Дәріс 9. Легірленген болаттардың сыныпталуы

Легірленген болаттар арнайы енгізілетін түрлі мөлшердегі легірлеуші элементтерден құралады. Легірлеуші элементтерді орыс әріптерімен белгілейді: марганец – Г, кремний – С, хром – X, никель – Н, вольфрам – В, кобальт – К, молибден – М, алюминий – Ю, мыс – Д, титан – Т, ванадий – Ф, ниобий – Б, бор – Р, цирконий – Ц, фосфор – П, азот – А. Әріптен кейінгі сан легірлеуші элементтің бүтін санға дөңгелектенген шамаланған пайыздық мөлшерін көрсетеді. Көміртегінің мөлшері жүздік пайыздық мөлшерінде көрсетіледі. Болаттың кейбір түрлерінің ентаңбасында қосымша мәліметтер болуы мүмкін. Автоматты болаттар А әріпімен, шарикті – мойынтіректі Ш, тез кескіш – Р, магнитті – Е әріптерімен белгіленеді.

Легірленген болаттардың құрылымы бойынша сыныпталуы. Легірленген болаттар құрылымы бойынша босаңдатылған және қалыптандырылған күйдегі деп бөлінеді. Босаңдатылған күйдегі болаттар келесідей негізгі құрылымдық сыныптарға бөлінеді: эвтектоидқа дейінгі, эвтектоидтан кейінгі, ледебуритті, ферритті.

Эвтектоидқа дейінгі болаттардың құрылымы ферриттен және перлиттен, эвтектоидтан кейінгі болаттар – перлиттен және екінші ретті карбиттен құралады. Қалыптандырылған күйінде болаттар құрылымы бойынша төмендегідей құрылымдық сыныптарға бөлінеді: перлитті, мартенситті, аустенитті.

Автоматты болаттар. Автоматты болаттар – кесумен жақсы өңделетін болаттар. Оларды метал кескіш білдек – автоматтардың тетікбөлшектерін массалы өндіру үшін қолданады. Кесумен өңдеуді жақсарту үшін болаттарға әдеттегі көміртекті болаттармен салыстырғанда көп мөлшерде күкірт пен фосфор енгізіледі. Автоматты болаттарды А әріпімен белгімейді және әріптен кейінгі сан көміртегінің жүздік пайыздық мөлшерін көрсетеді. Кейбір автоматты болаттардың химиялық құрамы мен механикалық қасиеттері (МЕСТ 1414 – 75) 9.1 – кестеде келтірілген. Сонымен қатар автоматты болаттарды кесумен өңделгіштік қасиетін жоғарлату үшін оларға қорғасын енгізеді.

9.1 – кесте

Автоматты болаттардың химиялық құрамы және механикалық қасиеттері

Болат ентаңбасы	C, %	Мn, %	S, %	P, %	sв, МПа	d, %	y, %	НВ
А12	0,08-0,16	0,60 – 0,90	0,08 – 0,20	0,08 – 0,15
А20	0,15 – 0,25	0,60 – 0,90	0,08 – 0,15	< 0,06
А30	0,25 – 0,35	0,70 – 1,0	0,08 – 0,15	< 0,06
А40Г	0,35 – 0,45	1,20 – 1,55	0,18 – 0,30	< 0,05

Құрамында қорғасыны бар болаттарда А әріпінен кейін С әріпімен белгілейді (мысалы, АС14, ЛС40). Көміртектіден басқа легірленген автоматты болаттар да шығарылады. Легірлеуші элементтер (марганец, хром, никель) болаттың термиялық өңделген күйінде беріктігі мен соққы тұтқырлығын жоғарлатады. Бірақ легірлеуші элемент болаттың кесумен өңделгіштігін төмендетеді, сондықтан автоматты болаттар аз легірленген болаттардың қатарына жатады.

Көміртектенетін болаттар. Көміртектенетін болаттарды тозуға және ауыспалы немесе соққы жүктемелері кезінде жұмыс істейтін тетіктерді дайындау үшін қолданады. Талап етілетін қасиеттерге көміртектенетін болаттар термиялық өңдеу (шынықтыру және төменгі босату) арқылы жетуге болады. Көміртектендіруді құрамында 0,08 – 0,25 % С болатын болаттарға жүргізіледі, ол тетіктердің өзегін жұмсақ етіп алуға мүмкіндік береді. Көміртектенетін көміртекті болаттар 15, 20, 25, аз күш түсірілетін жағдайларда жұмыс істейтін орташа өлшемді тетікбөлшектерді (төлкелер, осьтер, біліктер және т.с.с.) дайындау үшін қолданылады.

Көміртектену, суда шынықтыру және төменгі босатудан кейін бұл болаттардан жасалған тетікбөлшектердің беті жоғары қаттылыққа (НRС60 – 64) ие болады. Өзегі шынықпайды жұмсақ болып қалады.

