35ХМ880»550»835932128НУ
38ХМ850»580Воздух884980117ВНУ
30ХЗМФ870»620Вода8359801210ВНУ
Стали хромомолибденовые и хромомолибденованадиевые
15ХМ880Воздух650Воздух2754412112ВВ
20 ХМ880Вода

или масло

500638786129ВУУ
30ХМ880Масло540Вода735932118ВНУ
или масло
30ХМА880То же540То же735932129ВНУ
35ХМ880»550»835932128НУ
38ХМ850»580Воздух884980117ВНУ
30ХЗМФ870»620Вода8359801210ВНУ
или масло
40ХМФА860»580Масло9321030139ВНУ
Стали хромованадиевые
15ХФ880760-810Вода или масло180Воздух или масло540735138УУУ
40ХФА880Масло650Вода735884109НУ
или масло
Стали никельмолибденовые
15Н2М860770-820Масло 1 180Воздух638835
20Н2М8601 180»686884
Стали хромоникелевые и стали хромоникелевые с бором
20ХН860760-810Вода или масло180Вода или масло588786148ВУУ
40ХН820То же500То же588980117УНУ
45ХН820»530»8351030107ВНН
50ХН820»530»884108095ВНН
20ХНГ930-950780-830Масло200Воздух9801178109ВУУ
воздухили масло
12ХН2860760-810Вода

или масло

180То же588786129ВУУ
12ХНЗА860760-810То же180»686932119ВУУ
20ХНЗА820Масло500Вода7359321211ВУУ
или масло
12Х2Н4А860760-800То же180Воздух5321128109УУ
или масло
20Х2Н4А860780»180То же1080128098ВУУ
З0ХНЗА820»530Вода или масло786980108ВНН
Стали хромокремнемарганцовые и хромокремнемарганцевоникелевые
20ХГСА880Масло500Вода или масло638786127ВВВВ
25ХГСА880»480То же8351080106ВВВ
З0ХГС880»540»8351080104,5УВУ
З0ХГСА880»540»8351080105УВУ
36ХГСА700890»230Воздух

или масло

1280161694НВУ
воздух
30ХГСН2А900»260То же1375161696

Таблица 2. Стали хромомарганцевоникелевые и хромомарганцевоникелевые с титаном и бором

Марка сталиТермическая обработкаМеханические свойстваТехнологические

свойства

закалкаотпускσт, МПаσв, МПаδ, %ан Дж/м2обрабаты-ваемость резаниемсварива-емостьпластич-ность при холодной обработке

давлением

температура, °Ссреда охлаж-дениятемпе-ратура °Ссреда охлаж-дения
первой закалки (норма- лизации)второй закалки
15ХГН2ТА960

воздух

840Масло180Воздух или масло7359321110
20ХГНР

20ХГНТР

930-950

850

780-830»200

200

То же Масло1080

980

1280

1178

10 99

8

38ХГН850»570Вода

или масло

8687861210
Стали хромоникельмолибденовые
14Х2НЗМА880770Масло180Воздух884980108— —
20ХН2М860780»200Вода686884118— —
или масло
ЗОХН2МА860»530Воздух786980108— —
38Х2Н2МА870»580Воздух или масло9321080128
40ХН2МА870»860То же9321080128ВНН
42Х2Н2МА870»600»9321080108
38ХНЗМА850»590Воздух9801080128
18Х2Н4МА950

воздух

860Воздух Масло200

550

Воздух или масло835

784

1128

1029

12 1210 12УуН
25Х2Н4МА850Масло560Масло9321080119УУН
Стали хромоникельмолибденованадиевые и хромоникельванадиевые
З0ХН2МФА860Масло680Воздух786884109
36Х2Н2МФА850»600То же10801178128
38ХНЗМФА

45ХН2МФА

850

860

»

»

600

460

Масло1080

1280

1178

1422

12

7

8

4

20ХН4ФА850»630Вода6868841210
Стали хромоалюминиевые и хромоалюминиевые с молибденом
38Х2Ю930Вода или масло630Вода или масло735884108
38Х2МНА940То же640То же835980149

1. Стали конструкционные легированные

Подразделяются на горячекатаную, кованую, калиброванную и сталь серебрянку, применяемую в термически обработанном состоянии. Стали поставляются в прутках, в виде полос и в мотках. Стандарт предусматривает 13 групп.

Конструкционные легированные стали получили название по преобладающему в ней легирующему элементу. Основные свойства и применение конструкционных легированных сталей приведены в табл. 3.

Таблица 3. Стали конструкционные легированные, их основные свойства и применение

Марка сталиСвойства и применение
15Х, 15ХА, 20Х,
З0Х, З0ХРА, 35Х,
38ХА, 40Х, 45Х,
50Х
Хромистая. Детали, работающие с высокой износостойкостью и с минимальной деформацией при термообработке, — шестерни с модулем до 3 мм, шлицевые валы, шпиндели, работающие на подшипниках скольжения; улучшенные и закаленные детали, работающие при средних скоростях и высоких удельных давлениях, — шестерни, шпиндели, валы, пиноли, кольца, зубчатые рейки, роторы гидронасосов, червяки; нагруженные детали автомобилей и тракторов, а также крупные детали, требующие высокой прокаливаемости и
общей повышенной прочности
15Г, 20Г, 25Г, 30Г,
35Г, 40Г, 45Г, 50Г,
10Г2, З0Г2, 35Г2,
40Г2, 50Г2
Марганцовистая. Детали, требующие наряду с повышенной прочностью и износостойкостью наличия
пружинящих свойств, — цанги, разрезные кольца, пружинные шайбы, фрикционные диски, коленчатые валы, полуоси, цапфы, червяки, шестерни; детали подвергаются закалке в масле и отпуску; эта сталь успешно заменяет дорогостоящие хромоникелевые стали
18XF, 35ХГ2,
35ХГ2, 18ХГТ,
20ХГР, 27ХГР,
25ХГТ, З0ХГТ,
40ХГТР, 35ХГФ,
25ХГМ
Хромомарганцовая. Детали, работающие при больших окружных скоростях, средних и высоких удельных давлениях и больших ударных нагрузках, — шпинделей и валов, работающих на подшипниках скольжения, кулачковых муфт, червяков, тяг, шестерен; в зависимости от условий эксплуатации детали подвергают улучшению или закалке
33ХС, 38ХС, 40ХСХромокремнистая. Детали, работающие с высокими нагрузками, — шестерен, шлицевых валов, шатунов, червяков; детали подвергаются закалке с низким отпуском, в результате чего повышаются износостойкость и твердость (около 450 НВ)
15ХМ, 20ХМ,
30ХМ, 30ХМА,
35ХМ, 38ХМ,
З0ХЗМФ, 40ХМФА
Хромомолибденовая и хромомолибденованадиевая, для изготовления зубчатых колес, дисков, валов, плунжеров, роторов паротурбин и коленчатых валов невысокой мощности; после термической обработки детали из таких сталей обладают высокой твердостью, износостойкостью и антикоррозионными свойствами
15ХФ, 40ХФАХромованадиевая ( легированная ванадием для улучшения механических свойств), менее склонна к перегреву, из-за малой прокаливаемости. Детали сравнительно небольших сечений-шестерен, поршневых колец, распределительных валов
15Н2М, 20Н2МНикельмолибденовая, обладает повышенной вязкостью и теплостойкостью. Применяют для изготовления котлов, труб, фланцев
20ХН, 40ХН, 45ХН,

50ХН, 20ХНР,

12ХН2, 12ХНЗА,

20ХНЗА, З0ХНЗА,

12Х2Н4А, 20Х2Н4А

Хромоникелевая и хромоникелевая с бором, малочувствительна к перегреву при длительной цементации, не склонны к перенасыщению поверхностного слоя углеродом; в результате совместного действия хрома и никеля повышаются их вязкость, пластичность, вязкость сердцевины и цементированного слоя; для повышения твердости (до 58-62 RC) хромоникелевые стали подвергают закалке с последующей обработкойхолодом (-100, -120°С) или промежуточному высокому отпуску (600-640°С) с последующей закалкой, однако при обработке холодом снижаются предел выносливости, износостойкость и вязкость; у отдельных сталей после отжига не снижается твердость, что затрудняет их обработку резанием, тогда стали приходится подвергать высокому отпуску (630-640°С), снижающему твердость до 217-269 НВ. Из этих сталей изготовляют зубчатые колеса, валы, оси, ролики, клапаны; хромоникелевые стали используют для производства крупных деталей ответственного назначения, которые при эксплуатации несут значительные вибрационные и динамические нагрузки; такие детали можно подвергать глубокому прокаливанию, закалять с охлаждением в масле и даже на воздухе, что значительно уменьшает возможность их коробления
20ХГСА. 12ХГСА,
З0ХГС, 30ХГСА,
35ХГСА,
З0ХГСН2А
(30ХГСНА) и
20ХГС, 25ХГС,
30ХГС
Хромокремнемарганцовая и хромокремнемарганцовоникелевая -сталь (хромансиль) обладает высокой прочностью и хорошей свариваемостью, ее применяют в виде листов и труб для производства ответственных стальных конструкций в самолетостроении; после улучшения или изотермической закалки резко повышаются механические свойства конструкций- σв= 1650 МПа (165 кгс/мм2), σ0,2 = 1300 МПа (130 кгс/мм2), δ=9%, Ψ = 40%, ан=0,4МПа·м (4 кгс·м/см2), снижается их чувствительность к надрезам; сталь хромансиль склонна к обратимой отпускной хрупкости и обезуглероживанию при нагреве, для достижения более глубокой прокаливаемости и лучшей вязкости в нее добавляют до 1,8% никеля; сталь 30ХГСН2А после закалки и низкого отпуска имеет σв = 1650 МПа (165 кгс/мм2), σ0,2 = 400 МПа <140 кгс/мм2), δ = 9%, ан = 0,6 МПа·м (6 кгс·м/см2); эта сталь получила широкое распространение при изготовлении ответственных деталей (шестерен, муфт, валов, кулачков, шатунов, деталей самолетов) и сварных конструкций; чувствительна к концентраторам напряжений, особенно после обычной закалки и отпуска, сделанные из нее детали становятся хрупкими после гальванического покрытия и травления, а также в результате коррозии под напряжением (из-за насыщения водородом)
15ХГН2ТА

(15ХГНТА),

20ХГНР, 20ХГНТР,

38ХГН

Хромомарганцовоникелевая и хромомарганцовоникелевая с титаном и бором; за счет введения никеля повышается их прокаливаемость и прочность; такие стали широко применяются в автомобильной и тракторной промышленности; по механическим и технологическим свойствам они близки к хромоникелевым сталям
14Х2НЗМА,
20ХН2М,
З0ХН2МА,
38Х2Н2МА,
40ХН2МА,
40Х2Н2МА,
38ХНЗМА,
18ХН4МА;
25Х2Н4МА
Хромоникельмолибденовая. При введении молибдена в хромоникелевые стали предотвращается их склонность к обратимой отпускной хрупкости. Из хромоникельмолибденовой стали производят детали ответственного назначения для химической и авиационной промышленности. После высокого отпуска такие детали охлаждают, в масле или воде (в зависимости от размеров детали) для предотвращения отпускной хрупкости, небольшие по размеру детали можно охлаждать на воздухе
З0ХШМФА, 36Х2Н2МФА,

38ХНЗМФА,

45ХН2МФА,

20ХН4ФА

Хромоникельмолибденованадиевая и хромоникельванадиевая; ванадий, введенный в хромоникелевую сталь, обеспечивает получение мелкозернистой структуры, способствует повышению механических свойств стали; хромоникельмолибденовые стали обладают высокой прочностью, пластичностью, вязкостью, низким порогом хладноломкости; введение в хромоникельмолибденованадиевую сталь молибдена позволяет увеличить ее теплостойкость, изготовленные из этой стали детали могут работать при температурах до 450°С; недостатком рассматриваемых сталей является трудность их обработки резанием; хромоникельмолибденованадиевая и хромоникелевая стали применяются для изготовления ответственных крупных деталей, работающих в условиях повышенных температур — роторов турбин, валов высоконапряженных трубовоздуходувных машин, деталей компрессорных машин и редукторов; высокая прокаливаемость этих сталей дает возможность упрочнять детали термической обработкой
38Х2Ю, 38Х2МЮАХромоалюминиевая и хромоалюминиевая с молибденом. Эти стали предназначены для изготовления деталей с высокой твердостью. Их подвергают азотированию. Стали, легированные хромом, вольфрамом, молибденом, ванадием и не содержащие алюминия, после азотирования имеют 600-950 HV (54-66 HRC или 535-690 НВ). Если основными требованиями, предъявляемыми к детали, являются высокая твердость и износостойкость, азотированию подвергают сталь, содержащую алюминий (38Х2МЮА); совместное присутствие алюминия, хрома и молибдена увеличивает твердость азотированного слоя до 1200 HV (72 HRC или 780НВ), такой высокой твердостью обладают только твердые сплавы. Детали ответственного назначения, обладающие очень высокой твердостью, износостойкостью, антикоррозионными свойствами, имеющие высокий предел усталости, — валы, работающие на высоких скоростях, плунжеры, копиры, зубчатые колеса, роторы паротурбин, коленчатые валы; детали могут быть тонкостенными, с большим отношением длины к диаметру

Механические свойства сталей нормируются ГОСТ 4543-71. Стандартом установлены режимы термической обработки стали, обеспечивающие достижение определенных механических свойств.

Для удобства хранения и применения концы или торцы валов сталей маркируют краской (табл. 4).

Таблица 4. Краски, применяемые для маркировки сталей конструкционных легированных

Группа сталиЦвет краски
ХромистаяЗеленый и желтый
МарганцовистаяКоричневый и синий
ХромомаргенцоваяСиний и черный
ХромокремнистаяСиний и красный
Хромомолибденовая и хромомолибденеваяЗеленый и фиолетовый
ХромованадиеваяЗеленый и черный
НикельмолибедноваяЖелтый и фиолетовый
Хромоникелевая и хромоникелевая с боромЖелтый и черный
ХромокремнемарганцоваяКрасный и фиолетовый
ХромоникельмолибденоваяФиолетовый и черный
Хромоалюминиевая и хромоалюминиевая м молибденомАлюминиевый

2. Стали инструментальные легированные

Инструментальные легированные стали (ГОСТ 5950-2000) применяются для изготовления режущего измерительного инструмента, а также штампов.

Стали, предназначенные для изготовления режущего инструмента (резцов, сверл, фрез и др.), должны обладать высокой твердостью (HRC > 62) и износостойкостью. Если обработка резанием протекает в тяжелых условиях (большие скорости резания, обработка твердых металлов, большое сечение снимаемой стружки), то при этом затрачивается значительная механическая энергия. В процессе резания эта энергия превращается в тепловую, вследствие чего режущая кромка инструмента сильно нагревается. При длительном нагреве режущая кромка инструмента, работающего в тяжелых условиях, должна сохранять высокую твердость, поэтому она должна быть выполнена из стали, имеющей повышенную красностойкость или теплостойкость.

Условия работы измерительного инструмента (скобы, калибры) близки к условиям работы режущего инструмента при низких режимах резания. Отличие состоит лишь в том, что удельные давления на рабочие поверхности при измерении значительно ниже, чем при резании. Для измерительного инструмента важны малая деформация при термической обработке и сохранение постоянства размеров.

В сталях, используемых для изготовления штампов, должны сочетаться твердость и вязкость. Штампы для холодного деформирования металлов должны иметь высокую твердость, так как условия их работы близки к условиям работы режущего инструмента. Молотовые штампы в процессе работы подвергаются удару, поэтому для их изготовления требуется сталь с несколько меньшим содержанием углерода (0,5-0,7%). У таких штампов должна быть хорошая термостойкость — способность сопротивляться резкому изменению температуры (устойчивость против появления трещин). К штамповым инструментам относятся также пресс-формы для литья под давлением. К материалам, предназначенным для их изготовления, предъявляются требования минимальной деформации при термической обработке и хорошей обрабатываемости резанием.

