Краткие характеристики и назначение легированных сталей
Марганцовистые стали. Стали 10Г2 (0,08—0,17% С, 1,2—1,6% Mn) и 12Г2А (0,12—0.20% С, 2,0—2,4% Mn) обладают высокими пластическими свойствами, хорошо свариваются всеми видами сварки, применяются после нормализации для изготовления сварных и штампованных деталей с σв =400—600 Н/мм2 у стали 10Г2 и с σв =600—900 Н/мм2 у стали 12Г2А. Термическая обработка: температура закалки, отжига и нормализация — 890±10°С.
Сталь 20ГА (0,18—0,26% Cu и 1,3—1,6% Mn) повышенной прочности имеет высокие пластические свойства, хорошо расклепывается и сваривается, применяется для изготовления заклепок ответственных деталей. Термическая обработка: температура отжига и закалки 880±10°С, закалочная среда—масло. Готовые заклепки подвергаются закалке и отпуску при 600—620° С.
Сталь 65Г (0,60—0,70% С, 0,90—1,20 % Mn) обладает плохой обрабатываемостью, подвергается термической обработке (закалке и отпуску), что сообщает ей повышенную прочность и упругость (σв=1500—1650 Н/мм2, 6—4%). поставляется в виде прутков, проволоки, листов, применяется для изготовления пружин и упругих шайб под гайки.
Хромомарганцовистокремнистые стали. Сталь 25ХГСА (0,22—0,28% С, 0,8—1,1% Mn, 0.9—1,2% Si, 0,8—1,0% Cr) обладает высокой прочностью, в отожженном состоянии имеет хорошую пластичность, удовлетворительно обрабатывается резанием, хорошо сваривается дуговой и атомно-водородной сваркой, удовлетворительно — газовой и контактной. Применяется для изготовления ответственных сварных и штампованных деталей, термически обрабатываемых на σв =800—1300 Н/мм2. Эта сталь рекомендуется в тех случаях, когда детали подвергаются газовой сварке. Нельзя допускать присутствия в одном термически обработанном узле деталей из сталей 25ХСА и 3ОХГСА, так как эти стали имеют различные режимы отпуска.
Термическая обработка: температура нормализации, высокого отжига, закалки 900± 10° С, низкого отжига 690±30°С, закалочная среда—масло.
Сталь З0ХГСА по сравнению со сталью 25ХГСА имеет больше углерода (0,28—0,35%), поэтому она обладает повышенными механическими свойствами, имеет удовлетворительную пластичность в отожженном состоянии, хорошо сваривается дуговой и удовлетворительно всеми остальными видами сварки; применяется для изготовления сварных, штампованных, клепаных и механически обрабатываемых детален с σв = 1100—3400 Н/мм2: болтов, деталей шасси, стыковочных соединений, полок, шпилек, трубок, форсунок и др.
Эта сталь имеет не глубокую прокаливаемость, в связи с чем ограничивается толщина деталей, изготавливаемых из нее (до 25 мм для цилиндра и квадрата и 15 мм для труб и плоских деталей). Температура ковки 850—1150° С, температура термической обработки (высокого отжига, нормализации, закалки) 900± 10° С, закалочная среда — масло.
Сталь 30ХГСНА (0,27—0,34% С, 1,0—1,3% Mn, 0,9—1,2% Si, 1,4— 1,8% Cr) обладает высокой прочностью, хорошо сваривается дуговой сваркой, удовлетворительно — атомно водородной и неудовлетворительно — газовой, имеет высокую пластичность и вязкость и меньшую, чем сталь 30ХГСА, чувствительность к концентрации напряжений, обладает хорошей прокаливаемостью для деталей толщиной до 50—60 мм» применяется для изготовления высоконагруженных деталей с σв = 1400—1800 Н/мм2: шасси, полок и поясов крыла и центроплана, стыковых соединений, болтов и др. Термическая обработка; закалка в масле с температурой 900±10°С и отпуск при 200—300° С с последующим охлаждением на воздухе.
Сталь 30Х2ГСН2ВМ (ВЛ1) применяется для изготовления деталей сложной конфигурации: лонжеронов крыла, стабилизатора, шпангоутов фюзеляжа и других. Сваривается ручной дуговой сваркой после которой, не допуская охлаждения сварных швов ниже 200° С, детали переносят в печь с температурой 650°С и далее охлаждают на воздухе.
Хромистые стали (табл. 11, рис. 11). Сталь 15ХА (0,32—0,17% и 0,7— 1,02% Cr) применяется для изготовления деталей сечением до 30 мм, подвергающихся цементации, а также деталей без цементации в термически обработанном состоянии с σв = 6ОО—650 Н/мм2, закаливается в масле, может заменять стали ЗЗН2А и 12ХНЗА. Интервал температуры ковки 800—1150° С
Термическая обработка: температура нормализации и отжига 880—900° С. высокого отпуска 700±30°С закалка с 880±30°С в масле, отпуск при 480—540° С.
Режим цементации, цементация при 900—920° С, закалка с 880±10°С в масле, закалка с 780±10°С в масле, отпуск при 150—170° С с охлаждением на воздухе.
Таблица 11
| Механические свойства хромистых сталей | |||||
| Марка | Состояние | Механические свойства, не менее | |||
| σв Н/мм2 |
δ1% |
αн2 Н*м/см2 |
HB, H/мм2 | ||
| 1ХА | Закалена с 860° С в масле, затем с 760-810° С вторично в масле и отпущена при 150-170° С | 600 | 15 | 90 | 1700-3020 |
| 38ХА | Закалена с 860° С в масле, затем с 500-590° С. с охлаждением в масле или. воде | 950 | 12 | 100 | 2690-3210 |
| ШХ15 | Закалена с 820-840° С в масле и отпущена при 300-350°С | HRC 57-59 | |||
Примечание. Хромистые стали 40Х, 45Х, 50Х относятся к дешевым конструкционным материалам. С увеличением углерода в них повышается прочность, но снижается пластичность и вязкость, повышается порог хладноломкости. Хромистые стали склонны к отпускной хрупкости, устранение которой требует быстрого охлаждения с температуры высокого отпуска. Стали прокаливаются на глубину 15-25 мм и применяются для деталей небольшого сечения. При этом стали 45Х и 50Х из-за невысокой вязкости рекомендуются для изделий, работающих без значительных динамических нагрузок. При работе в условиях трения или износа детали из хромистых сталей подвергаются цианированию.
Сталь 38ХА (0,34—0,42% С, 0,8—1,1% Cr) имеет высокую прочность и вязкость, закаливается в масле, обладает хорошей прокаливаемостью, применяется для изготовления механически обрабатываемых деталей, подвергаемых закалке с отпуском (стаканов, втулок, винтов, шестерен; болтов, шпилек гаек и др.). Интервал температуры ковки 800—1140° С.
Термическая обработка: температура отжига, нормализации и закалки 880±900°С, закалочная среда —масло, отпуск при 500—660°С с охлаждением в масле или воде, так как сталь подвержена отпускной хрупкости. Рекомендуемые температуры отпуска для деталей с σв = 7ОО—900 Н/мм2—640—660° С, σв =900—1100 Н/мм2 —580—600° С и σв = 1100—1300 Н/мм2 —500—520° С. В качестве предварительной термической обработки желателен отжиг при 850° С или отпуск при 650—680° С (для прутков), нормализация с 850—890° С или нормализация и отпуск (для поковок).
Сталь ШХ15 (3,0% С, 1,5% Cr) применяется для изготовления шариков, роликов и колец подшипников качения Перед изготовлением этих деталей сталь проковывают, чтобы разрушить карбидную сетку, затем подвергают предварительной термической обработке на сфероидизацию при температуре 680—690° С. В результате карбиды приобретают зернистую форму, что повышает твердость и сопротивляемость истиранию. После закалки и низкого отпуска сталь приобретает структуру мартенсита с карбидами.