Хромды – никельді болаттар 20ХН, 12ХНЗА, 20ХНЗА, 20Х2Н4А және т.б. жоғары жүктемелер кезінде жұмыс істейтін орташа және үлкен өлшемді тетіктерді (тісті дөңгелектер, біліктер және т.б.) дайындау үшін қолданылады. Олар ен жақсы конструкциялық болаттар болып табылады және никельдің тапшылығынан олардың қолданылуы шектеулі. Хромды – никельді болаттарды мүмкін болған жағдайдың барлығында никельсіз болаттарға алмастырады.

Аз мөлшердегі (0,03 – 0,09 %)титан (18ХГТ; 25ХГТ; ЗОХГТ) немесе (0,20 – 0,30 %) молибден (25ХГМ) қоспаларымен үнемді легірленген хромды – марганецті болаттар хромды – никельді болаттарды алмастыру үшін кеңінен қолданылады. Никельдің орнына оларға марганец енгізілген.

Хромды – никельді – молибденді (вольфрамды) болаттарды 18Х2Н4МА (18Х2Н4ВА) аса жоғары жүктемелерге түсетін тетіктерді дайындау үшін қолданады. Бұл болаттардың 18Х2Н4МА (18Х2Н4ВА) жоғары өзіндік құны және термиялық өңдеудің өте күрделі түрін қолдану кемшілігі болып табылады.

Аз легірленген болаттар. Төмен легірленген құрылыс болаттары көміртекті болаттармен салыстырғанда жоғары беріктікке және төмен морт сынғыштыққа ие болады, олды қолдану құрылыс конструкцияларының массасын төмендетеді және сенімділігін арттырады (09Г2, 09Г2С, 15ГФ, 15Г2СФ, 15ХСНД). Беріктік қасиеттерінің шегіне байланысты (беріктіктің негізгі көрсеткіші ретінде аққыштық шегін s_т қабылдайды) аз легірленген құрылыс болаттарын жоғарлатылған беріктігімен (s_т < 400 МПа) және жоғары берік (s_т = 450 – 750 МПа) болаттар деп бөлуге болады.

Аз перлитті болаттардың құрамында көміртегі мөлшері аз (0,10% дейін) болады, нәтижесінде бұл болаттардың құрамында перлиттің мөлшері азаяды. Ол болаттың соққы тұтқырлығының жоғарлауына, суықтай сынғыштық шегінің төмендеуіне,және пісірілгіштіктің жақсаруын тудырады (мысалы, 09ГФБ болаты құрамында 0,09 % С).

Аз көміртекті бейнитті болаттар қатты суытылған аустениттің жоғары тұрақтылығына ие болады. Илемдеу температурасынан төмен салқындатқан кезде аустенит инелі феррит пен аз көміртекті бейнитке ыдырайды. Мұндай болаттарға 08Г2МФБ ~ 0,08 % С; ~1,6 % Мn; ~0,2 % Мо; 0,06 % V; 0,05 % Nb). жатады.

Жақсартылатын болаттар. Термиялық жақсартуға болатын болаттар – шынықтыру және жоғары босату, босатылған сорбит құрылымын алуды қамтамасыз етеді, күрделі кернеулер кезінде жұмыс істейтін тетікбөлшектерді жасау үшін кеңінен қолданылады (ауыспалы және динамикалы жүктемелер кезінде жұмыс істейтін тетіктер). Бұл болаттарға морт сынғыштыққа қарсы тұру маңызды орын алады. Олар өте жоғары конструкциялық беріктікке ие болуы керек. Жақсартылатын болаттар – орташа көміртекті. Легірленген жақсартылатын болаттарды ірі және ауыр жүктелген жауапты тетікбөлшектерді жасау үшін қолданады (40Х, З0ХГСА, 40ХН, З0ХНЗА, 40ХН2МА, 36Х2Н2МФА).

Хромды – кремнийді және хромды – кремний – марганецті болаттар 33ХС, 38ХС, 25ХГСА, 30ХГСА, 35ХГСА және т.б. құрамында қымбат элементтер болмайды, жоғары беріктікке және орташа тұтқырлыққа ие болады. Авиацияда кеңінен тараған 30ХГСА (хромансиль) болаты, жақсы пісірілгіштікке ие болады. Хромансиль болаты қымбат хромды – никельді немесе хромды – молибденді болаттарды алмастыру үшін қолданылады. Хромды – никельді 40ХН, 45ХН, 50ХН, 30ХН3А болаттары жақсы шынықтырылатын және жоғары тұтқырлыққа (никельдің әсерінен) ие болады. Хромды – никельді – молибденді болаттар жақсы конструкциялық болаттар болып табылады, жақсы шынықтырылады және жоғары тұтқырлыққа ие болады. Оларға 30ХН2М, 38Х2Н2МА, 40ХН2МА және т.с.с. болаттар жатады.

Жоғары берік болаттар. Жоғары берік болаттарға беріктігі s_в > 1500 Мпа болатын болаттар жатады. Мұндай беріктік дәрежесін орташа көміртекті легірленген болаттарда алуға болады, ол үшін шынықтыру мен төменгі босатуды (200 – 250 °С) немесе төменгі бейнит құрылымын алуға болатын изотермиялық шынықтыруды қолданады.

