I. Конструкционные машиностроительные стали

Конструкционные стали предназначены для изготовления деталей машин, приборов, инженерных конструкций, которые подвергаются механическим нагрузкам. Детали машин характеризуются различными формами, размерами, условиями эксплуатации; работают при статических, циклических, ударных нагрузках, при низких и высоких температурах и в агрессивных средах. Основные требования, предъявляемые к конструкционным материалам:

- эксплуатационные;

- технологические;

- экономические.

Конструкционная сталь должна обладать широким комплексом высоких механических свойств, например, конструкционной прочностью, обеспечивая длительную, надежную работу конструкций. Легирование позволяет повысить уровень свойств за счет упрочнения феррита при большей прокаливаемости. В легированных сталях при нагреве наблюдается меньший рост аустенитного зерна и повышенная ударная вязкость. Более высокая закаливаемость позволяет применять более мягкие охладители при закалке.

Конструкционные стали подразделяются на следующие группы:

1. Строительные стали.
2. Цементуемые стали.
3. Улучшаемые стали.
4. Высокопрочные стали.
5. Рессорно-пружинные стали.
6. Износостойкие.
7. Подшипниковые стали.

1. Стали для строительных конструкций.

Для сварных конструкций используются углеродистые стали обыкновенного качества. (Ст2, Ст1..). Сталь Ст3сп имеет самый низкий порог хладноломкости (Ст3СП -0°С), поставляется в горячекатаном состоянии без термообработки. Содержание углерода в таких сталях 0,1-0,25% (низкоуглеродистые стали).

За счет упрочнения феррита небольшим количеством ЛЭ (Si, Mn, а также могут быть Cr, Ni и другие), по сравнению с углеродистыми сталями, эти стали обладают лучшими прочностными характеристиками. Такие низколегированные строительные стали используются в горячекатаном состоянии (т.е. без термообработки), или после нормализации и термического улучшения. Применяются для строительных конструкций, армирования железобетона, магистральных нефте- и газопроводов. Для деталей машин они мало применимы.

Для ответственных строительных конструкций, если нужно иметь высокие прочностные свойства применяют легированные стали: 17ГС (Mn≈1.2%, Si≈0.5%), 16Г2АФ, 14КГСА, 15ХСНФ (для магистральных газо-нефтепроводов, для котлов).

Для армирования* ЖБИ обычных и предварительно напряженных применяют стали с содержанием С≈-0,3%; стали, например, 25Г2С, их подвергаются термическому улучшению. Легирование Mo и В строительных сталей, замедляющими распада аустенита, приводит к получению бейнитной структуры при охлаждении на воздухе. Примером является сталь 08Г2СФБ – бейнитного класса, специально для газо-нефтепровода. Её не подвергают термообработке.

* - армирование – усиление материала или конструкций элементами (арматурой) из более прочного материала (сеткой, прутком, проволокой).

Все строительные конструкции, как правило, изготавливаются путем сварки. Поэтому одним из технологических требований является хорошая свариваемость сталей.

При сварке стали не должны давать горячих или холодных трещин, также как сварное соединение должно быть равнопрочным основному металлу.

Горячие трещины возникают в шве в момент его кристаллизации, когда шов находится в полутвердом состоянии и обладает малой прочностью. Чем дольше нахождение металла в таком состоянии (кристалл + жидкость), тем больше вероятность возникновения горячих трещин. Элементы, расширяющие область между твердым и жидким состоянием (линии солидус и ликвидус), повышают чувствительность к трещинам. Углерод - расширяет

Холодные трещины возникают в результате мартенситного превращения. Поэтому ЛЭ способствующие переохлаждению аустенита до температуры мартенситного превращения в зонах, нагретых выше критической точки, способствуют образованию холодных трещин. Углерод тоже усиливает склонность к образованию холодных трещин.

Рассмотрим создание трубы из листа металла, полученного в результате проката. В основном применяют сварку плавлением, при которой наплавляется шов расплавленного металла и под действием температуры нагревается околошовная зона (рис), которая делится на следующие:

I.Сварной шов, имеющий литую структуру после охлаждения и кристаллизации.

II. Зона термического влияния (ЗТВ), нагревается в процессе сварки выше критических температур (А₁, А₃).

III. Температура нагрева ниже А1.

IV. Исходная структура (после проката структура волокнистая) - основной металл, который не нагревается.

Зона термического влияния – наиболее опасная область сварного соединения. Здесь может происходить перегрев, т.е. рост аустенитного зерна и после охлаждения образуется грубая Видманштетная структура. В ЗТВ может наблюдаться упрочнение и снижение пластичности.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: