Обозначение марки включает в себя цифры и буквы, указывающие на примерный состав стали (см. табл. 7.1). В начале марки приводятся двузнач­ные цифры (например, 12ХНЗА), указывающие среднее содержание углеро­да в сотых долях процента. Буквы справа от цифры обозначают легирующие элементы: А—азот, Б — ниобий, В — вольфрам, Г — марганец, Д — медь, Е — селен, К — кобальт, Н — никель, М — молибден, П — фосфор, Р — бор, С — кремний, Т — титан, Ф — ванадий, X — хром, Ц —цирконий, Ч — редкозе­мельные элементы, Ю — алюминий. Следующие после буквы цифры указы­вают примерное содержание (в целых процентах) соответствующего леги­рующего элемента (при содержании 1—1,5% и менее цифра отсутствует, например 30ХГС). Высококачественные стали обозначаются буквой А, а особовысококачественные — буквой Ш, помещенными в конце марки (ЗОХГСА, 30ХГС-Ш). Если буква А расположена в середине марки (14Г2АФ), то это свидетельствует о том, что сталь легирована азотом. При обозна­чении автоматных сталей с повышенной обрабатываемостью резанием

Таблица 7.1. Химический состав легированных сталей

буква А ставится в начале марки (А20, А40Г). Если автоматная сталь ле­гирована свинцом, то обозначение марки начинается с сочетания букв АС (АС35Г2, где цифра 35 обозначает среднее содержание углерода в сотых долях процента). Маркировка шарикоподшипниковой стали на­чинается с буквы Ш (ШХ15, где 15 — среднее содержание хрома в деся­тых долях процента). В начале обозначения марки быстрорежущих сталей стоит буква Р, за которой следует цифра, отражающая концентрацию вольфрама (Р18, Р6М5). Опытные стали, выплавленные на заводе «Электро­сталь», первоначально обозначают буквами ЭИ (электросталь исследова­тельская) или ЭП (электросталь пробная) с порядковым номером разработки (освоения), например ЭИ962 (11Х11Н2В2МФ), ЭПЗЗ (10Х11Н23ТЗМР). Такое упрощенное обозначение сталей, особенно высоколегированных, в дальнейшем широко используется и в заводских условиях.

При маркировке сплавов на железоникелевой основе указывается коли­чественное содержание никеля (в процентах) с перечислением лишь буквен­ных обозначений остальных легирующих элементов, например ХН38ВТ, ХН45МВТЮБР. В табл. 7.1 представлены маркировка и химический состав ряда легированных сталей.

Зарубежные аналоги некоторых отечественных марок легированных сталей приведены в табл. 7.2.

Таблица 7.2. Зарубежные аналоги ряда отечественных марок легированных сталей

7.4. Цементуемые (нитроцементуемые) легированные стали

К данной группе сталей относятся низко- и среднелегированные стали [20Х, 15ХФ, 25ХГТ, 12ХНЗА и др.) с содержанием углерода 0,1—0,3%, обеспечивающие после химико-термической обработки, закалки и низкого отпуска высокую поверхностную твердость (HRC 58—62) при вязкой, но достаточно прочной сердцевине (о, = 700—1500 МПа, 8 = 10—12%, KCU = 0,6—1,0 МДж/м², HRC 35—45). Эти стали используют для изго­товления деталей машин и приборов (кулачков, зубчатых колес и др.), испытывающих переменные и ударные нагрузки и одновременно под­верженных износу.

Карбидо- и нитридообразующие элементы (такие, как Сг, Мп, Мо и др.) способствуют повышению прокаливаемости, поверхностной твердости, из­носостойкости и контактной выносливости. Никель повышает вязкость серд­цевины и диффузионного слоя и снижает порог хладноломкости. Легирова­ние стали ванадием, титаном, алюминием, ниобием приводит к образованию дисперсных нитридов (VN, TiN, A1N), карбидов (TiC, VC) или карбонитри-дов, например V(N,C), затормаживающих рост зерна аустенита и таким об­разом способствующих его измельчению. Уменьшение же зерна способству­ет снижению хрупкости и повышению ударной вязкости стали, что весьма важно при работе в условиях действия динамических и знакопеременных нагрузок. Цементуемые (нитроцементуемые) легированные стали по меха­ническим свойствам подразделяют на две группы: стали средней прочности с пределом текучести менее 700 МПа (15Х, 15ХФ) и повышенной прочности с пределом текучести а₀,₂ = 700—1100 МПа (12Х2Н4А, 18Х2Н4МА и др.).

Хромистые (15Х, 20Х) и хромованадиевые (15ХФ, содержит 0,15% V) стали цементуются на глубину до 1,5 мм. Легирование ванадием уменьшает склонность стали к перегреву. После закалки (880 °С, вода, масло) и после­дующего отпуска (180 °С, воздух, масло) стали имеют следующие свойства: ст_в = 690—800 МПа, 5 = 11—12%, KCU = 0,62 МДж/м².

