lekcii (774103), страница 20
Текст из файла (страница 20)
Склонны к отпхрупкости, повышенный порог хладноломкости.Прокаливаемость 15-25мм.• Стали 45Х, 50Х - для деталей без динамических нагрузок.• Хромансиль (30ХГСА, 35ХГСА) – дешѐвые, но лучше посвойствам прочность-пластичность, вязкость. Прокаливаемость30-40мм. Свариваются, штампуются, режутся.Автомобилестроение, авиация, крепѐж.Табл.16.6. Режимы т/о и мех св-ва сред. углеродистых лег-х сталей• Хромоникелевая группа 40ХН, 45ХН, 50ХН – высокий комплекспрочность-пластичность, уд. вязкость, трещиностойкость, чтообеспечено Ni. Прокаливаемость 40-50мм.
Ответственныедетали машиностроения.• Хромоникельмолибденовые (хромоникельвольфрамовые)40ХН2МА, 38ХН3МА, 38ХН3МФА, а также 18Х2Н4МА,18Х2Н4ВА мартенситного класса, имеют прокаливаемость• выше 100мм, хороший комплекс прочность – пластичность, удвязкость, трещиностойкость. Работают при динамическихнагрузках, пониженных Т°С.
Слабо разупрочняются при нагревеи могут работать при Т° до 300-400°С. Применяются длядеталей ответственного назначения (валы и роторы турбин,тяжело нагруженные детали компрессоров, редукторов,энерготехника, спецтехника).• Дорогие, плохо режутся, дают флокены.• 3. Высокопрочные легированные стали. Общаяхарактеристика• Максимальнаяпрочностьнизко,среднеуглеродистыхлегированных сталей – 1500 МПа. Большие значениявостребованы промышленностью, но невозможны из-за низкихпластичности, уд вязкости, трещиностойкости, КСU н/м 0,2мДж/м2. Для решения задачи предложено:• 2.
Среднеуглеродистые комплексно-легированные стали,содержащие 1,5-3% Ni. Мелкое зерно, карбидообразователи Si,V, Мо, W (ограниченно), металлургическое качество стали. Cr,Mn для прокаливаемости.• 40ХГСН3ВА, 40ХН2СМА, 30Х2ГСН2ВМ, 30Х5МСФА – типичныевысокопрочные стали. Характерные стандартные мех свойстваи трещиностойкость показаны в табл.16.7.• В авиации 30ХГСНА, для силовых сварных деталей шасси,фюзеляжа.
Рекомендована изотермическая закалка с лучшимсочетаниемпрочностиипластичности,вязкости,трещиностойкости.Табл.16.7•Среднеуглеродистые стали упрочнѐнные ТМО• Термомеханическая обработка (ТМО) совмещает дваспособа упрочнения – пластическую деформацию А и закалку ведином технологическом процессе для среднеуглеродистыхлегированных сталей 30ХГСА, 40ХН, 40ХН2МА, 38ХН3МА ...• Это позволяет получить достаточный комплекс пластичности, удвязкости, трещиностойкости при уровне прочности 20002800МПа.• Низкотемпературная ТМО – деформация А ниже Трекр.• Высокотемпературная ТМО – деформация А выше Трекр.••При ВТМО сталь деформируют выше А3 и сразу закаливают, чтобы недопустить рекристаллизации, рис.16.5а.При НТМО деформируют в области повышенной устойчивости А, 400600°С, что ниже Трек . Избегают образования Б.Рис.16.5• Для обоих видов ТМО окончательный отпуск 100-200°С.• ТМО повышает прочность на 10-10%, но особенно пластичность, уд вязкость, трещиностойкость – в 1,5-2 раза.• Механизм комплексного улучшения – формирование ячеистойдислокационной структуры, наследуемой М.
Образованныесубграницы полупроницаемы для дислокаций при высокихдействующих напряжениях, что разрешает пластическуюдеформацию и релаксацию пиковых напряжений.• Более высокая прочность достигается при НТМО до 2800 МПа.• Однако из-за больших усилий НТМО дороже и сложнее ВТМО, т.к. требуются обжатия до 90%. Кроме того стали обладаютразличной устойчивостью переохлаждѐнного А.• ВТМО имеет меньшую прочность - 2400 МПа, но вышепластичность, уд вязкость, трещиностойкость на 20-50%.• Обжатие требуется до 40%, А выше точки А3 пластичен истабилен.• Максимальная прочность 3000 МПа достигнута по схеме• ВТМО + пласт деформация среднеуглеродистых сталей.• Мартенсито-стареющие стали имеют более высокийкомплекс прочность – пластичность, уд вязкость, трещиностойкость.
