Размещено на http://www.allbest.ru/

НОВЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ В СОЗДАНИИ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫХ СТАЛЕЙ

Цементуемые стали

сталь цементация легирование азотируемый

Учитывая дефицитность никеля, разрабатываются безникелевые цементуемые стали типа 15ХГ2МФ. Частично никель заменяют на марганец: 20ХГНМФ.

Ванадий и титан являются дорогими элементами, их заменяют комбинацией азота и алюминия, например: 25ХГНМАЮ.

Л.С. Малиновым предложены принципиально новые цементуемые низкоуглеродистые мартенситные стали, содержащие 4…16 % Мn (ЦНИМС). Примером таких сталей являются: 08Г4АТФ, 08Г7АФ, 08Г10Х2АФ, 08Г(4-16)ТЮ. Задача сводится к получению в поверхностном слое после цементации и последующей термообработки аустенитной структуры, армированной карбидами. Метастабильный аустенит в процессе деформации превращается в мартенсит деформации, повышая абразивную износостойкость сталей.

Новым направлением в технологии является вакуумная цементация, которая позволяет существенно сократить расход газа - карбюризатора, ионная цементация в тлеющем разряде (ускоренный процесс), цементация в кипящем слое, с нагревом ТВЧ и с использованием источников концентрированной энергии: лазерные лучи, плазменная струя. Это обеспечивает высокую твердость поверхности и получение необходимого количества метастабильного аустенита в структуре, а также чередование в заданной последовательности твердых и мягких составляющих, что существенно повышает износостойкость и другие служебные свойства сталей.

Созданы дисперсионно-твердеющие стали, которые могут работать не только при температурах до 200 єС, но и повышенных температурах (~450-500 єС).

Показана целесообразность цементации строительных сталей, а также сталей со средним и повышенным содержанием углерода. После закалки с определенной для каждой стали температуры в поверхностном слое получают метастабильный аустенит, количество и степень стабильности которого выбирают в зависимости от условий эксплуатации, что повышает долговечность деталей.

Улучшаемые стали

Показана целесообразность использования технологии лазерного упрочнения для сталей типа 40ХНМА. Увеличение скорости сканирования лазерного луча приводит к уменьшению глубины упрочненного слоя и достижению максимальной поверхностной твердости. В зависимости от характеристик микроструктур упрочненный лазером слой имеет три зоны: зону полного упрочнения, переходную зону и отпущенную зону.

Эффективно применение объединенного процесса: лазерной закалки + азотирования стали 38ХМЮА. Если произвести сравнение глубины упрочненных слоев и их поверхностной твердости после процессов лазерной закалки (ЛЗ), азотирования с последующей лазерной закалкой (А+ЛЗ) и лазерной закалки с последующим азотированием (ЛЗ+А), то увидим, что обработка с применением (ЛЗ+А) по сравнению с одним (А) повышает твердость поверхности без изменения глубины упрочненного слоя. Обработка по режиму (А+ЛЗ) способствует увеличению глубины предварительно азотированного слоя, но понижает твердость поверхности. Исследовано также влияние лазерной закалки, но с последующей обработкой лазерным ударом на примере стали 40Х. Показано положительное влияние двойной обработки (по сравнению с одной лазерной закалкой), повысившей твердость упрочненной зоны стали 40Х на 11 %, износостойкость на 100 % и создавшей остаточные внутренние напряжения сжатия.

Еще один путь улучшения качества среднеуглеродистых сталей - микролегирование ванадием, ниобием, алюминием.

К новым улучшаемым сталям, создаваемым в последние годы, следует отнести и стали, легированные азотом (например. 35Х2АФ). Азот, растворяясь в образовавшихся фазах, или образуя новые сложные по составу фазы, придает сталям повышенные механические свойства. Практическое значение азотосодержащих сталей проявляется уже сейчас, а их роль в дальнейшем возрастает еще значительнее в связи с обострением проблемы рационального использования легирующих элементов. Введение в сталь в качестве легирующего элемента азота, позволяет стабилизировать аустенит, а также без потери механических и специальных свойств заменять никель, марганец и другие элементы - аустенитизаторы. С одной стороны, это позволит сократить применение в качестве легирующих указанных элементов, с другой, что особенно важно, - снизить стоимость сталей.

Среди элементов, перспективных для легирования сталей, азот, бесспорно, занимает важнейшее место. Основное преимущество азота перед другими элементами, которыми легируют железные сплавы, заключается в его наличии и природе практически в неограниченном количестве (прежде всего, в воздухе). Получение азота из воздуха не требует разрушения недр земли, неизбежного при добыче руд и наносящего значительный вред природе. Применение азота способно успешно заменяет никель и марганец в сталях, что позволит уменьшить в 1,5-2 раза расход этих важнейших для легирования сталей элементов. В связи с этим при полноценном использовании азота добыча руд этих металлов может быть существенно сокращена. Экологические последствия такого сокращения трудно переоценить.

Не менее важным является и то, что, используя азот для легирования сталей, у которых специальные свойства будут сочетаться с высокой прочностью, можно при одной и той же потребности сократить объем производства на 30-40 %. К числу таких сталей следует отнести коррозионностойкие, теплостойкие, износостойкие и некоторые другие. Сокращение объема производства становится возможным также благодаря высоким эксплуатационным характеристикам сталей, легированных азотом, чем у традиционных сталей рассматриваемых типов. Сокращение объема производства означает уменьшение затрат энергии, а также отрицательного влияния на природные условия факторов, неизбежно сопровождающих работу металлургических заводов. Поэтому эффективное влияние азота на структуру и свойства стали бесспорно.