Хромомолибденовые стали. Сталь 20ХМА (0,15—0,25% С, 0,8—1,1% Cr, 0,15—0,25% Mo) имеет повышенную прочность, высокую вязкость и отлично сваривается, часто применяется как присадочный материал при газовой, дуговой и атомно-водородной сварке деталей из сталей ЗОХГСНА и ЗОХГСА и 25ХГСА, обрабатываемых на σв >900 Н/мм2. Термическая обработка: температура нормализации, высокого отжига, закалки 890±10°С, температура низкого отжига 700±10°С, закалка в масле.
Сталь 35ХМФА (0,30—0,38 С, 1,0—1,3% Cr, 0,1—0,2% V, 0,2—0,3% Мо) обладает высокой прочностью, применяется в термически обработанном состоянии для изготовления деталей воздушных винтов, коленчатых валов маломощных двигателей и других деталей Интервал температуры ковки 1200—800° С. Термическая обработка; отжиг при 880° С, нормализация при 930—970° С, закалка с 900° С в масле. Предварительная термическая обработка; отжиг при 880°С или отпуск при 650—680° С (для прутков), нормализация при 930—970° С и отпуск (для поковок).
Хромованадиевые стали. Сталь 40ХФА (0,37—0,45% С, 0,8—1,1% Ск, 0,3—0,2% V) имеет высокую прочность, небольшую прокаливаемость, подвержена отпускной хрупкости, применяется в термически обработанном состоянии для изготовления деталей воздушных винтов: втулок, кронштейнов, траверс, болтов, а также для изготовления деталей, подвергающихся азотированию. Интервал температуры ковки 1140—800° С. Термическая обработка: отжиг и нормализация при 850—890° С, закалка при 880° С, отпуск при 620—680° С с охлаждением в воде. Предварительная термическая обработка отжиг при 850—890° С или отпуск при 650—680° С (для прутков), нормализация при 850—890° С или нормализация с отпуском (для поковок).
Сталь 50ХФА (0,47—0,55% С, 0,75—1,1% Cr, 0,15-0,25% V) имеет высокую прочность и предел упругости, применяется для изготовления ответственных пружин Термическая обработка: температура закалки, нормализации и отжига 850±10°С в масле, отпуск пружин при 370—460° С в соляной ванне в течение 5 мин.
Хромоникелевые стали (табл 12). Хром и никель при одновременном их введении оказывают благоприятное влияние на свойства стали Они получают высокую прочность, твердость, достаточную вязкость и пластичность.
Таблица 12
| Механические свойства хромоникелевых сталей | |||||
| Марка | Состояние | Механические свойства, не менее | |||
| σв Н/мм2 |
δ1% |
αн2 Н*м/см2 |
HB, H/мм2 | ||
| 12ХН3А | Закалена с 860° С в масле, затем вторично закалена с 760-810° С в масле и отпущена при 150-170° С | 950 | 12 | 120 | 2770-3750 |
| 12Х2Н4А | Закалена с 860° С в масле, затем с 500-590° С. с охлаждением в масле или. воде | 1000 | 12 | 100 | 2930-3870 |
| 20ХН3А | Закалена с 820-840° С в масле и отпущена при 400-250°С с охлаждением в масле | ||||
Примечание. Хромоникелевые стали, например 40ХН, 45ХН, 50ХН, обеспечивают высокий комплекс механических свойств в сечениях 40—50 мм. Из-за присутствия никеля эти стали в отличие от хромистых имеют более высокий температурный запас вязкости и меньшую склонность к хрупкому разрушению. Они применяются для ответственных деталей, работающих при повышенных динамических нагрузках.
Сталь 13Н2А (0,10—0,16% С, 0,2—0,5% Сr, 1,7—2,2% Ni цементируется, закаливается в масле, применяется для изготовления деталей с повышенной прочностью сердцевины. Интервал температуры ковки 1150—800° С. Предварительная термическая обработка: нормализация при 880—920° С или нормализация и отпуск (для поковок), отжиг при 860° С или отпуск (для прутков). Цементация при 900—920° С. Окончательная термическая обработка: закалка с 860±10°С в масле, закалка с 780—810° С в масле, отпуск при 150—170° С.