Достигается мартенситным упрочнением + старением М.Состав сплавов и мех свойства приведены в табл. 16.8.Табл. 16.8• Ni стабилизирует А, снижает температуру М превращения.• Высокий уровень Ni, Со и низкий С обеспечивают подвижностьдислокаций в пересыщенном Fe – Ni мартенсите и, в результате– высокие П-В-Т при прочности 90-100% МПА.• При старении 480-520°С из М выделяются дисперсныеинтерметаллиды Ni3Тi, NiАl, Fe2Мо, Ni3Мо и др., когерентносвязанные с матрицей. Наибольшее упрочнение вызывают Тi,Аl.
Для МСС характерны высокие предел текучести и упругости,выше лучших пружинных сплавов, а также низкий Т50.• Окончательно, при прочности более 2000 МПа, стали имеютвысокий комплекс П-В-Т в широком интервале от криогенных до400-500°С.• При Cr более 12% стали коррозионностойкие.• МСС обладают неограниченной прокаливаемостью, свариваемостью, до старения легко деформируются, обрабатываютсярезанием.
Исключено коробление, обезуглероживание.• Высокая стоимость. Применение в авиации, ракетной икосмической технике, судостроении, приборостроении.• Метастабильныеаустенитныестали(трипстали)–высокопрочные высоколегированные стали повышеннойпластичности. Примерный состав – 25Н25М4Г, 30Х9Н8М4Г2С2.• Трип стали закаливают от 1000-1100°С. После закалки сталиимеют устойчивый А (Мн ниже 0°С) с высокой вязкостью, нонизким пределом текучести.• Упрочнение – пластическая деформация со степенью обжатиядо 80% при 400-600°С, что ниже Трек.• Наклѐп совмещается с карбидным упрочнением, деформационным старением. Предел текучести до 1800 МПа, высокийкомплекс П-В-Т.• Высокий П-В-Т по механизму мартенситного превращения придеформировании.
При старении А обедняется С и становитсянеустойчивым. Под действием напряжений происходитпревращение А в М (мартенсит деформации).• Трип стали требуют больших усилий деформирования и затрат.• Применение – авиация, космическая техника, броня, проволокатросов.• На рис.16.6.показанатрещиностойкостьтрип сталей -1,• МСС –2,• хромоникелевых -3,для разных уровнейпредела текучести.Рис.16.6••••На рис.16.7. показанапластичность сталейпосле ТМО -1,МСС –2,хромоникелевых безТМО - 3,трип сталей- 4,для разных уровнейпредела текучести.Рис.16.7Лекция15СТАЛИ И СПЛАВЫ С ВЫСОКИМИ УПРУГИМИХАРАКТЕРИСТИКАМИУчебные вопросы:1. Основные требования к пружинным материалам2. Рессорно-пружинные стали3.
Материалы для упругих элементов приборовЛитература:(1). стр. 302-318.(2). стр. 349-351.1. Основные требования к пружинным материалам• В машиностроении широко используются рессоры, амортизаторы,силовые пружины. В приборостроении упругие элементы –мембраны, пружины, пластины реле, сильфоны, растяжки и др.• Детали отличаются разнообразием форм, размеров, условиямиработы – статическими, циклическими, ударными нагрузками.• Общим для них является требование отсутствия или ограниченияостаточной (пластической) деформации.• Кроме обычных требований КП они должны иметь высокоесопротивление малым пластическим деформациям.• В условиях кратковременного статического нагружения этоопределяется пределом упругости.
При длительномстатическом или циклическом нагружении – релаксационнойстойкостью.• Релаксация - это снижение напряжений в течение длительноговремени при заданной деформации.• После снятия нагрузкиматериалы с низкойстойкостью крелаксации имеютостаточнуюпластическуюдеформацию, т. е.изменение размеров(осадку), рис.17.1.Такие детали приповторном нагружениине развиваютнеобходимыххарактеристик.Рис.15.1• В соответствии с дислокационной моделью пластическойдеформации для релаксационной стойкости необходимо создатьусловия стабильности дислокационной структуры.• Для этого необходимо заблокировать движение всех или почтивсех дислокаций при действующем уровне напряжений.Действующий уровень определяется внешними и внутренниминапряжениями, которые могут складываться.• Для закрепления Д используют:• легирование;• повышение плотности Д;• выделение дисперсных частиц вторичных фаз и др.• Наиболее эффективной считается ТМО.• 2.
