Термообработваема стомана – конструкционна сплав
Характеристики и приложения
Термообработваемата стомана (12HN3A, 1.5752, 20HN3A, 30HGSNA, 30HGSA, 30H2N2M, 30CrNiMo8, 1.6580, 36HNM, 1.6773, 1.6511, 37HS, 40H2MF, 40HNMA, 40NiCrMo7, 1.6565, 45HN, 45HNMF) принадлежи към групата легирани конструкционни стомани, използвани за критични машинни части. Характеризира се с комбинация от:
- висока якост (граница на провлачване, якост на умора),
- значителна пластичност,
- висока ударна якост (устойчивост на крехко счупване).
Стомани за термична обработка и процес на обработка
Оптималните механични свойства на стоманата се постигат чрез използването на сорбитна структура, получена чрез процес на термична обработка, който включва:
- втвърдяване,
- високо темпериране.
Този процес води до подобрени механични свойства в сравнение със суровата или нормализирана стомана. Нормализираната стомана не претърпява структурни промени, свързани със закаляването и отпускането.
Историята на термина „стомана за термично подобрение“
Терминът „закалена стомана“ се появи преди няколко десетилетия, отнасяйки се до стомани, използвани за критични машинни части с високи изисквания за якост. В момента този термин не е достатъчно точен, тъй като процесът на термична обработка се прилага и за други конструкционни стомани, като например:
- постоянно за работа при ниски температури.
Съвременно разграничение между термините
В момента трябва да се прави разлика между:
- Термично обработени стомани – стомани, подложени на процес на закаляване и отпускане, независимо от последващата им употреба.
- Постоянно да се усъвършенства – традиционно наименование за група машинни стомани със строго определено предназначение.
Критерии за класифициране като термообработваема стомана
Групата на термообработваемите стомани включва стомани, предназначени за критични машинни части, които:
- имат сорбитолова структура при употреба и отговарят на изискванията за якост при стайна температура.
Стомани, които не принадлежат към тази група
Стоманите за термична обработка не включват стомани:
- проектирани да работят при температури под -10°C и над +300°C,
- изискващи повишена устойчивост на корозия,
- със специални технологични свойства (напр. лесни за заваряване или машинна обработка),
- подложени на допълнителни обработки след термично подобрение (напр. азотиране, повърхностно закаляване).
Примери за стомани извън групата на термообработваемите стомани
Стоманите, които не отговарят на горните критерии, се класифицират в отделни групи, като например:
- заваряеми стомани с повишена якост,
- свободнорежеща стомана,
- повърхностно закалена стомана,
- стомани за азотиране,
- постоянно за работа при ниски температури,
- устойчива на корозия стомана.
Някои стомани със специално предназначение също са изключени от групата на стоманите за закаляване:
- Пружинни стомани – традиционно изолирана, отличаваща се от другите закаляващи се стомани с по-високо съдържание на въглерод и по-ниска температура на отпускане, което позволява по-голяма якост.
- Стомани, предназначени за много големи изковки – характеризира се с висока бейнитна закаляемост, което позволява получаване на добри якостни свойства дори при големи напречни сечения.
Термообработваема стомана – определение и състав
След отчитане на всички ограничения, така наречените стомани за общо предназначение, включени в стандартите PN-72/H-84030 и PN-72/H-84035, се считат за подходящи за закаляване и отпускане . Това са стомани със средно съдържание на въглерод (обикновено 0,30÷0,40% C), предимно нисколегирани стомани , в които общото съдържание на легиращи елементи не надвишава 3% , по-рядко среднолегирани стомани със съдържание на тези елементи в диапазона 3-5% , и само в изключителни случаи надвишаващи 5%.
Основните легиращи елементи, които се намират в тези стомани, са:
- манган, силиций, хром, никел, молибден.
По-рядко използваните елементи включват ванадий и волфрам.
Химичният състав на тези стомани понякога е основа за по-нататъшното им разделяне, например:
- хром-никелови стомани,
- хром-молибденова стомана,
- хром-никел-молибденови стомани.