Орташа көміртекті легірленген конструкциялық болаттарды термиялық өңдеген кездегі жеткізілетін беріктік деңгейі көміртегі мөлшерімен анықталады:

С, %	0,3	0,35	0,40
sв, МПа

Беріктік дәрежесі жоғары болған кездегі шынықтыру және төменгі босатылған орташа көміртекті болаттар кернеу шоғырландырғыштарына өте сезімтал, морт сынғыштыққа икемді болып келеді, сондықтан оларды біртіндеп жүктеу жағдайларында жұмыс істейтін бөлшектерді жасау үшін қолданады.

Мартенситті – ескіретін болаттар. Жоғары берік бұл топтың болаттары айтарлықтай кейінгі кезде ашылған. Легірлеу әдістері және термиялық өңдеу түрі бойынша бұл болаттар әдеттегі конструкциялық болатардан ерекшеленеді. Легірлеу және термиялық өңдеу нәтижесінде қол жеткізілетін мартенситті ескіретін болаттардың механикалық қасиеттердің кешені орташа көміртекті легірленген беріктігі жоғары болаттардың қасиеттеріне қарағанда артық болады. Сонымен қатар, мартенситті ескіретін болаттардың морт сынғыштыққа қарсыластық қабілеті жоғары, кернеу шоғырландырғыштарға сезімталдығы төмен, жақсы пісірілетін болады. Оларды криогенді (–196 °С) – дан 450 °С дейінгі температуралар кезінде жұмыс істеу үшін қолдануға болады (Н18К9М5Т, Н18К12М5Т2, Н16К4М5Т2Ю, Н18К14М5Т). Мартенситті есіретін болаттардың құрамында тәжірибе жүзінде көміртегі болмайды деуге болады (0,03 % С дейінгі мөлшерде болуы мүмкін).

Негізгі легірлеуші элемент – никель. Мартенситті ескіретін болаттарды жаңа техникалардың, ұшақ және зымыран жасауда жауапты бөлшектерді жасау үшін қолданады. Сонымен қатар, олар серіппелерді жасауда жақсы материал болып табылады. Жоғары суыққа тұрақтылығына байланысты оларды криогенді техникада қолданады.

Серіппелі – рессорлы болаттар. Серіппелер мен рессорлар машиналар мен механизмдердің маңызды тетікбөлшектері болып табылады. Тұрақты соммалық деформация кезіндегі кернеуді өзіндік төмендету кернеулер релаксациясы деп аталады. Кернеулер релаксациясы серіппелер жұмысының серпімділігі мен сенімділігін төмендетеді. Серіппелер және рессорлар коміртекті (0,65 – 0,85 % С) және легірленген (0,5 – 0,7 % С) конструкциялық болаттардан дайындалады. Серіппелік көміртекті болаттардың кемшіліктеріне прокаливаемость және босату кезінде жылдам беріксізденуі жатады.

Серіппелі – рессорлы болаттарды серпімділік шегін жоғарлататын легірлеуші элементтермен Si, Mn, Cr, V, W легірлейді. Аталған элементтермен легірленген болаттар 200—250 °С температураларға дейін қыздырған кезде жұмыс істей алады. Сондықтан оларды аса жауапты және ауыр жүктелген серіппелерді жасау үшін қолданады. Сонымен қатар, серіппелер үшін құрамында бор элементі бар (мысалы, 55ХГР, 50ХФРА және т.с.с.). қорытпалар қолданылады.

Шарикті – мойынтіректі болаттар. Шарикті – мойынтіректі болаттар конструкциялық болаттардың ерекше тобын құрастырады. Олардың негізгі ерекшелігіне құрамындағы көміртегінің жоғары мөлшері (~1 %) және хромның болуы (ШХ15, ШХ15СГ, ШХ4, ШХ20СГ) болып табылады. Болат ентаңбасындағы ШХ әріптері шарикті – мойынтіректі хромды екенін, ал әріптен кейінгі сандар хромның ондық пайыздық мөлшерін көрсетеді.

Шарикті – мойынтіректі болаттарға қойылатын негізгі талаптар жоғары беріктік және тозуға төзімділік болып табылады. Шарикті – мойынтіректі болаттарға карбиттердің біртекті таралуына және тазалығына жоғары талаптар қойылады. Шарикті – мойынтіректі болаттардың термиялық өңделуіне жасыту, шынықтыру және босату жатады.

Нег. 2[259 – 290]

Бақылау сұрақтары:

1. Тағайындалуы бойынша легірленген болаттар қалай сыныпталады?

2. Құрылымы бойынша легірленген болаттар қалай сыныпталады?

3. Қандай болаттар легірленген болаттар деп аталады?

4. Болаттардың қасиеттеріне легірлеуші элементтер қалай әсер етеді?

5. Қандай болаттар мартенситті – легірленген болаттарға жатады?

Дата добавления: 2013-12-13