Рессорно-пружинные стали• Характеристикой сопротивления микропластическим деформациямматериала является условный предел упругости ζ0,002 с допуском наостаточную (пластическую) деформацию 0,002%. Его определяютпри испытании на растяжение по ГОСТ1497-88*.• Максимальную упругую деформацию найдѐм ε= ζ0,002 /Е.• Среднеуглеродистые малолегированные стали с их высокиммодулем упругости Е=2,06х10(4) кН/см2 используются дляизготовленияжѐстких(силовых)упругихэлементов,применяющихся в машиностроении, на ж/д, станкостроении, дляупругих элементов приборов.• В пружинных сталях экономкласса, с высоким уровнем рабочихнапряжений, остро стоит вопрос сопротивления хрупкомуразрушению. Обычно указывают на уровень пластичности δ=7-8%.Однако ударная вязкость при этом составляет менее 0,4 МДж/м2,что подтверждает опасность хрупкого разрушения стали.Необходимыйкомплекссвойствобеспечиваетсят/оилегированием.
Т/о зак + отп (360-450°С) на структуру троостита.Троостит имеет стабильную Д структуру.• Рессорно-пружинные стали– углеродистые и легированные, по•••••ГОСТ 14959. Они содержат углерод 0,5-0,7% и ЛЭ- Si (1-3%),Mn (1%). В сталях ответственного назначения дополнительно –Cr (1%), V (0,15%), Ni (н/б 1.7%).Дополнительные ЛЭ мало влияют на предел упругости, ноулучшают прокаливаемость, релаксационную стойкость, пределвыносливости.Стали 65-70Г имеют низкую релаксационную стойкость. Нагревн/б 100°С.
Малая прокаливаемость, небольшие сечения.Сталь поставляется полосами. Небольшие пружиныизготавливают из т/о стали - навивают, гнут. Крупным – из-забольших усилий придают форму в отожжѐнном состоянии итермообрабатывают.Кремнистые стали 55С2, 60С2А, 70С3А дешѐвые, для пружин tдо 18 мм. Стали устойчивы к росту зерна при нагреве подзакалку, но склонны к обезуглероживанию.В кремнемарганцовистых сталях типа 60СГА склонность кобезуглероживанию меньше.• Стали 50ХФА, 50ХГФА теплостойкие, меньше чувствительны кконцентраторам напряжений.
Для ответственных пружин до300°С.• Стали 60С2ХА, 60С2Н2А прокаливаются до 50 и 80 мм.Применяются для крупных, тяжелонагруженных, особоответственных пружин.• Наиболее высокие свойства 70С3А, 60С2ХА, 60С2Н2А.• ζВ н/м 1800 МПа, ζ0,2 н/м 1600 МПа; δ н/м 5%; ζ0,01 н/м 880 МПа.• Повышение выносливости и снижение чувствительности кконцентраторам напряжений исостоянию поверхностипреодолевается поверхностным наклѐпом – обработкойдробью, песком.• Недостаточна также коррозионная стойкость этой группысталей.• 3. Материалы для упругих элементов приборов кроме свойствхарактерных для пружин, в зависимости от условий работыдолжныобладатькоррозионнойстойкостью,электропроводностью, немагнитностью.
Важно – стабильностьсиловой характеристики.• Характеристика–зависимостьдеформацииотсилы(напряжения). Чем больше упругое перемещение точки элементаот единицы напряжения, тем выше его чувствительность,полезное качество для приборов, датчиков, чувствительныхэлементов.• Характеристика определяется как материалом (Е, ζ0,002 ), так иконструкцией (число витков, диаметр, диаметр проволоки, формаи др.).• Сталь с высоким Е уступает по чувствительности другимматериалам. Ве бронзы имеют в 2 раза меньший Е, рис.15.2.• Искажение характеристики вызвано неупругими эффектами– упругое последействие, релаксация, гистерезис,внутреннее трение.• Упругое последействие – задержка во времени упругойдеформации от напряжений при быстром нагружении, рис.15.3, точки а, б.
Прямое и обратное последействие.Рис.15.3Рис.15.2. 1- бронза,2 – сталь.• Релаксация–микропластическаядеформация, снижение доточки с.• Гистерезис – несовпадениекривойнагруженияиразгружения,рис.15.4.Гистерезисвызванпоглощениемэнергииматериалом• Мера поглощения – площадьпетли за один цикл.• Неупругиеэффектывызываются неоднородностьюстроенияреальныхполикристаллов. Напряжениеразвитияпластическихдеформаций в микрообъѐмахматериала имеет разброс, врезультате течение наступаетне при строго определѐнномнапряжении , а в интервале.Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