Ограничения за съдържание на замърсители
Поради високите изисквания за качество (съгласно по-старите полски стандарти), съдържанието на примеси в тези стомани е строго контролирано. Следните са ограничени:
В някои случаи, особено за стомани с висока металургична чистота, като например електрошлаково претопени стомани, допустимото съдържание на фосфор и сяра е дори по-ниско и възлиза на максимум 0,025% или дори по-малко.
Структура и свойства на стоманата за закаляване
В определението за стомана за закаляване, ключовият елемент е структурата, получена в резултат на процеса на закаляване и отпускане, която определя постигането на оптимални механични свойства.
Процесът на термична обработка обаче не винаги постига идентични структурни резултати. Степента на подобрение на механичните свойства може да варира:
- Пълен ефект – съответства на получаване на сорбитна структура, която осигурява оптимални якостни свойства.
- Непълен ефект – възниква, когато структурата е смес от сорбитол и други структурни компоненти, като например темпериран долен бейнит. В този случай не се постигат максимални механични свойства.
Степента на този ефект може да бъде ограничена и на повърхността , когато по време на втвърдяване критичната скорост на охлаждане се достига само във външните слоеве на материала.
Структурни вариации в стоманите, които ще бъдат отпускани
Важна характеристика на конструкционните стомани за термично подобрение е възможността за получаване на разнообразни структури, в зависимост от:
- химичен състав,
- закаляемост,
- размери на втвърдения обект,
- метод на охлаждане по време на втвърдяване.
Вследствие на това, механичните свойства на тези стомани могат да варират значително, което влияе върху разнообразните им приложения в промишлеността.
Структурни и якостни свойства на стоманата за термично подобрение
Оптималните механични свойства на термообработваемата стомана зависят от структурата, създадена чрез процеса на закаляване и отпускане. Прецизното определяне на технологичните условия, при които може да се постигне желаната структура, е от решаващо значение.
Характеристики на конструкционната стомана за термично подобрение
Две основни характеристики на стоманата влияят върху възможността за получаване на оптимални механични свойства:
- Нрав – способността за образуване на мартензитна структура по време на втвърдяване, която зависи от химичния състав на стоманата и се определя въз основа на:
- диаграми на аустенитна трансформация,
- криви на закаляемост,
- критични диаметри.
- Чувствителност на мартензита към отпускане – т.е. способността на мартензитната структура да променя механичните си свойства под влияние на отпускане.
Влиянието на структурата върху якостните свойства
Механичните свойства на стоманата след втвърдяване могат да варират значително в зависимост от:
- закаляемост на стоманата, размер на напречното сечение на закаления обект, метод на охлаждане.
Въз основа на това могат да се разграничат три най-характерни случая:
1. Мартензитна структура с доминиращ сорбит
Ако мартензитната структура доминира или преобладава в стоманата след закаляване, след отпускане се образува сорбитна структура . Тази структура се характеризира с оптимална комбинация от:
- висока якост якост на опън (Re, Rm),
- висока пластичност (А, Я, К).
Характеристики на сорбитола:
- Високо съотношение Re:Rm, възлизащи на приблизително 90%, независимо от химичния състав на стоманата.
- Ниска температура на преход на крехкост, в зависимост от:
- химичен състав, скорост на охлаждане след темпериране, други технологични фактори.
Механичните свойства зависят от температурата на отпускане – по-високата температура води до намаляване на твърдостта, но увеличаване на пластичността и ударната якост.
2. Смесена структура (мартензит, бейнит, перлит, ферит)
С намаляването на дела на мартензита в закаляващата се структура и увеличаването на дела на другите структурни компоненти (долен бейнит, горен бейнит, перлит, ферит), при една и съща температура на отпускане, якостта на опън постепенно намалява.
Характеристики на смесена структура:
- Намаляване на стойността на съотношението Re:Rm, в зависимост от количеството и вида на немартензитните компоненти:
- за бейнит: 74-85%, за феритно-перлитна структура: 60-70%, а понякога и по-малко.
- Повишаване на температурата на крехък преход до около 0 ° C или по-висока, което води до влошаване на ударната якост при стайна температура в сравнение със сорбитола.
