1.2. Легированные конструкционные стали

Конструкционные легированные стали в свою очередь делятся на стали повышенной обрабатываемости резанием, стали низколегированные, цементуемые (нитроцементуемые) и стали улучшаемые.

Легированные конструкционные стали повышенной обрабатываемости резанием(автоматные стали). В углеродистых конструкционных автоматных сталях повышено содержание серы и фосфора, что обеспечивает образование короткой и ломаной стружки, получение гладкой блестящей поверхности при резании. Большое распространение получили легкообрабатываемые легированные стали, содержащие свинец и кальций (Ц – кальций), способствующие лучшему отделению стружки (АС12ХН, АЦ20ХГНМ, АСЦ30ХМ и др.).

Низколегированные конструкционные сталисодержат не более 0,22 % углерода и сравнительно небольшое количество недефицитных легирующих элементов марок 14Г2, 18Г2С, 10ГТ.

Для отливки деталей рам тележек вагонов и корпусов автосцепок используют сталь марки 20ГФЛ. Эти стали обладают хорошими технологическими свойствами, достаточно высокой прочностью (в 1,5 – 2 раза выше, чем у углеродистой стали), хорошей свариваемостью, более высокой стойкостью к коррозии. Применение низколегированных сталей вместо углеродистых позволяет экономить 20 – 30% металла. Стоимость большинства марок низколегированной стали всего на 10 – 15 % выше углеродистой.

Легированные конструкционные цементуемые стали– это низколегированные стали (не более 0,3 % углерода), они обязательно подвергаются химико-термической обработке (цементации, нитроцементации, борированию и т. п.) с последующей закалкой и отпуском, применяются для изготовления деталей, требующих высокой поверхностной твердости и прочной вязкой сердцевины. После закалки и отпуска поверхностный слой должен иметь твердость не нижеHRC58 – 62.

Хромоникелевые 12ХН3А, 20Х2Н4А, хромомарганцетитановые 18ХГТ, 25ХГТ, хромоникельмолибденовые 18Х2Н4МА стали применяются для деталей средних и больших размеров, работающих на износ при ударных и знакопеременных нагрузках. В частности, из сталей марок 12ХН3А и 20ХН3А делают шестерни зубчатой передачи колесомоторного блока локомотивов и электропоездов.

Легированные конструкционные улучшаемые сталиобщего назначения – среднеуглеродистые, содержат 0,3 – 0,5 % углерода и подвергаются закалке и высокому отпуску (улучшению); они должны иметь высокую прочность при достаточной пластичности, малую чувствительность к концентраторам напряжения, высокий предел выносливости и хорошую прокаливаемость.

Хромистые стали марок 30Х, 38Х, 40Х и 50Х применяют для изготовления средненагруженных деталей: зубчатых колес, валов, рычагов, ответственных болтов и гаек. Стали марок 30ХР, 40ХРА, 33ХС, 38ХСА имеют повышенную прочность, хорошую прокаливаемость.

Хромокремнемарганцевые стали марок 30ХГСА, 35ХГСА, 40ХГСА, называемые «хромансиль», не содержат дефицитных легирующих элементов, но имеют высокие механические свойства, хорошо свариваются и часто являются заменителями более дорогих хромоникелевых и хромомолибденовых сталей.

Хромоникелевые стали марок 30ХН3А, 40ХН, 45ХН после термической обработки имеют высокую прочность и пластичность, хорошо сопротивляются ударным нагрузкам, прокаливаются на значительно большую глубину по сравнению с другими легированными сталями. Из этих сталей изготавливают венцы тяговых зубчатых передач локомотивов с применением улучшения и поверхностной закалки с нагревом токами высокой частоты (ТВЧ).

Группа рессорно-пружинных сталей. Основным требованием, предъявляемым к рессорно-пружинным сталям, является высокий предел упругости и выносливости. Этим условиям удовлетворяют стали, легированные элементами, повышающими предел упругости: кремний, марганец, хром, ванадий, вольфрам.

Специфическим в термической обработке рессорных листов и пружин является применение закалки и среднего отпуска при температуре 400 – 500С (в зависимости от стали). Это необходимо для получения структуры троостита отпуска (с твердостьюHRC42 – 48), обеспечивающего наиболее высокий предел упругости.

Для изготовления пружин вагонов, некоторых автомобильных рессор, в станкостроении, для торсионных валов наиболее часто применяют кремнистые стали марок 55С2, 60С2, 70С3А, которые имеют высокий предел текучести и упругости.

Дополнительное легирование кремнистых сталей хромом, марганцем, вольфрамом и никелем увеличивает их прокаливаемость, уменьшает склонность к обезуглероживанию и увеличению зерна при нагреве. Стали марок 60С2ХФА и 65С2ВА применяют при изготовлении крупных высоконагруженных пружин и рессор.

Шарикоподшипниковые сталимаркируются буквой «Ш». Основной маркой шарикоподшипниковой стали является ШХ15, химический состав которой – 0,95 – 1,05 % углерода и хрома – 1,3 – 1,65. После закалки с 840 – 860С в масле и отпуска при 150 – 170С твердость достигаетHRC62 – 65. Для изготовления более крупных подшипников используется хромомарганцевокремнистая сталь марки ШХ15СГ (0,4 – 0,65 % кремния, 0,9 – 1,2 – марганца).

Крупные подшипники диаметром более 500 мм, работающие при высоких динамических нагрузках, изготавливают из цементуемых сталей 20Х2Н4А и 18ХГТ с более сложной термической обработкой после цементации.