Инструментальные легированные стали содержат карбидообразующие элементы: хром, вольфрам, молибден, марганец, ванадий. Преимущество этих сталей перед углеродистыми инструментальными сталями заключается в том, что они имеют меньшую скорость охлаждения при закалке, за счет чего уменьшается опасность образования трещин, деформации и коробления. Кроме того, эти стали закаливаются на большую глубину. Инструментальные легированные стали некоторых марок (например, 9ХС) отличаются большой устойчивости против отпуска, что важно при работе в условиях повышенных температур. Для таких сталей, как, например ХВГ, ХВСГ и Х12М, характерна минимальная деформация при термической обработке, что имеет большое значение при изготовлении штампов, протяжек, резьбовых калибров и других подобных инструментов.

По ГОСТ 5950-73 в инструментальных легированных сталях содержание серы, а также фосфора не должно превышать 0,03%, содержание серы в стали, полученное методом электрошлакового переплава, не должно быть выше 0,015%.

Далее приведены марки инструментальных легированных сталей и рекомендуемые области их применения.

Инструментальные легированные стали для режущего и измерительного инструмента приведены в табл. 5.

Таблица 5. Стали легированные инструментальные, их основные свойства и применение

Марка сталиСвойства и применение
Стали инструментальные легированные неглубокой прокаливаемости
7ХФДеревообрабатывающий инструмент (топоры, стамески, долота), инструмент, работающий с ударными нагрузками (зубила, пуансоны
8ХФШтампели для холодной обработки, ножи для холодной резки металлов, абразивные матрицы и пуансоны для холодной обрезки заусенцев, кернеры
9ХФРамные, ленточные и круглые строгальные пилы, ножи, обрезные матрицы и пуансоны для холодной работы, кернеры и др.
11ХФМетчики, плашки, развертки, сверла и фрезы диаметром до 30 мм
13ХБритвенные ножи, лезвия, острый хирургический инструмент, шаберы, штихели, гравировальный инструмент
ХВ4 (ХВ5)Резцы, фрезы, сверла и развертки для обработки твердых металлов при небольших скоростям резания, валки с закаленной поверхностью, гравировальные резцы, работающие в напряженных условиях
В2ФЛенточные пилы по металлу и ножовочные полотна
Стали инструментальные легированные глубокой прокаливаемости
9X1Валки для холодной прокатки, дрессировочные валки (для отделочной операции в производстве тонких полос), клейма, пробойники, холодновысадочные матрицы и пуансоны, деревообрабатывающий инструмент
XЗубила для насечки напильников, очень твердые кулачки эксцентриков и пальцев, цилиндрические гладкие калибры и калиберные кольца, резцы токарные, строгальные и долбежные для лекальных и ремонтных мастерских (участков);
12X1Измерительный инструмент (плитки, калибры, шаблоны, скобы)
9ХС, ХГССверла, развертки, метчики, плашки, гребенки, фрезы, машинные штемпели, клейма для холодных работ
ХГСВалки для холодной прокатки, холодновысадочные матрицы и пуансоны, вырубные штампы диаметром (толщиной) до 70 мм
ХВГИзмерительный и режущий инструмент, для которого недопустимо повышенное коробление при закалке, резьбовые калибры, протяжки, длинные метчики и развертки, плашки, фасонные резцы и другие виды специального инструмента, холодновысадочные матрицы и пуансоны, технологическая оснастка
9ХВГРезьбовые калибры, лекала сложной формы, сложные и точные штампы для холодных работ (при термообработке не должны подвергаться объемным изменениям и короблению)
ХВСГКруглые плашки, развертки, фасонные резцы и другой режущий инструмент
8Х6НФТ,

9Х5ВФ

Ножи для деревообрабатывающих станков, строгальные пилы, фрезы, сверла и другой деревообрабатывающий инструмент
8Х4ВЗМЗФ2 (ЭП570)Деревообрабатывающий инструмент, работающий в тяжелых условиях с нагревом режущей кромки, режущий (вырубной) инструмент для обработки металлов в холодном состоянии (ножи для труборазрубочных прессов, гильотин и ножниц), инструмент для холодной пластической деформации (шлиценакатные ролики, пуансоны, матрицы, накатники)
Стали инструментальные легированные для штампового инструмента (для холодной обработки)
Х6ВФРезьбонакатный инструмент (ролики плашки), ручные ножовочные полотна, бритвы, матрицы, пуансоны, зубонакатники и другой инструмент, предназначенный для холодной деформации, фрезы, ножи для обработки древесины
Х12, Х12ВМШтампы для холодной обработка с высокой устойчивостью против истирания (преимущественно рабочей частью округлой формы), не подвергающиеся сильным ударам и толчкам; волочильные доски и волоки, глаз- ки (фильеры) для калибрования пруткового металла под накатку резьбы; гибочные и формовочные штампы, секции кузовных штампов, матрицы и пуансоны для вырубочных и просечных штампов; штамповки активной части электрических машин и электромагнитных систем электрических аппаратов
Х12М, Х12Ф1Предназначены для тех же целей, что и стали марок Х12, Х12ВМ; кроме того, из этих сталей изготовляют профильные ролики сложных форм секции кузовных штампов сложных форм, сложные дыропрошивочвые матрицы, используемые при формовке листового металла, эталонные шестерни, накатные плашки, волоки, матрицы и пуансоны вырубных просечных штампов со сложной конфигурацией
7ХГ2ВМШтампы объемного холодного деформирования и вырубной инструмент сложной конфигурации, применяемые в производстве изделий из цветных сплавов и малопрочных конструкционных сталей
6Х6ВЗМФС (ЭП569)Резьбонакатные ролики, зубонакатники, шлиценакатники, обрезные матрицы, пуансоны и другой инструмент для холодной пластической деформации металлов повышенной твердости, ножи труборазрубочных машин, гильотинных ножниц для резки высокопрочных сталей и сплавов, рубильные ножи для деревообрабатывающей, промышленности, шарошки для разрушения горных пород и другие аналогичные инструменты
Стали инструментальные легированные для штампового инструмента (для горячей обработки)
7X3, 8X3Инструмент (пуансоны, матрицы) для горячей высадки (крепежа и заготовок из углеродистых и низколегированных конструкционных сталей), детали штампов (матрицы, пуансоны, выталкиватели) для горячего прессования и выдавливания материалов на кривошипных прессах при мелкосерийном производстве, гибочные, обрезные и просечные штампы
5ХНММолотовые штампы паровоздушных и пневматических молотов (масса падающих частей — свыше 3 т), прессовые штампы и штампы машинной скоростной штамповки, используемые при горячем деформировании легких цветных сплавов, блоки матриц для вставок горизонтально-ковочных машин
5ХНВ, 5ХНВС,

5ХГМ,

4ХМФС

Молотовые штампы паровоздушных и пневматических молотов (масса падающих частей — до 3 т), применяемых при деформировании легированных конструкционных и нержавеющих сталей, прессовый инструмент для обработки алюминиевых сплавов
4Х5МФСМелкие молотовые штампы, крупные (толщиной или диаметром более 200 мм) молотовые или прессовые вставки для горячего деформирования конструкционных сталей и цветных сплавов в условиях крупносерийного и массового производства
4Х5В2ФС (ЭИ958),

4Х5МФ1С (ЭП572)