Сталь 12ХНЗА (0,10—0,16% С, 0.6—0,9% Cr, 2,75—3,25% Ni) цементируется, имеет высокую прочность, подвержена отпускной хрупкости, применяется для изготовления деталей, подвергающихся цементации и испытывающих повышенные напряжения и динамические нагрузки (шестерен, поршневых колец, распределительных и других валиков, осей, роликов, винтов). Интервал температуры ковки 1160—800° С. Предварительная термическая обработка: нормализация при 840—880° С пли нормализация и отпуск (для поковок) и отжиг или отпуск (для прутков). Цементация при 900—920° С. Окончательная термическая обработка: закалка с 860° С в масле, закалка с 780—810° С в масле, отпуск при 150— 170°С в течение 3 ч.
Сталь 12Х2Н4А (0,10—0,15% С, 1,25—1,75% Cr, 3,25—3,75% Ni) цементируется, имеет высокую прочность и вязкость, закаливается в масле, склонна к отпускной хрупкости, применяется для изготовления ответственных цементируемых деталей, испытывающих повышенные напряжения и динамические нагрузки (валиков, шестерен, осей, соединительных втулок, сателлитов, редукторов шестерен распределения, пальцев поршней и др.). Ее рекомендуется заменять сталью 12ХНЗА. Интервал температуры ковки 380—800° С. Предварительная термическая обработка: нормализация при 840—880° С или нормализация и отпуск с 650° С. Цементация при 900—920° С. Окончательная термическая обработка: закалка с 760—800° С в масле, отпуск пои 150—170° С.
Сталь 20ХНЗА (0,17—0,25% С, 0,6—0,9% Cr, 2,75—3,25% Ni) закаливается в масле, после термической обработки имеет высокую прочность в сочетании с достаточно большой вязкостью; склонна к отпускной хрупкости (можно заменять сталью 38ХА). Интервал температуры ковки 1160—800° С. Предварительная термическая обработка: для прутков — отжиг при 840° С или отпуск при 650—680° С, для поковок—нормализация с 840—880° С и отпуск. Окончательная термическая обработка: закалка с 820—840°С в масле пли теплой воде, отпуск при 400—500° С с охлаждением в масле или теплой воде.
Сталь 37ХНЗА (0,35-0,40% С, 0,30-0,60% Мn, 0,17-0,37 Si, 1,05-1 35% Сr, 2,75—3,15% Ni) применяется для изготовления шестерен, шпилек, валиков и др. Механические свойства после закалки и отпуска: σв — 1100— 1200 Н/мм2, δ= 10%, αн = 70 Н*м/см2.
Хромоникелетитановые стали. Сталь 1Х18Н9Т (ЭЯ1Т) (0,14% С, 17— 20% Сr, до 0,8% Ti) обладает высокой пластичностью после закалки, хорошо сваривается всеми видами сварки, упрочнение достигается путем нагартовки закаленной стали, применяется для изготовления деталей с повышенной коррозионной стойкостью (деталей крепления и элементов конструкции ТРД(турбореактивных двигателей), работающих в условиях высокого нагрева): гаек, болтов, шпилек, втулок, фланцев, патрубков, реактивных конусов.
Термическая обработка; закалка с 1100—1150° С в воде (для прутков), с 1050—1100°С в воде или на воздухе (для лент).
Сталь Х20Н80Т (19—23% Сr, <40% Ti и более 75% Ni) в закаленном состоянии обладает высокой пластичностью, хорошо сваривается контактной сваркой, удовлетворительно —газовой и атомно-водородной; применяется для изготовления жаровых труб ТРД. Термическая обработка—закалка с 1050°С.