- Няма подобрение в пластичността – удължението (A) и стесняването (Z) не се подобряват значително въпреки намаляването на якостта на опън.
Тази структура се характеризира с влошаване на динамичната якост, което ограничава използването ѝ в елементи, изложени на удар и циклични натоварвания.
3. Бейнитна структура за големи напречни сечения
За много големи напречни сечения, когато не е възможно да се получи пълна мартензитна структура поради ограничената скорост на охлаждане, се използват бейнитни структури.
Характеристики на бейнитната структура:
- В стандартните термообработваеми стомани, немартензитните компоненти се образуват с:
- ниска твърдост,
- ниска граница на провлачване (по-долу 40 кг/мм², т.е. приблизително 30 N / mm²).
- Чрез промяна на химичния състав е възможно да се получи долен бейнит образува се от аустенит при температури, близки до мартензитната трансформация.
- Долната бейнитна структура проявява механични свойства, подобни на мартензита, с висока якост след отпускане:
- Граница на провлачване Re do 7 кг/мм² (приблизително 690 N / mm²).
- Достатъчна пластичност, включително добра ударна якост, удължение (A) и стесняване (Z).
Пример: Този набор от якостни свойства се постига само от някои от стоманите, които ще бъдат подобрени, например 25H2N4WA , но е типичен за така наречените бейнитни стомани, предназначени за тежки, високоякостни изковки (съгласно стандарт BN-65/0661-01 ).
Мартензитна структура със сорбит
осигурява оптимална комбинация от якост и пластичност. Смесената структура намалява якостта и удароустойчивостта, особено при наличие на ферит и перлит. Бейнитна структура се използва за големи напречни сечения, където не може да се получи мартензит, но осигурява добър баланс между якост и пластичност.
Изборът на подходяща структура зависи от якостните и технологичните изисквания за дадено приложение, а контролът на процеса на закаляване и отпускане играе ключова роля при оформянето на крайните свойства на стоманата за термична обработка.
Символ на марката стомана според PN в обозначението на марката: числото в началото показва средното съдържание на въглерод в стотни от %, след което буквите означават:
H – Хром
G – Манган
S – Силиций
N – Никел
М – Молибден
F – Ванадий
W – Волфрам
тогава, ако има числа след буквите, те показват средното съдържание на даден компонент в %. Ако в края на маркировката на стоманата има буквата А, това показва по-високо качество, т.е. намалено съдържание сяра i фосфор напр. 35HGSA, 30HGSA, 30HGSNA, 12HN3A, 20HN3A, 40HNMA, 45HNMFA
Конструкционна стомана за термична обработка (класове по PN, стоманени еквиваленти и заместители, химичен състав и характеристики по GOST, EN, DIN, ASTM и други стандарти)
12HN3A – хром-никелова стомана 1.5752, 16NiCrMo12, 15CrNi13
20HN3A – хром-никелова стомана за закаляване
30HGSA – стомана за отпускане 35HGSA, 35HGS
30HGSNA – закаляваща се хром-манган-силициево-никелова стомана
30H2N2M – хром-никел-молибденова стомана 30CrNiMo8,1.6580
30HM – хром-молибденова стомана 34CrMo4, 1.7220
36HNM – хром-никел-молибденова стомана 36CrNiMo4, 36NiCrMo16, 1.6773, 1.6511
37HS – хром-силициева закаляваща се стомана
40H2MF – закаляваща се хром-молибден-ванадиева стомана
40HNMA – хром-никел-молибденова стомана (AISI 4340, 40NiCrMo6, 40NiCrMo7, 36NiCrMo16, 1.6565)
45HN – хром-никелова закалена стомана
45HNMF / 45HNMFA - хром-никел-молибден-ванадиева термообработваема стомана
Други конструкционни легирани стомани
легирани конструкционни стомани за цементация
конструкционна легирана стомана за азотиране
конструкционна легирана пружинна стомана
конструкционни легирани лагерни стомани
конструкционна легирана стомана за термична обработка
легирана конструкционна стомана за работа при повишени температури – котелна стомана
телефон: + 48 63 2610519
kontakt@alfa-tech.com.pl