Пресс-формы для литья под давлением цинковых, алюминиевых и магниевых сплавов, молотовые и прессовые вставки (толщиной или диаметром до 250 мм) для горячего деформирования конструкционных сталей, инструмент для высадки заготовок из легированных конструкционных и жаропрочных материалов на горизонтально-ковочных машинах
4ХЗВМФ (ЗИ-2)Мелкие молотовые штампы, молотовые и прессовые вставки (толщиной или диаметром до 400 мм), инструмент для горизонтально-ковочных машин, предназначенных для горячего деформирования конструкционных и жаропрочных сталей, инструмент для высокоскоростной машинной штамповки конструкционных сталей
4Х4ВМФС (ДИ-22)Инструмент для высокоскоростной машинной штамповки и высадки на горизонтальноковочных машинах, вставки штампов для горячего деформирования легированных конструкционных и жаропрочных материалов на молотах и кривошипных прессах (сталь 4Х4ВМФС применяется вместо менее теплостойких сталей марок 4Х5В2ФС, 4Х5МФ1С, 4ХЗВМФ), пресс-формы для литья под давлением медных сплавов
1193ХЗМЗФИнструмент (преимущественно мелкий) для горячего деформирования на кривошипных прессах и горизонтально-ковочных машинах, подвергающийся в процессе работы интенсивному охлаждению, пресс-формы для литья под давлением медных сплавов
ЗХ2В8ФИнструмент и пресс-формы для горячего прессования и литья под давлением медных сплавов
4Х2В5МФ

(ЗИ959)-

Тяжелонагруженный прессовый инструмент для горячего деформирования легированных конструкционных и жаропрочных материалов (мелкие вставки окончательного штампового ручья, мелкие вставные знаки, матрицы и пуансоны для выдавливания)
4Х2В2МФС,

5ХЗВЗФМС

(ДИ-23)

Тяжелонагруженный прессовый инструмент (прошивные и формирующие пуансоны и матрицы), инструмент для высадки на горизонтально-ковочных машинах, вставки штампов напряженных конструкций для горячего объемного деформирования конструкционных и жаропрочных материалов (эти стали применяются вместо менее теплостойких сталей марок ЗХ2В8Ф и 4Х2В5МФ). Наиболее высокую прокаливаемость и теплостойкость имеет сталь марки 5ХЗВЗМФС
Стали инструментальные легированные для ударного инструмента
4ХСЗубила, обжимки, ножницы для горячей и холодной резки металла, штампы горячей вытяжки
6ХСПневматические зубила, штампы небольших размеров для холодной штамповки, рубильные ножи
4ХВ2СПневматический инструмент, зубила, обжимки
5ХВ2С. 6ХВ2СИнструмент для холодной обработки металла, ножи, резьбонакатные плашки, пуансоны и обжимные матрицы, деревообрабатывающий инструмент, предназначенный для длительной работы
6ХВГПуансоны сложной формы для холодной прошивки фигурных отверстий в листовом и полосовом материале, небольшие штампы для горячей штамповки деталей сложной формы

3. Стали инструментальные быстрорежущие

Получили такое название потому, что изготовленные из них инструменты могут работать при больших скоростях резания, не теряя своих свойств. Чем больше скорость резания, тем выше температура разогрева режущей части инструмента. Углеродистые, а также большинство легированных инструментальных сталей при температурах 25О-ЗОО°С теряют свою твердость вследствие изменения структуры, поэтому не могут использоваться для изготовления инструмента, работающего при больших скоростях резания.

Замечательное свойство быстрорежущих сталей — высокая красностойкость, т. е. способность сохранять высокую твердость и режущую способность при нагревании до 600-650°С. Это свойство выделяет быстрорежущие стали из числа всех других инструментальных сталей. Красностойкость определяется в основном двумя факторами: химическим составом и термической обработкой. Быстрорежущие стали имеют сложный химический состав. Наиболее важным легирующим элементом их является вольфрам (6-18%). Они содержат также ванадий (1-5%). Вольфрам и ванадий почти целиком находятся в виде карбидов, которые, растворяясь в кристаллической решетке железа, обеспечивают красностойкость сталей. Во все быстрорежущие стали входит хром (3÷1,5%), большая часть которого растворяется в кристаллической решетке железа. Содержащиеся в быстрорежущих сталях легирующие элементы уменьшают критическую скорость закалки, в результате чего стали становятся самозакаливающимися — они закаливаются даже при охлаждении на воздухе. Некоторые быстрорежущие стали содержат кобальт, который повышает их красностойкость, так как препятствует разрастанию карбидов при нагревании. Однако с увеличением содержания кобальта и ванадия шлифуемостъ сталей ухудшается, повышается их чувствительность к обезуглероживанию. Для того чтобы придать быстрорежущим сталям высокие режущие свойства, их подвергают термической обработке по специальному режиму, который отличается от термической обработки других инструментальных сталей.

Для быстрорежущих сталей принят (ГОСТ 19265-73) следующий принцип маркировки: в начале марки стоит буква Р, следующая за ней цифра указывает среднее содержание вольфрама в процентах, содержание ванадия (в процентах) показывает цифра, стоящая за буквой Ф, молибдена — цифра за буквой М, кобальта — цифра за буквой К. Содержание хрома в марке не указывается, так как оно примерно одинаково у сталей всех марок. Если ванадия содержится менее 2%, он также не указывается. Быстрорежущие стали имеют в своем составе от 0,7 до 1,55% углерода (тем выше, чем больше содержится ванадия). Например, марка стали Р18К5Ф2, это значит, что сталь содержит 18% вольфрама, 5% кобальта, 2% ванадия.

Быстрорежущие стали условно можно разделить на две группы: первая группа — стали, не содержащие кобальта, вторая группа — стали, содержащие повышенное количество кобальта и ванадия. Быстрорежущие стали подразделяются на горячекатаную кованую, калиброванную и серебрянку. Нормы на химический состав распространяются на лист, ленту, поковки, штамповки и другую продукцию; нормирует также твердость, макроструктуру, карбидную неоднородность, глубину обезуглероженного слоя и другие параметры сталей.

Основные свойства и применение быстрорежущих сталей приведены в табл. 6.

Таблица 6. Стали быстрорежущие, их основные свойства и применение

Марка сталиСвойства и применение
Р18Удовлетворительная прочность и шлифуемость, широкий интервал оптимальных закалочных температур; предназначена для изготовления всех видов режущего инструмента, используемого при обработке конструкционных материалов
Р12Близка по свойствам к стали марки Р18. но имеет более высокую износостойкость и повышенную пластичность при горячем деформировании, шлифуемость удовлетворительная; назначение такое же. как и стали марки Р18
Р9Повышенная износостойкость и пластичность при температурах горячей деформации, более узкий интервал оптимальных закалочных температур, шлифуемость ниже, чем у стали марки Р18; применяется для изготовления инструмента простой формы, но требующего сложной шлифовальной обработки; таким инструментом обрабатывают обычные конструкционные материалы
Р6МЗПовышенная прочность, склонность к обезуглероживанию, повышенная пластичность при горячем деформировании, узкий интервал оптимальных закалочных температур, шлифуемость ниже, чем у стали марки Р9; из этой стали изготовляют инструмент небольшого сечения, а также инструмент, работающий с ударными нагрузками при обработке обычных конструкционных материалов
Р6М5Повышенная прочность, значительная склонность к обезуглероживанию, более узкий интервал оптимальных закалочных температур, чем у стали марки Р18, шлифуемость удовлетворительная; назначение такое же, как и стали марки Р18, однако сталь Р6М5 предпочтительнее использовать для изготовления резьбонарезного инструмента, работающего с ударными нагрузками
Р18Ф2Повышенная износостойкость, более низкая, чем у стали Р18 шлифуемость; из этой стали изготовляют инструмент для обработки материалов повышенной твердости и вязкости
Р14Ф4,

Р9Ф5

Повышенная износостойкость, низкая шлифуемость; предназначены для изготовления инструмента, работающего со снятием небольшой стружки (чистовая обработка) при обработке материалов, обладающих абразивными свойствами в условиях нормального нагрева режущей кромки
Р18К5Ф2.