Пружинные стали

Анализ свойств пружинных сталей общего назначения показывает, что при соответствующем их составе и структурном состоянии можно получить высокие значения сопротивления микро- и малым пластическим деформациям, определяющим основные характеристики пружин.

Для достижения высокого сопротивления микро- и малым пластическим деформациям углеродистые стали должны содержать повышенное содержание углерода (обычно 0,8-1,2 %), а в легированных сталях при содержании 0,4-0,6 % С должны присутствовать карбидообразующие элементы - марганец, хром, ванадий, молибден и др.

Очень эффективным оказалось и микролегирование сталей таким поверхностно- активным элементом, как бор. Вот как влияет введение бора на деформируемость при волочении катанки из среднеуглеродистой стали. Известно что одним из наиболее эффективных способов повышения производительности и снижения затрат при производстве проволоки является устранение патентирования катанки перед волочением. Поэтому повышение пластических характеристик катанки является весьма важным для предотвращения образования трещин при волочении. Наиболее благоприятной структурой катанки является перлитная с малым количеством цементита. Добавка бора незначительно влияет на механические свойства эвтектоидной стали. Но легирование бором среднеуглеродистой стали повышает пластические свойства проволоки, особенно после большой деформации. Легирование бором среднеуглеродистой стали приводит к уменьшению количества феррита и стабилизации цементита, что повышает степень деформационного упрочнения стали.

Легирование пружинных сталей наряду с повышением предела упругости обеспечивает улучшение релаксационной стойкости. Подбором режима термической обработки можно получить различные соотношения прочности и пластичности при достаточном сопротивлении хрупкому разрушению. Термически упрочнить детали можно, используя во время закалки различную методику охлаждения в различных интервалах температур, особенно в интервале температур мартенситного превращения и новую методику отпуска. При новой методике охлаждения и отпуска обеспечивается минимальная деформация и меньшая анизотропия ударной вязкости, что повышает надежность и долговечность изделий, ускоряет процесс производства.

Перспективным для изготовления пружин является использование мартенсито-стареющих сталей, в которых упрочнение достигается совмещением мартенситного превращения с дисперсионным твердением. Повысить комплекс механических свойств таких сталей можно за счет определенных структурных условий. Возможно, повысить одновременно показатели прочности, пластичности и трещиностойкости при наследовании процессом завершающего термического упрочнения пластифицирующего эффекта предварительной термообработки.

При старении пружин в свободном состоянии может происходить увеличение диаметра и уменьшение высоты пружины вследствие релаксации внутренних напряжений в металле, образованных при волочении и навивке пружины. Проведение старения в «заневоленном» состоянии обеспечивает определенное ограничение на изменение формы пружины при динамическом старении, что облегчает выход их геометрических параметров на требуемые размеры. Это является актуальным при производстве пружин с высокими требованиями к их геометрии и нагрузочным характеристикам. Существует зависимость механических характеристик проволоки с различной степенью деформации от температуры старения. Установлена линейная зависимость остаточной осадки пружин от величины напряжений в сплаве при динамическом старении. Внутренние напряжения при старении пружины в сжатом состоянии ускоряют процесс дисперсионного твердения сплава и повышают его упругие свойства.

Таким образом, очень эффективно применять динамическое старение пружин с целью стабилизации их геометрических параметров.

Вопросы для самопроверки:

1. Какие требования предъявляются к сталям для цементации и нитроцементации?

2. Каковы принципы легирования, роль легирующих элементов и области применения рассматриваемых сталей?

3. Какова термическая обработка сталей после цементации и нитроцементации?

4. Каковы современные направления в создании рассматриваемых сталей?

5. Приведите данные об азотируемых улучшаемых сталях (составы, структура, свойства). Каковы их преимущества и недостатки по сравнению с цементируемыми сталями?

6. Требования, предъявляемые улучшаемым сталям?

7. Каковы принципы легирования и термообработки улучшаемых сталей?

ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОК

1. Малинов Л. С. Учебное пособие для самостоятельной работы при изучении дисциплины «Сплавы с особыми свойствами» (для студентов дневной и заочной форм обучения специальности 6.0901) / Сост.: Л. С. Малинов, Н. А. Солидор. - Мариуполь : ПГТУ, 2005. - 133 с.

2. Мозберг Р. К. Материаловедение / Р. К. Мозберг. - М. : Высшая школа, 1991. - 448 с.

3. Гуляев А. П. Металловедение / А. П. Гуляев. - М. : Металлургия, 1987. - 430 с.

4. Журавлев В. Н. Машиностроительные стали / В. Н. Журавлев, О. И. Николаева. - М. : Машиностроение, 1991. - 391 с.

5. Малышевский В. А. Влияние легирующих элементов и структуры на свойства низкоуглеродистой улучшаемой стали / В. А. Малышевский // МиТОМ. - 2001. - № 9. - С. 5-9.

6. Гуль Ю. П. Улучшение свойств низкоуглеродистой стали с помощью термомеханико-термической обработки / Ю. П. Гуль // Теория и практика металлургии. - 2002. - № 3. - С. 62- 66.

7. Левченко Г. В. Особенности формирования структуры листового проката при деформации в двухфазной аустенитно-ферритной области / Г. В. Левченко // Теория и практика металлургии. - 2007. - № 4-5. - С. 107-110.

8. Науменко В. В. Влияние азота и кремния на механические и коррозионные свойства низкоуглеродистых аустенитных сталей для применения в сильнокислых средах: автореф. дис. канд. техн. наук : 29.02.12 / В. В. Науменко ; Запорож. нац. техн. ун-т. - Запорожье, 2004. - 26 с.

Размещено на Allbest.ru