Хромоникелемолибденовые (вольфрамовые) стали. Сталь 18ХНВА (0,14— 0,21% С, 1,35—1,65% Сr, 4,0—4,5% Ni, 0,8—1,2% W) цементируется, закаливается на воздухе, подвержена отпускной хрупкости, вследствие чего при отпуске требуется быстрое охлаждение, применяется для изготовления ответственных цементируемых и нецементируемых деталей, испытывающих высокие напряжения и динамические нагрузки (коленчатых валов, валов редукторов, турбин и компрессоров, цапф, ответственных болтов и шпилек, шестерен, шатунов).
Предварительная термическая обработка: нормализация при 920—980° С и отпуск (для поковок и прутков). Цементация при 900—920° С. Окончательная термическая обработка: закалка с 950° С на воздухе, закалка с 850—860° С на воздухе и отпуск при 150—170° С, закалка с 860—870° С па воздухе и отпуск при 150—170° С, закалка с 860—870° С в масле и отпуск при 525—575° С в воде или масле.
Сталь 25ХНВА в отличие от стали 18ХНВА содержит больше углерода (от 0,21—0,28% С), обладает высокой прочностью, закаливается на воздухе, склонна к отпускной хрупкости, применяется для изготовления деталей, испытывающих высокие напряжения и динамические нагрузки. Рекомендуется заменять сталями 18ХНВА и 40ХНМА.
Предварительная термическая обработка: нормализация с 930—970° С и отпуск. Окончательная термическая обработка; закалка с 850°С в масле, отпуск при 520—600° С с охлаждением в масле или воде.
Сталь 40ХНМА (0,36-0,44% С, 0,6-0,9% Cr, 1,25-1,75% Ni) имеет высокую прочность, применяется для изготовления деталей, испытывающих высокие напряжения и динамические нагрузки (коленчатых валов, валов винтов, турбин, компрессоров, цапф, муфт, шестерен, рессор, шатунов, нагруженных болтов, шпилек, деталей винта и др.).
Предварительная термическая обработка: для прутков — отжиг при 840— 880° С или отпуск при 650—680° С, для поковок — нормализация с 840—880° С и отпуск. Окончательная термическая обработка: закалка с 850°С в масле, отпуск на требуемую твердость (550—600° С при RC = 31-37, σв =1100—1150 Н/мм2 и 575—625° С при RC=35—40, σв 1100—1250 Н/мм2).
Хромоникелевые коррозионностойкие (нержавеющие) стали (табл. 13) обладают высоким сопротивлением коррозии при воздействии воздуха, воды, растворов кислот, солей. Легирование стали большим количеством хрома или хрома и никеля сообщает ей высокое сопротивление коррозии.
Сталь 1Х17Н2(ЭИ268) (<17% C,≤0,8% Si, 0,3-0,8% Мn, 16-18% Сr, 1,5-2,5 Ni) имеет высокую жаростойкость, хорошо сваривается. Детали после сварки подлежат обязательной термической обработке.
Из стали изготавливают: кожухи и жаровые трубы камер сгорания, корпусы компрессоров, сопловые аппараты, лопатк и диски компрессоров и другие детали. Термическая обработка: закалка с 1050° С в масле отпуск при 275—350° С
Сталь Х18Н9 (≤0,14% С, ≤2,0% Мn, ≤0,8% Si, 17-20% Сr, 8-11% Ni) устойчива против окисления в воздушной среде при температуре до 850° С а в атмосфере продуктов сгорания —до 750° С, Для получения структуры однородного аустенита она подвергается закалке с 1100—1150° С. После такой термической обработки она более стойка против коррозии и наиболее пластична, но имеет низкую прочность. Обычно холодной деформацией удается повысить ее предел прочности. Сталь поставляется в виде листов, труб, лент, применяется для изготовления деталей и элементов летательных аппаратов из холоднокатаных листов или лент, соединяемых сваркой. Рабочие температуры не должны превышать 500° С.