Хромомарганцевые стали (18ХГТ, 25ХГТ), широко применяемые в ав­томобилестроении, содержат по 1% хрома и марганца (дешевого заменителя никеля в стали), а также 0,06% титана. Их недостатком является склонность к внутреннему окислению при газовой цементации, что приводит к сниже­нию твердости слоя и предела выносливости. Этот недостаток устраняется легированием стали молибденом (25ХГМ). Для работы в условиях изнаши­вания используют сталь 20ХГР, легированную бором (0,001—0,005%). Бор повышает прокаливаемость и прочность стали, но снижает ее вязкость и пла­стичность. Дополнительное введение в сталь 1% никеля (20ХГНР) приводит к увеличению ее пластичности, вязкости и прокаливаемости.

Таблица 7.3. Механические свойства легированных сталей

Охлаждающая среда, в — вода; м—масло, вз — воздух, печь — охлаждение в печи. Двойная закалка. Двойное старение.

В хромоникелевых сталях (12ХНЗА, 12Х2Н4А, 20ХНЗА и др.) при за­калке (в масле) в сердцевине формируется структура нижнего бейнита либо низкоуглеродистого мартенсита. Такая структура обеспечивает сочетание

Продолжение табл. 7.1

 ются, штампуются) свойствами. Среди их не­достатков можно отметить чувствительность к концентраторам напряжений, к коррозии под напряжением и водородному охрупчива-нию, а также склонность к обратимой отпу­скной хрупкости. Эти стали широко приме­няют в автомобилестроении и авиации для изготовления силовых сварных конструкций, валов, деталей рулевого управления и т. д.

Хромоникелевые стали (40ХН, 45ХН, 30ХНЗА и др.) содержат 0,5—0,8% Сг и 1— 3% Ni. Они отличаются хорошей про-каливаемостью, прочностью и вязкостью (о. = 1000 МПа, о_оД = 800 МПа, </= 10—11%, KCU = 0,7—0,8 МДж/м²). Хромоникелевые стали, также как хромансил и хромистые, склонны к обратимой отпускной хрупкости и должны охлаждаться после высокого отпуска с большой скоростью (в воде или масле). Отпускной хрупкостью называют охрупчивание стали при некоторых условиях отпуска. Различают два рода отпускной хрупкости, что соответст­вует двум минимумам ударной вязкости на ее зависимости от температуры отпуска (рис. 7.8): для отпуска при 300 °С и при -550 °С. Отпускная хруп­кость I рода проявляется при отпуске около 300 °С и вызывается неравно­мерностью распада мартенсита по объему и границам зерен. Менее прочные приграничные слои зерен, претерпевающие почти полный распад на феррит-но-цементитную смесь, играют роль концентраторов напряжений, что в ко­нечном итоге вызывает хрупкое разрушение.

Отпускная хрупкость II рода проявляется лишь в результате медленного охлаждения после отпуска при температурах выше 500 °С. При быстром ох­лаждении вязкость не уменьшается, а, наоборот, возрастает с повышением температуры отпуска. Поэтому отпускную хрупкость II рода иногда называ­ют обратимой в отличие от отпускной хрупкости I рода, именуемой необ­ратимой. Отпускная хрупкость II рода вызвана активным карбидообразова-нием по границам зерен, обеднением в связи с этим приграничных районов легирующими элементами (хромом, марганцем) и диффузией сюда фосфора. В результате происходит охрупчивание стали из-за ослабления прочности межзеренных сцеплений. При быстром охлаждения фосфор не успевает диффундировать из объема зерен к границам.

Присутствие же 0,2—0,5% молибдена (или 0,5—0,8% вольфрама) в ста­ли затормаживает диффузионные процессы, уменьшает разницу в диффузи­онной подвижности атомов в объеме и по границам зерна и тем самым суще-

ственно препятствует возникновению неоднородности между указанными зонами. Ванадий (0,15%) способствует измельчению зерна. Поэтому хромо-никелевые стали, легированные молибденом (вольфрамом) и ванадием, 36Х2Н2МФА, 38ХНЗМА, 38ХНЗВА, 38ХНЗМФА и др., обладают лучшими свойствами (а, = 1100—1200 МПа, ст_оД = 950—1100 МПа, 5 = 12%, ц/ = 50%,

KCU = 0,8 МДж/м²). Повышение в них содержания никеля до 3—4% еще более улучшает прокаливаемость и снижает порог хладноломкости t_s с -40 °С до -60 °С.

Стали относятся к мартенситному классу, слабо разупрочняются при нагреве до 300—400 °С. Из них изготавливают валы и роторы турбин, тяжелонагруженные детали редукторов и компрессоров.