Р9М4К8,

Р6М5К5

Повышенная вторичная твердость ( при отпуске в интервале температур от 550 до 560° С), износостойкость пониженная, но лучшая, чем у стали марки Р14Ф4, низкая шлифуемость; изготовляемый из этих сталей инструмент применяется для обработки высокопрочных, нержавеющих и жаропрочных сталей и сплавов в условиях повышенного нагрева режущей кромки
Р10К5Ф5Повышенная вторичная твердость, высокая износостойкость, шлифуемость низкая; инструмент из этой стали предназначен для обработки высокопрочных, нержавеющих и жаропрочных сталей и сплавов, а также материалов, обладающих абразивными свойствами в условиях повышенного нагрева режущей кромки
Р9К5Повышенная вторичная твердость, но пониженная, близкая к стали марки Р9, шлифуемость; инструмент из стали марки Р9К5 используется для обработки сталей и сплавов повышенной твердости и вязкости, а также для работы с ударными нагрузками
Р9КЮПовышенная вторичная твердость, шлифуемость, как у стали марки Р9К5; из этой стали изготовляют режущий инструмент для обработки нержавеющих и жаропрочных сталей, а также сталей с повышенной твердостью и вязкостью

4. Стали конструкционные повышенной и высокой обрабатываемости резанием

Обработка металлов резанием — одна из наиболее трудоемких и дорогостоящих операций. На эту операцию приходится 40% заводской себестоимости производства машин. С появлением автоматизированных металлорежущих станков возникла проблема стружкоудаления. Дробление стружки, ее транспортировка оказывают весьма существенное влияние на производительность труда. В связи с этим созданы специальные автоматные стали, способные образовывать ломкую лег- косходящую и легко удаляемую стружку. Это стали повышенной и высокой обрабатываемости резанием. В процессе их обработки получается чистая поверхность, снижается износ металлорежущего инструмента. Высокая обрабатываемость таких сталей достигается за счет увеличения содержания серы и фосфора (до 0,35%), а также введения свинца (до 0,35%). ГОСТ 1414-75 предусматривает марки автоматных сталей, которые объединены в шесть групп: первая группа — углеродистые сернистые: А11, А12, А20, АЗО и А40Г; вторая группа — углеродистые свинецсодержащие: АС40; третья группа — углеродистые сернистоселенистые: А35Е и А45Е; четвертая группа — хромистые сернистоселенистые: А40ХЕ; пятая группа — сернистомарганцовистые свинецсодержащие: АС 14, АС35Г2 и АС45Г2; шестая группа — легированные свинецсодержащие: АС12ХН, АС14ХГН, АС19ХГН, АС20ХГНМ, АСЗОХМ; АС38ХГМ. АС40ХГНМ. ‘

Буквы в марках сталей обозначают: А — автоматная сернистая, АС — автоматная свинецсодержащая. Остальные условные обозначения марок сталей соответствуют ГОСТ 4543-71.

Автоматные стали применяются в крупносерийном и массовом производствах. Из них изготовляют детали неответственного назначения для автомобильной и тракторной промышленности (крепеж, оси, втулки и др.). Свойства сталей конструкционных повышенной и высокой обрабатываемости приведены в табл. 7, применение — в табл. 8.

Таблица 7. Свойства сталей конструкционных повышенной и высокой обрабатываемости резанием (ГОСТ 1414-75)

МаркаМеханические свойстваТехнологические свойства
σтσвδ, %Дж/см3НВобрабатываемость резаниемсвариваемостьпластичность при холодной обработке давлением
МПа*
А12284441-56022

7

157ВВВУ
510-784164-213
А20451-60020

7

165В
530-784164-213
АЗО510-60015

6

183В
539-821178-213
А40Г586-73614

17

203В
586-784176-225

*В числителе — горячекатаная, в знаменателе — холоднокатаная сталь.

Таблица 8. Применение сталей конструкционных повышенной и высокой обрабатываемости резанием (ГОСТ 1414-75)

МаркаПрименение
А 12, А20Для сложнопрофильных мелких деталей, к которым предъявляются повышенные требования по качеству обработанной поверхности (зубчатые колеса, винты, гайки, оси, шпильки, кольца). Сталь А20 рекомендуется для деталей, подвергаемых цементации и цианированию
АЗО, А40ГДля труднообрабатываемых деталей, работающих при высоких нагрузках
Примечания: 1. Для сварных конструкций сталь не применяют. 2. Коррозионная стойкость всех сталей низкая.

5. Стали рессорно-пружинные (гост 14959-79)

Используют для изготовления пружин, рессор, пружинных шайб, гибких мембран, сильфонов и других аналогичных деталей, которые должны обладать высоким пределом упругости, усталостной стойкостью к многократным нагружениям, достаточными пластическими свойствами. Эти стали выпускаются в виде проволоки и полос различного сечения. В зависимости от основного легирующего элемента их подразделяют на углеродистые — 65, 70, 75, 85; марганцовые — 60Г 65Г, 70Г, 55ГС; кремнистые — 50С2, 55С2, 55С2А, 60С2 60С2А, 70СЗА; хромомарганцовые -50ХГ, 50ХГА 55ХГР; хромованадиевую — 50ХФА; хромомарганцовованадиевую — 50ХГФА; хромокремневанадиевую — 60С2ХФА; хромокремнистые — 60С2ХА, 50ХСА; вольфрамокремнистую — 65С2ВА; никелькремнистую — 60С2Н2А; кремнемарганцовую — 60СГА и хромокремнистую -70С2ХА.

Сталь поставляется горячекатаной, отожженной или высокоотпугценной и без термической обработки. Твердость и механические свойства стали, а также качество проката нормированы ГОСТ 14959-79.

Свойства рессорно-пружинной стали приведены в табл. 9, применение — в табл. 10.

Таблица 9. Свойства и рекомендуемые режимы термической обработки стали рессорно-пружинной (ГОСТ 14959-79)

Марка сталиРежим термической обработкиМеханические свойства
температура закалки,°Cзакалочная средатемпература отпуска, °Cσтσвδ, %Ψ, %
65830Масло4707859811035
70830То же4708341030930
75820»4708831079930
80820»4709321079830
85820»4709811128830
60Г830»470785981830
66Г830»470785981830
70Г830»4708341030725
55С2, 55С2А870Масло или вода47011771275630
60С2870Масло47011771275625
70СЗА850То же47014711668625
60С2Г870»47013241471625
50ХГ. 50ХГА850»47011771275735
55ХГР850»47011771275735
60С2А870»42013731570620
50ХФА850»47010791275835
50ХГФА850»47013241422635
55С2ГФ870»47013731570625
60С2ХА870»47013241471625
60С2ХФА870»47014711668625
65С2ВА850»42016661862520
60С2Н2А870»47013241471830

Таблица 10. Применение стали рессорно-пружинной (ГОСТ 14959-79)

МаркаНазначение
60С2, 60С2АДля рессор из полосовой стали толщиной 3-16 мм и пружинной ленты толщиной 0,08-3 мм; для витых пружин из проволоки диаметром 3-16 мм. Обрабатываются резанием плохо. Максимальная температура эксплуатации 250 °C
70СЗАДля тяжелонагруженных пружин ответственного назначения. Сталь склонна к графитизации
50ХГ, 50ХГА 50ХФА, 50ХГФАДля рессор из полосовой стали толщиной 3-18 мм. Обрабатывается резанием плохо. Для ответственных пружин и рессор, работающих при повышенной температуре (до 300 °C); для пружин, подвергаемых многократным переменным нагрузкам
60С2ХАДля крупных высоконагруженных пружин и рессор ответственного назначения
60С2Н2А.

65С2ВА

Для ответственных высоконагруженных пружин и рессор, изготовляемых из калиброванной стали и пружинной ленты
Примечания: 1. Хромоникелевые и кремненикелевые стали менее склонны к обезуглероживанию. Наилучшее сочетание технологических и эксплуатационных свойств имеет сталь 60С2Н2А. 2. Коррозионная стойкость всех сталей низкая.

6. Стали для изготовления шариковых и роликовых подшипников

Шариковые и роликовые подшипники изготовляют из высококачественных сталей (ГОСТ 801-78), способных противостоять сложным сосредоточенным и переменным напряжениям, возникающим в зоне контакта шариков или роликов с поверхностью беговых дорожек колец подшипников качения.

Стандарт предусматривает четыре марки сталей ШХ6, ШХ9, ШХ15 и ШХ15СГ.

Для прецизионных подшипников (ГОСТ 21022-75) сталь производится вакуумно-дуговым и электрошлаковым переплавом (ШХ15Ц1 и ШХ15-ШД соответственно). Для изготовления подшипников предназначены цементируемые и планируемые стали марок 20Х2Н4А, 20Х2Н4А-Ш, 20ХЗГ2Ф и 18ХГТ. Из сталей марок 12X13, 20X13 и 30X13 (ГОСТ 5632-72) изготовляются коррозионностойкие подшипники. Содержание серы в сталях допускается в пределах до 0,02%, фосфора — до 0,027%. Кроме подшипников из высококачественных сталей можно выполнять детали, от которых требуется высокая износостойкость при сосредоточенных переменных нагрузках (детали насосов высокого давления, копиры, ролики, пальцы, храповые механизмы).

7. Стали теплоустойчивые

Теплоустойчивые стали — легированные, перлитного и мартенситного классов предназначены для изготовления деталей, работающих в течение длительного времени под нагрузкой и при температуре до 873К (600°С).

Рекомендуемые марки и области применения теплоустойчивой стали, а также интервалы рабочих температур, приведены в табл. 11.

Таблица 11. Стали теплоустойчивые, их основные свойства и применение

Марка сталиСвойства и применение
12МХПроизводство труб пароперегревателей, трубопроводов и коллекторных установок, высокого давления поковок для паровых котлов и паропроводов, деталей цилиндров газовых турбин; до 783 К (510°С);
12Х1МФНазначение то же, что и стали марки 12МХ; до 843-858 К (570-585сС);
20Х1М1Ф1ТР

(ЭИ182)

Изготовление крепежных деталей турбин и фланцевых соединений паропроводов и аппаратуры; до 773- 853 К(500-580°С)
20Х1М1Ф1БР

(ЭП44)

Назначение и рабочие температуры те же, что и стали марки 20Х1М1Ф1ТР; 25Х1МФ (ЭИ 10) — изготовление болтов, плоских пружин, шпилек и других крепежных деталей; до 783 К (510°С)
25Х2М1Ф (ЭИ723)Назначение то же, что и стали 25Х1МФ; до 793-823 К (520-550°С)
18ХЗМВ (ЭИ578)Изготовление труб для гидрогенизационных установок; до 723-773 К (450-500°С)
20ХЗМВФ (ЭИ415, ЭИ579)Производство роторов, дисков, поковок, болтов, труб высокого давления для химической аппаратуры и гидрогенизационных установок; до 773-833 К (500-560°С)
15X5 (Х5)Изготовление труб, деталей насосов, лопаток турбомашин, подвесок котлов; до 873 К (600°С)
15Х5М(Х5М),

15Х5ВФ

Производство корпусов и внутренних элементов аппаратуры нефтеперерабатывающих заводов, крекинговых труб, деталей насосов, задвижек, крепежа; 873 К (600°С)
12Х8ВФИзготовление труб печей, аппаратов и коммуникаций нефтезаводов; до 773 К (500°С)

Сталь каждой марки имеет определенный срок работы (от 1000 до 100 тыс. ч).

В ГОСТ 20072-75 приведены режимы термической обработки и зависящие от нее механические свойства по каждой марке теплоустойчивой стали.

8. Стали и сплавы легированные с особыми свойствами

В современной технике используются металлы и сплавы с самыми различными свойствами. Легированные стали и сплавы с особыми свойствами разрабатывались на основе широко распространенных в промышленности легированных сталей с учетом особых условий эксплуатации техники и агрессивности среды, в которой приходится работать машинам, и с учетом специфики их конструкций.

В зависимости от основных свойств эти легированные стали и сплавы могут быть представлены (по ГОСТ 5632-72) тремя группами:

  • первая группа — коррозионностойкие (нержавеющие) стали и сплавы;
  • вторая группа — жаростойкие стали и сплавы;
  • третья группа — жаропрочные стали и сплавы.

В табл. 11 приведены свойства основных марок сталей и сплавов, в табл. 13 рекомендуемые области их применения, входящие в каждую группу.

Таблица 12. Свойства сталей корро зионностойких (ГОСТ 5632-72)

Марка сталиМеханические свойстваТехнологические свойства
σтσвδ, %ан

Дж/см3

НВобрабатываемость резаниемсвариваемостьпластичность при холодной обработке
МПа
12X13415588209114-177Унв
20X13441647168124-196УнУ
08X13245431237Унн
20Х23Н13478357
12X18Н921652838УУУ
17Х18Н926058835нвв
12X18Н9Т21653238137-165нвв
12Х18Н10Т28552838нвУ

 

Таблица 13. Рекомендуемые области применения сталей и сплавов легированных с особыми свойствами

Марка сталиОсновные свойства и применение
Первая группа- коррозионностойкие (нержавеющие) стали и сплавы
20X13, 08X13, 12X13. 12Х13Н2Изготовление деталей с повышенной пластичностью, подвергающихся ударным нагрузкам (клапанов гидравлических прессов предметов домашнего обихода), деталей, работающий в слабоагрессивных средах (при атмосферных осадках в водных растворах солей, органических кислот)
30X13,40X13Производство режущего, мерительного и хирургического инструмента, пружин, карбюраторных игл, клапанных пластин компрессоров, предметов домашнего обихода
14Х17Н12Применяется в основном в химической и авиационной промышленности; обладает достаточно удовлетворительными технологическими свойствами; наибольшая коррозионная стойкость обеспечивается после закалки с высоким отпуском
95X18Производство шарикоподшипников высокой твердости для нефтяного оборудования, ножей высшего класса, различных втулок и деталей, испытывающих сильный износ; подвергается закалке с низким отпуском
12X17Изготовление предметов домашнего обихода, кухонной утвари, оборудования для предприятий пищевой и легкой промышленности; не рекомендуют для производства сварных конструкций; применяется в отожженном состоянии
08Х17ТНазначение то же, что стали марки 12X17; рекомендуется в качестве заменителя сталей марок

12Х18Н9Т и 12Х18Н10Т при изготовлении конструкций, не подвергающихся воздействию ударных нагрузок, работающих при температурах не ниже -20 °C

15Х25ТПроизводство теплообменной аппаратуры (труб, соединительных фланцев, вентилей, клапанов, кранов), работающих в агрессивных средах; используют в качестве заменителя стали марки 12Х18Н10Т при изготовлении сварных конструкций, не подвергающихся в процессе эксплуатации действию ударных нагрузок при температурах не ниже — 20°С, работающих в более агрессивных средах, чем среды, рекомендуемые для стали марки 08Х17Т; не рекомендуется применение стали при температурах 400- 700°С ‘
15X28Назначение то же, что и стали марки 15Х25Т, используется также для спаев со стеклом; сварные соединения этой стали склонны к межкристаллитной коррозии
20Х13Н4Г9Применяется в качестве заменителя холоднокатаных сталей марок 20X13 и др.
12Х18Н9 и 17Х18Н9При производстве прочных и легких конструкций, соединяемых точечной электросваркой; хорошо сопротивляется атмосферной коррозии
10Х14АГ15,