Таблица 13
| Химический состав и химические свойства хромоникелевых коррозионностойких сталей (ГОСТ 5632-72) | ||||||
| Марки сталей | C,% | Cr,% | Ni,% | Ti,% | σв Н/мм2 | δ1% |
| 04X18Н10 | <0.04 | 17-19 | 9-11 | 0.25 | 500 | 45 |
| 08Х18Н10 | <0,08 | 17-19 | 9-11 | - | 520 | 45 |
| 08Х18Н10Т | <0,08 | 17-19 | 9-11 | 0,6 | 520 | 40 |
| 12Х18Н10Т | <0,12 | 17-19 | 9-11 | 0,7 | 520 | 40 |
| 12Х18Н9 | <0,12 | 17-19 | 8-10 | - | 550 | 35 |
| 17Х18Н9 | 0,13-0,21 | 17-19 | 8-10 | - | 600 | 35 |
| 12Х21Н5Т | 0,09-0,14 | 20-22 | 4,8-5,8 | 0,25-0,50 | 950 | 4-12 |
| 09Х15Н8Ю | <0,09 | 14-16 | 7,0-9,4 | 0,70-1,3Al | 1200-1900 | 10-3 |
Примечание 1. Термическая обработка первых шести марок стали — закалка от 1050—1100 ° С; марки 12X21Н5Т —закалка от 950—1000° С. старение при 500° С; марки 09Х15Н8Ю— закалка от 975° С, обработка холодом — 70° С, старение при 365° С и закалка от 975° С, обработка холодом —70° С, холодная прокатка 25%, старение при 475° С,
- Стали 04Х18Н10. 08X18H10. 08X18H10T и 12Х18Н10Т вследствие малого содержания углерода и дополнительного легирования титаном не склонны к межкристаллитной коррозии. Такие стали называются стабилизированными. Стали поставляются в закаленном состоянии. Их можно использовать при нагреве до 600э С в агрессивной среде и сваривать.
Стали 12X18H9 и 17X18Н9 склонны к межкристаллитной коррозии, поэтому после закалки их нельзя нагревать выше 400° С, в частности, нельзя сваривать. Эти стали поставляются в закаленном, а также в наклепанном состоянии с пределом прочности σв =1000—1200 Н/мм2 и δ=20—10%.
Сталь 2Х13Н4Г9 (0.15—0,30% С, 8—10% Мn, ≤0,8% Si, 12—14% Сr, 3.7—5,0 Ni) содержит пониженное количество хрома и никеля, которые частично заменены менее дефицитным марганцем, поставляется в виде прутков, листов, ленты, проволоки, применяется для изготовления элементов конструкции самолета, нагревающихся при работе не выше 500°С, например деталей крыла, фюзеляжа, противопожарных перегородок и др.
Сталь Х18Н9Т (≤0,12% С, ≤2,0% Мn, ≤0,8% Si, 17—19% Сr, 8,0— 9,5 Ni, ≤0,7% Ti) устойчива против окисления на воздухе и в атмосфере с коррозионной стойкостью после закалки. Допускаются глубокая вытяжка и другие виды холодной штамповки.
Пластической деформацией сталь упрочняется до σв = 1000— 1300 Н/мм2 с сохранением хорошей пластичности, хорошо сваривается всеми видами сварки, поставляется в виде прутков, листов, профилей, труб, колец, бандажей, применяется для изготовления деталей ГТД: конусов, выхлопных труб, реактивных насадок и сварных соединений изделий, работающих в условиях влажной среды.
Сталь Х15Н9Ю (0,05—0,09% С, ≤0,7% Мn, ≤0,7% Si, 14,8—16,5% Сr. 7.0—9,4% Ni, 0,9—1.4% Аl) является сталью полуаустенитного класса. Химический состав ее подобран так, что мартенситная точка находится около нуля градусов. После нормализации с 1000° С она приобретает структуру нестабильного аустенита. В этом состоянии она обладает наибольшей пластичностью и легко обрабатывается давлением. При деформации сталь быстро нагартовывается. Для смягчения между операциями нагартовки рекомендуется промежуточный отжиг. Она хорошо сваривается аргонно-дуговой, точечной и роликовой сваркой, может обрабатываться резанием.
Источник: Справочник по авиационным материалам и технологии их применения. 1979. Александров В.Г. Базанов Б.И.
Похожие материалы: