Вуглецеві сталі звичайної якості і якісні стали розглянуті раніше.
На оброблюваність стали впливають різні фактори, основними з яких є: допускається швидкість різання; зусилля різання; чистота оброблюваної поверхні; вид операції (точіння, фрезерування, свердління, фрезерування і т. д.).
Оброблюваність знижується при підвищенні твердості і міцності стали. Збільшення вмісту вуглецю в стали внаслідок зміцнення призводить до зниження оброблюваності.
Велике значення має теплопровідність стали. При низькій теплопровідності виділяється при різанні тепло незначно поглинається виробом і відбувається його концентрація в точках різання, що призводить до розігріву ріжучої кромки інструменту і зниження його стійкості. Мала теплопровідність характерна для аустенітних сталей, тому, незважаючи на низьку твердість, вони погано обробляються.
Автоматним сталям характерні схильність до крихкого руйнування, знижений межа втоми, анізотропія механічних властивостей, низька корозійна стійкість і тому їх використовують для виготовлення маловідповідальних деталей.
Автоматні свинцовоутримуюча стали (АС14, АС40, АС35Г2, АС45Г2, АС12ХН, АС14ХГН, АС20ХГНМ, АС30ХМ, АС38ХГМ, АС40ХГНМ) містять до 0,35% Рb і по оброблюваності перевершують сірчисті. Свинець не розчиняється у сталі і, коли вони присутні у вигляді дрібних відособлених включень, робить стружку більш ламкою. Крім цього, від теплоти різання свинець плавиться і, надаючи змазує дію, ефективно знижує тертя між інструментом і деталлю. Однак при великих швидкостях різання свинець може випаровуватися, що призводить до схоплюванню інструменту з оброблюваної деталлю. Свинець не погіршує міцності властивостей, але незначно погіршує пластичність і в'язкість.
Автоматні селеносодержащіх стали (А35Е, А45Е, А40ХЕ) містять до 0,1% Se, який практично не знижує їх корозійну стійкість. Підвищення оброблюваності пов'язано з утворенням селенидов і сульфоселенідов, які оточують тверді оксидні включення, усуваючи їх стирається дію.
Автоматні кальцій стали (АЦ20, АЦ30, АЦ40Х, АЦ40Г, АЦ40ХН3 і ін.) Містять кальцію до 0,008% з можливим додаванням свинцю, телуру і селену. Кальцієві стали обробляються твердосплавним інструментом при високих швидкостях різання.
3.2.2 Низьковуглецеві стали для цементації
Для виготовлення деталей, які працюють за умов тертя, ударних і змінних навантажень, застосовують низьковуглецевих сталі, які містять до 0,2% вуглецю і піддаються цементації з подальшими загартуванням і низькотемпературним відпусткою. Стали для цементації поділяються на три групи:
- вуглецеві стали з серцевиною, що не зміцнюється під час подальшої термічної обробки;
- низьколегованісталі з незначно зміцнюючих серцевиною;
- леговані стали з сильно зміцнюючих серцевиною при термічній обробці.
До сталям першої групи відносяться стали 10, 15, 20. В результаті низької прокаливаемости їх застосовують для маловідповідальних деталей з незміцнюючих серцевиною. Навіть після гарту з охолодженням у воді шари, які розташовані під цементувати шаром, мають ферритно-перлитную структуру, і, відповідно, низьку твердість і міцність.
До сталям другої групи відносяться низьколеговані сталі 20Х, 20ХР, 20ХН, які після цементації піддають гарту в маслі, що дозволяє отримати бейнітного структури по перетину деталі і наступні механічні властивості: sв до 750 МПа, # 948; до 12%, КСU - 0,6. 0,7 МДж / м 2.
3.2.3 середньовуглецеву стали для поліпшення
Ці стали містять 0,3. 0,5% С і легуючі елементи (хром, нікель, молібден, вольфрам, марганець, кремній в загальній кількості не більше 3-5%), а також до 0,3% елементів, які сприяють отриманню дрібного зерна аустеніту (ванадій, титан , ніобій, цирконій).
Найбільшого поширення для машинобудування отримали конструкційні стали, леговані 0,8. 1,2% Cr. Вони мають більш високу прокаливаемость, ніж вуглецеві сталі. Хром сприяє отриманню в стали високою і рівномірною твердості. Температурний інтервал хладноломкости хромистих сталей 0. -100 о С. При 0 ° С спостерігається в'язкий злам, а при -100 ° С злам стає повністю крихким.
Хромисті стали легують додатково:
- марганцем для підвищення прокаливаемости, але марганець сприяє зростанню зерна і, як наслідок, підвищує порігхладноломкості;
- молібденом (0,15 - 0,45%) для підвищення прокаливаемости і зниження порогу хладноломкости, а також для підвищення статичної, динамічної і втомної міцності сталі;
- ванадієм (0,1. 0,3%) для зменшення розміру зерна і підвищення в'язкості;
- бором (до 0,003%) для підвищення прокаливаемости, але при цьому підвищується порігхладноломкості;
- титаном (до 0,1%) для подрібнення зерна.
Введення в хромисті стали нікелю значно підвищує їх прокаливаемость. Додаткова добавка молібдену в хромонікелеві сталі знижує відпускну крихкість, до якої схильні хромонікелеві сталі.
Термічна обробка таких сталей включає загартування в маслі і високий відпустку (550 - 650 ° С). Нагрівання для загартування проводять до температури на 30. 50 ° С вище АС3. Для більшості сталей це температура близько 850 ° С.
При високотемпературному відпустці (550 - 650 ° С) середньовуглецевих сталей слід передбачати швидке охолодження після відпустки, яке запобігає розвитку відпускної крихкості другого роду. У тих випадках, коли після відпустки неможливо здійснити швидке охолодження (наприклад, для великогабаритних деталей), слід використовувати стали, леговані молібденом, який уповільнює розвиток відпускної крихкості другого роду.
Покращувані стали можуть бути умовно розділені на 5 груп. З ростом номера групи зростає кількість легуючих елементів, збільшується прокаліваемость і опір крихкому руйнуванню.
Другу групу складають хромисті стали марок 30Х і 40Х. Для цих сталей Дкр і t50. о С складають, відповідно, 20 мм і - 40 о С. Недоліком сталей цієї групи є схильність до відпускної крихкості другого роду.
Для сталей третьої групи (30ХМ, 40ХГ, 40ХГТ) критичний діаметр збільшується до 25 мм, а перехідна температура хладноломкости знижується до -50 о С. В ці стали для підвищення прокаливаемости додатково вводять марганець, а для зниження відпускної крихкості - молібден. Такі стали, леговані, крім цього, ще й кремнієм, називають хромансиль (20ХГС, 30ХГС). Ці стали добре зварюються, мають міцність sв = 1200 МПа і ударну в'язкість КСU = 0,4 МДж / м 2.
Четверту групу складають хромонікелеві сталі, які містять до 1,5% Ni (40ХН, 40ХНМ). Критичний діаметр в цих сталях перевищує 40 мм, а перехідна температура хладноломкости досягає -70 о С.
До п'ятої групи відносять комплекснолегованих стали, які містять до 4% Ni (38ХН3М, 38ХН3МФА). Критичний діаметр цих сталей більше 100 мм, а t50. о С - нижче -100 о С. З цих сталей виготовляють складні по конфігурації і великі по перерізу деталі, які гартуються в маслі.
Основними вимогами, які пред'являються до деталей типу ресор і пружин є високий межа плинності (до 1700 МПа), високий опір втоми при достатній пластичності. Підвищення значення межі текучості пружинних сталей досягається загартуванням з наступним середньотемперату відпусткою при 400. 480 ° С.
Для пружин малого перетину, що зазнають при роботі незначні навантаження, використовують вуглецеві стали 65, 70, 75, 65Г, 75Г.
Додаткове легування кременистих сталей хромом, кремнієм, вольфрамом, нікелем збільшує їх прокаліваемость і зменшує схильність до зневуглецювання. Стали 60С2ХФА і 65С2ВА, мають прокаліваемость до 50 мм, застосовуються для виготовлення великих важко навантажених пружин. Сталь 60С2Н2А прожарюється до 80 мм і використовується при виготовленні відповідальних пружин, що працюють в умовах значних динамічних навантажень.
Для зменшення чутливості до концентраторів напружень готові пружини і листи ресор піддають поверхневому наклепу обдування дробом, після чого межа витривалості збільшується в 1,5 ... 2 рази.
Пружини з вуглецевих, марганцевих, кременистих сталей працюють при температурах не більше 200 о С. Для пружин з температурою експлуатації до 300 ° С використовують пружини зі сталі 50ХФА, а при більш високих температурах до 500 ° С - зі сталі 3Х2В8Ф, до 600 ° С - зі сталі Р18.
Для роботи в агресивних середовищах пружини виготовляють з хромистих корозійностійких сталей типу 40Х13, 95Х18.