10Х14П4НЗ

Назначение то же, что стали марки 20Х13Н4Г9, кроме того, из сталей этих марок делают предметы домашнего обихода и стиральные машины
09Х15Н8ЮПроизводство изделий, работающих в атмосферных условиях, уксуснокислых и других средах, а также упругих элементов; повышенная прочность достигается после отпуска при температурах 750 и 850°С
07X16Н6Назначение то же, что и стали марки 09X15Н8Ю
Вторая группа — жаростойкие стали и сплавы (Гн— температура начала интенсивного окалинообразования в воздушной среде; Ттах— максимальная температура, рекомендуемая для применения в течение длительного времени)
40Х9С2Изготовление клапанов автомобильных, тракторных и дизельных моторов, труб рекуператоров, теплообменников. колосников, работающих при температурах до 850°С; устойчива против серосодержащих сред
40Х10С2МИзготовление клапанов моторов; устойчива против серосодержащих сред, температура начала интенсивного окалинообразования в воздушной среде при Тн =850°С
30Х13Н7С2Изготовление клапанов автомобильных моторов; Тн =950°С
15Х6СЮПроизводство деталей котельных установок и труб; Тн=700°С
12X13Изготовление деталей турбин и котлов, а также труб; Тн =700°С
10Х13СЮИзготовление клапанов автотракторных моторов, различных деталей, работающих при повышенных температурах; устойчива против серосодержащих сред
12X17,08Х17Т, 08ХНПроизводство теплообменных аппаратов оборудования для предприятий пищевой промышленности, труб; Тн = 900°С
15Х18СЮПроизводство труб, аппаратуры и деталей, работающих в серосодержащих средах
15Х25ТИзготовление различной аппаратуры, деталей, чехлов термопар, электродов искровых зажигательных свечей, теплообменных аппаратов; Тн = 1050°С
15X28Назначение то же, что и для марки 15Х25Т; Тн 1 1100-1150°С
08Х20Н14С2Изготовление труб, работающих в условиях науглероживающих сред Тн =1000-1050°С
20Х20Н14С2Производство печных конвейеров и ящиков для цементации; устойчива к науглероживающим средам; Тн = 1000-1050°С
20Х23Н13Изготовление труб пиролиза метана и пирометрических трубок, склонна к повышению хрупкости при температурах 600-800’С; максимальная температура, рекомендуемая для применения в течение длительного времени, Тmах = 1000°С; Тн =1050°С
09Х14Н16БПроизводство труб для перегревателей и установок сверхвысокого давления Тmах =650°С; Тн = 850°С
08Х18Н10, 12Х18Н9, 08Х18Н10Т, 12Х18Н10Т. 12Х18Н9ТИзготовление труб и деталей печной арматуры, теплообменных аппаратов, муфелей, реторт, патрубков, коллекторов, выхлопных систем, электродов (искровых зажигательных систем; применяются в тех (случаях, когда не могут использоваться безникелевые стали; Тmах  =800°С; Тн =850°С
36Х18Н25С2Изготовление печных конвейеров и других нагруженных деталей, работающих в науглероживающих средах; Тmах  = 1000°С; Тн = 1100°С
10Х23Н18.20Х23Н18Изготовление труб, деталей, установок для конверсии (метана и пиролиза, листовых деталей; к повышению хрупкости при температурах 600-800 С; Тmах  =1000°С; Тн=1050°С
12Х25Н16Г7АРИзготовление деталей газопроводных систем (из тонких листов, ленты, сортового проката); может применяться в качестве заменителя жаростойких сплавов на никелевой основе; Тmах  = 1050°С; Тн=1100°С
55Х20Г9АН4.

45Х22Н4МЗ

Изготовление клапанов автомобильных моторов; Тн=950оС
20Х25Н20С2Изготовление (подвесок и опор для котлов, труб электролизных и пиролизных установок; склонна к повышению хрупкости при температурах 600-800°С; Тmах= 1050°С; Тн=1100°С
ХН38ВТИзготовление деталей газовых систем; рекомендуется для замены жаростойкого сплава марки ХН78Т Тmах  = 1000°С;Тн=1050°С
ХН28ВМАБПроизводство листовых деталей турбин; Тmах  =800-1000°C; Тн=1100°С
ХН60ЮИзготовление деталей газопроводных систем и аппаратуры; Тmах  = 1200°С; Тн = 1250°С
ХН75МБТЮПрименяется для тех же целей, что и сплав ХН60Ю; Тmах  = 1050: С; Тн=1100: С
ХН78ТИзготовление деталей газопроводных систем, сортовых деталей и труб; неустойчива в серосодержащих средах; Тmах  =1100°С; Тн, = 1150°С
ХН60ВТИзготовление листовых деталей двигателей; Тmах  =1000 С; Тн=1100°С
ХН70ЮИзготовление деталей газопроводных систем; неустойчива в серосодержащих средах; Тmах  = 1200°С; Тн — более 1250°
Третья группа — жаропрочные столп и сплавы
40Х9С2. 40Х10С2МИзготовление клапанов моторов и крепежных деталей
11Х11Н2В2МФ.13Х11Н

2В2.16Х11Н2В2МФ

Изготовление дисков компрессоров, лопат и других нагруженных деталей
20X13. 12X13Производство лопаток паровых турбин, клапанов, болтов, труб
13Х14НЗВ2ФРИзготовление высоконагруженных деталей, дисков, валов, стяжных болтов, лопаток и других деталей, работающих при повышенной влажности
15X11МФПроизводство рабочих и направляющих лопаток паровых турбин
15Х12ВНМФПроизводство роторов, дисков, лопаток, болтов
45Х22Н4МЗ.

55Х20Г9АН4

Изготовление клапанов моторов
18Х12ВМБФРИзготовление поковок, турбинных лопаток, крепежных деталей
08X13Производство лопаток паровых турбин, клапанов, болтов, труб
37Х12Н8Г8МФБПроизводство дисков турбин
10Х11Н20ТЗР.

10Х11Н20Т2Р

Изготовление деталей турбин (из поковок, сортового проката, листа)
10ХПН23ТЗМРИзготовление пружин и крепежных деталей
09Х16Н4Б.

09Х14Н19В2БР

Производство труб пароперегревателей, трубопроводов установок сверхвысокого давления и листового проката
18Х11МНФБ.

20Х12ВНМФ

Изготовление высоконагруженных деталей, лопаток паровых турбин, деталей клапанов, поковок, дисков, роторов паровых и газовых турбин
09Х14Н16БПроизводство труб пароперегревателей и трубопроводов установок сверхвысокого давления (из листового проката)
09Х14Ш9В2БР1Производство роторов, дисков, лопаток турбин
45Х14Н14В2МИзготовление клапанов моторов, поковок, деталей трубопроводов
14Х17Н2Производство рабочих лопаток турбин, дисков, валов, втулок
40Х15Н7Г7Ф2МСИзготовление лопаток газовых турбин и крепежных деталей
08Х15Н24В4ТРИзготовление рабочих и направляющих лопаток, крепежных деталей, дисков газовых турбин
08Х16Н13М2БПроизводство поковок для дисков и роторов, лопаток, болтов
09Х16Н15МЗБПроизводство труб пароперегревателей и трубопроводов высокого давления
12Х18Н10Т. 12Х18Н12Т . 12Х18Н9ТИзготовление деталей выхлопных систем и труб (из листового и сортового проката); сталь 12Х18Н12Т более стабильна при эксплуатации, чем сталь марки 12Х18Н10Т
31Х19Н9МВБТПроизводство роторов, дисков, болтов
10Х23Н18Производство труб и арматуры, работающей при пониженных нагрузках; при температурах 600-800°С склонна к повышению хрупкости
20Х23Н18Изготовление деталей машин для химической и нефтяной промышленности, газопроводов, камер сгорания; из этой стали можно изготовлять нагревательные приборы сопротивления
12Х25Н16Г7АРИзготовление деталей (из листового и сортового проката), работающих при умеренных напряжениях; заменяет сплавы ХН75МБТЮ и ХН78Т
ХН35ВТПроизводство лопаток газовых турбин, дисков, роторов, крепежных деталей
ХН35ВТЮПроизводство дисков, лопаток турбин, компрессоров
ХН38ВТИзготовление деталей (из листового проката), работающих при умеренных напряжениях; применяется взамен сплава ХН78Т
ХН60ЮИзготовление деталей турбин (из листового проката), работающих при умеренных напряжениях, а также нагревательных приборов сопротивления
ХН70ВМЮТПроизводство лопаток и крепежных деталей
ХН70ВМТЮПроизводство лопаток турбин
ХН32ТИзготовление газоотводящих труб и деталей (из листового проката) для высокотемпературных нефтехимических установок
ХН80ТБЮИзготовление лопаток и крепежных деталей турбин
ХН70МВТЮБПроизводство лопаток турбин
ХН70ЮИзготовление деталей (из листового проката) и газопроводов, работающих при умеренных напряжениях, а также нагревательных элементов сопротивления
ХН78ТИзготовление труб, работающих при температурах до 1000rjC
ХН67МВТЮПроизводство лопаток, корпусов, дисков, деталей турбин (из листового проката)
ХН75МБТЮИзготовление деталей турбин (из листового проката)
ХН77ТЮРПроизводство дисков и лопаток турбин
ХН60ВТИзготовление деталей турбин из листового проката
ХН57МТВЮИзготовление лопаток, корпусов и других деталей турбин
ХН55МВЮ,

ХН62МВКЮ

Производство лопаток и дисков турбин
ХН65ВМТЮПроизводство крепежных деталей, рабочих и направляющих лопаток газовых турбин
ХН56МВТЮИзготовление высоконагруженных и других деталей, штуцеров, фланцев (из листового проката)
ХН70ВМТЮФ,

ХН75ВМЮ,

ХН56ВМКЮ,

ХН55ВМТКЮ

Производство лопаток турбин
ХН77ТЮРУИзготовление дисков и лопаток турбин с ограниченным сроком действия

ГОСТ 5632-72 рекомендует оптимальные интервалы температур, при которых детали, изготовленные из перечисленных выше сталей и сплавов, обладают наибольшей надежностью в работе. Кроме того, в стандарте для каждой марки стали или сплава указаны температура начала интенсивного образования окалины и срок работы изготовленных из них деталей (кратковременный, ограниченный, длительный и весьма длительный). За кратковременный срок работы условно принимают время службы детали до 100 ч, ограниченный — до 1000 ч, длительный — до 10 тыс. ч и весьма длительный — до 100 тыс. ч.

9. Сплавы прецизионные

Прецизионные сплавы характеризуются высокой чистотой компонентов, их точным соотношением. Специальная (прецизионная) технология их получения обеспечивает достижение заданного уровня физических свойств этих сплавов.

Маркировка прецизионных сплавов (ГОСТ 5632-72) немного отличается от маркировки легированных сталей и сплавов. Цифра слева означает среднее содержание (в процентах) проставленного за нею элемента. Например, 79НЗМ означает, что сплав содержит 79% никеля и 3% молибдена. Буква А в конце марки ставится для того, чтобы показать, что сплав изготовляется с суженными пределами химического состава (например, 42НХТЮА). Буквы, стоящие после обозначения марки через дефис, характеризуют специальный способ выплавки сплава: ВИ — вакуу^шо-индукционный; ЭЛ — электронно-лучевой; П — плазменный; Ш — электрошлаковый; ВД — вакуумно-дуговой. Например, 58Н-ВИ означает, что сплав, состоящий из 58% никеля, выплавлен вакуумно-индукционным способом. Если в обозначении марки через дефис проставлена буква Н, то это значит, что сплав применяется для изготовления нагревательных элементов (например, X15Н60-Н).

ГОСТ 10994-74 регламентирует химический состав, основные физические свойства и области применения каждого сплава. Прецизионные сплавы в зависимости от основных свойств подразделяются на семь групп:

  • первая группа — сплавы с высокой магнитной проницаемостью (магнитомягкие) — 45Н, 50Н, 50НХС, 40Н, 50НП, 34НКМП, 35НКХСП, 40НКМП, 68НМП, 76НХД, 79НМ, 80НХС, 77НМД, 80Н2М, 68НМ, 79НЗМ, 47НК, 47НКХ, 64Н, 40НКМ, 52Н, 47НД, 16Х , 36КНМ, 83НФ, 27КХ, 49К2Ф, 49КФ, 49К2ФА. Эти сплавы предназначены для производства сердечников междуламповых и малогабаритных силовых трансформаторов, дросселей, реле и деталей магнитных цепей, работающих при повышенных индукциях без подмагничивания или с большим подмагничиванием, сердечников импульсных трансформаторов и магнитных головок, аппаратуры связи, сердечников помехоподавляющих проводов зажигания автомобилей, сердечников магнитных усилителей коммутирующих дросселей, элементов вычислительных аппаратов счетно- решающих машин и других деталей электротехнической, радиотехнической и электронной промышленности, а также приборостроения;
  • вторая группа — сплавы магнитотвердые 52КЮФ,52К11Ф, 52К12Ф, 52К13Ф, 35КХ4Ф, 35КХ6Ф, 35КХ8Ф, 25КФ14Н, 35КФЮН. Из этих сплавов изготовляют малогабаритные постоянные магниты и активную часть гистерезисных двигателей;
  • третья группа — сплавы с заданным температурным коэффициентом линейного расширения — 36Н, 32НКД. 29НК, ЗОНКД, 38НКД, 47НХ, 48НХ, 47НЗХ, ЗЗНК, 47НД, 47НХР, 42Н, 42НА, 18ХТФ, 18ХМТФ, 52Н, 58Н-ВИ, 35НКТ, 32НК-ВИ, 39Н, 36НХ, 34НК. Эти сплавы применяются для изготовления деталей приборов очень высокой точности, работающих в различных климатических условиях, вакуумных спаев элементов радиоэлектронной аппаратуры со стеклами и сапфиром, пружинных герметических контактов, штриховых мер длины, деталей приборов, работающих при повышенных нагрузках, деталей с полированной поверхностью и малой жесткостью формы, конструкций и трубопроводов, работающих при низких температурах (до -258°С);
  • четвертая группа — сплавы с заданными свойствами упругости — 40КХНМ, 40КНХМВТЮ, 36НХТЮ, 36НХТЮ5М, 36НХТЮ8М, 68НХВКТЮ,17НХГТ, 97НЛ, 42НХТЮ, 42НХТЮА, 44НХТЮ, 43НКТЮ. Эти сплавы используются для изготовления упругих чувствительных элементов и деталей приборов, работающих при температурах от -196 до +500° С, заводных пружин и волосковых спиралей часовых механизмов, витых цилиндрических пружин, кернов электроизмерительных приборов, деталей для хирургического инструмента, токоведущих и силовых чувствительных элементов;
  • пятая группа — сверхпроводящие сплавы — 65БТ и 35БТ. Они предназначены для производства соленоидов, кабелей и других устройств, сверхпроводящих композиционных материалов (проволоки марок СКМС и СКМДС), сверхпроводящих магнитных систем;
  • шестая группа — сплавы с заданным электрическим сопротивлением- Н50К10, Х13Ю4, 0Х23Ю5, 0Х23Ю5А, 0Х27Ю5А, Х15Н60-Н, Х15Н60-Н-ВИ, Х20Н80-Н, Х20Н80-Н-ВИ, Х15Н60, Х20Н80, Х20Н80-ВИ, Х15Н60-ВИ. ( Маркировка сплавов с заданным электрическим сопротивлением производится так же, как и легированных сталей. В марках термобиметаллов в скобках указаны образующие их сплавы: в числителе — активный слой, в знаменателе — пассивный).

Из этих сплавов изготовляют термодатчики и термочувствительные элементы, проволоку и ленту для нагревательных элементов промышленных и лабораторных печей, электрических аппаратов теплового действия, бытовых приборов и лабораторных реостатов, ответственные детали вакуумных приборов, соедагнители для изделий электронной техники, микропроволоку для резисторов неответственного назначения. Рабочая температура нагревательных элементов сплавов 1000- 1300°С;

Термобиметаллы представляют собой материалы, состоящие из двух и более слоев металлов или сплавов с различными температурными коэффициентами линейного расширения, разность которых обеспечивает их упругую деформацию при изменении температуры. Они служат для изготовления термочувствительных элементов приборов — тепловых реле, реле защиты, предохранителей, термометров, компенсаторов, реле, регуляторов, импульсных датчиков и предохранителей.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *