Високоміцна нержавіюча сталь мартенситного класу. Технології Сталі та сплави високолеговані, корозіостійкі, жароміцні та жаростійкі
Умови експлуатації сучасної авіаційної та космічної техніки визначають дуже жорсткі вимоги до матеріалів, з яких її виготовляють.
Тут і необхідність досягнення високої міцності конструкції при мінімальній питомій вазі, габаритах та витраті палива; забезпечення достатньої надійності та тривалого робочого ресурсу при впливі змінних та значних силових навантажень, чергуванні підвищених (до 450 градусів) та знижених (до -253 градусів) температур, корозійно-активних середовищ, різноманітних випромінювань та ін.
Від якості матеріалу значною мірою залежить конкурентоспроможність літальних апаратів. Для військової техніки важливі такі характеристики, як дальність польоту, швидкість, маневреність, точність, можливість польоту за будь-якої погоди, вантажопідйомність, забезпеченість виробництва вітчизняною сировиною; для цивільної - надійність, пожежна безпека, комфортність, екологічність і т.д. Причому цього потрібно домагатися при мінімізації витрат за розробку, освоєння і експлуатацію машин.
З перерахованого ясно: матеріали, що використовуються в літакобудуванні, повинні мати високу питому міцність (її ще називають ваговою ефективністю) і жорсткістю, корозійною стійкістю, опором втоми, а також тріщиностійкістю і рядом інших. Звичайно, забезпечити всі вимоги один якийсь матеріал просто не в змозі, тому при виготовленні різних частин літальних апаратів використовують найкращі з існуючих, або створюють нові композиції.
Найбільше застосування нині знайшли алюмінієві сплави. З них виготовляють нижні і верхні поверхні крила і фюзеляжу (тут необхідна міцність в межах 450-550 МПа), елементи так званого силового набору - різні ребра жорсткості і шпангоути, що сполучають їх, фітинги, балки з межею міцності 500-6. . Частка таких матеріалів у сучасних літаках сягає 50-70%.
Дуже поширені титанові сплави (з них роблять окремі деталі шасі, різні балки та ін) і, особливо, полімерні композити. Останні застосовують для виготовлення панелей крила, горизонтального та вертикального оперення, стулок люків шасі та силових установок. При міцності 1700-2500 МПа вони мають питому масу менше 2 г/см 3 . Їхня частка в літаках становить 8-15, а у вертольотах - близько 50%.
На перший погляд, здавалося б, що в такій представницькій "компанії" роль сталей має знижуватися, проте справа зовсім інша. На їхню частку в пасажирських лайнерах припадає 8-10, у військових - 25 - 50%, і найближчим часом таке співвідношення принаймні не зменшиться. Сталевими роблять найбільш навантажені елементи літальних апаратів – деталі шасі, корпуси гідроциліндрів, трубопроводи гідросистем високого тиску, болти для кріплення крила до фюзеляжу зубчасті передачі редукторів двигунів, шестерні головного редуктора рухової установки гелікоптерів тощо. І це не випадково, оскільки цей, нехай і давно відомий матеріал, має ряд переваг перед своїми молодими "побратимами". Його відрізняють більш висока жорсткість і міцність (що особливо проявляється у дрібних деталях), опір циклічним навантаженням, корозійна стійкість, хороша технологічність, тобто. можливість отримувати заготівлі та деталі різним способом - гарячою та холодною деформацією, механічною обробкою, зварюванням, паянням тощо. До того ж, сталь коштує відносно недорого. Ось чому з дня заснування нашого інституту одним із пріоритетних завдань стало створення нових різновидів сталей.
Постійне вдосконалення конструкцій літальних апаратів вимагало безперервного підвищення міцності та питомої міцності (ставлення міцності до щільності матеріалу) за збереження всіх переваг сталей. Якщо авіації до 1941 р. перший із цих параметрів коливався від 800 до 1000 МПа, нині - від 1300 до 2000. Втім, складність проблеми не стільки у досягненні таких показників, скільки у забезпеченні працездатності виконаних із відповідних матеріалів авіаційних конструкцій.
Справа в тому, що підвищення міцності сталей веде до зниження їхньої пластичності, в'язкості, тріщиностійкості і т.д. У зв'язку з цим розробники нових їх різновидів ведуть безперервний пошук компромісів між підвищенням міцності та забезпеченням надійності. В даний час в авіаційній техніці найчастіше застосовують три групи високоміцних сталей: конструкційні середньолеговані; корозійностійкі; використовуються для виготовлення деталей, що працюють у важких умовах з підвищеним тертям та піддаються хіміко-термічній обробці.
Але в будь-якому випадку поява таких матеріалів змусило переглянути прийняті раніше підходи до конструювання та технології виготовлення деталей, тому що всі перелічені сталі мають ряд специфічних особливостей і істотно відрізняються від створених раніше і мали середню міцність (до 1400 МПа). Зокрема виявилося: порушення технологічного циклу їх отримання може призводити до передчасного виходу з ладу деталей, незважаючи на повну доброякісність металу. При цьому осередками руйнування можуть бути поверхневі або підповерхневі дефекти, отримані на різних стадіях виготовлення напівфабрикату, деталі або конструкції цілком. Тому було дуже важливо розробити чіткі організаційно-технічні заходи, що включають інструкції з термічної та механічної обробки деталей, захисту від корозії, зварювання тощо, що нами було зроблено на початку 60-х років XX ст. Крім того, суттєво змінився і підхід до виробів із високоміцних сталей; основними вимогами до них стали мінімальна концентрація напруг та висока чистота поверхні.
Отже, нові сталі зайняли своє місце в авіабудуванні, причому залежно від межі міцності їх виготовляють різні деталі. Скажімо, якщо цей параметр знаходиться в межах 1600-1800 МПа, такий метал придатний для виробництва силового набору планера (лонжерони, різні балки, рами, осі і т.д.). А стали ВКС-8 (1800-2000 МПа) та ВКС-9 (1950-2100 МПа) незамінні при виготовленні великогабаритних зварних деталей (можливе електроннопроменеве та аргонно-дугове зварювання) планера та шасі в машинах Конструкторських бюро ім. Сухого, Антонова, Мікояна, Камова. Мало того. Стали з межею міцності вище 1950 МПа з успіхом замінюють титанові сплави, що дозволяє при їхній однаковій питомій міцності суттєво зменшити витрати на виробництво.
В останні десятиліття розроблено новий клас високоміцних або так званих мартенситностаріючих сталей. Їх міцність 1450-2500 МПа, вони мають унікальні фізико-механічні та технологічні властивості. Наприклад, завдяки низькому вмісту вуглецю та азоту мають високу пластичність, в'язкість, опір повторностатичних навантажень та корозійного розтріскування. Цей матеріал дуже технологічний, тобто. заготівлі, виконані з нього, після загартування можна піддавати різним видам холодної обробки тиском (розкочування обічаків, накатку різьблення тощо), без труднощів обробляти різальним інструментом, а потім підвищувати вдвічі їх міцність простою термічною обробкою - старінням (нагрів та охолодження на повітрі) за відносно низьких температур.
Перелічені переваги мартенситностаріючих сталей найповніше реалізуються при виготовленні деталей складної форми з малими допусками (у тому числі і прецизійних), що піддаються хіміко-термічній обробці. Метал такого класу знайшов застосування у важконавантажених вузлах винищувачів МіГ-31 та МіГ-29, деталей вузла повороту та шасі орбітального космічного корабля багаторазового використання "Буран" та ін.
Подальший розвиток літакобудування висунув чергові вимоги до матеріалів. У першу чергу йдеться про винищувачів, швидкість яких випереджає звук у 2,5-3 рази, тому що для цього вони повинні долати тепловий бар'єр - температури в 280-300 о С, коли алюмінієві сплави є непридатними. Ми зуміли вирішити і це завдання. Запропоновані нами високоміцні корозійностійкі сталі мають всі необхідні якості: високу міцність, пластичність, в'язкість, високі технологічні властивості - їх легко штампувати, зварювати. Остання властивість дозволяє обійтися без подальшої термообробки, і в результаті можна створювати складні, ажурні конструкції, скажімо, баки-кесони, що несуть, причому без допомоги герметиків і клепки, раніше широко застосовуваних.
Основним матеріалом у цільнозварних літакових відсіках надзвукових літаків серії Мі Г стала корозійностійка сталь ВНС-2 з межею міцності 1250-1400 МПа. У вигляді листа та стрічки її застосовують для обшивки та внутрішнього набору, а також при виготовленні силових деталей (прутки, поковки тощо).
Однак у процесі експлуатації літальних апаратів, у яких було використано сталь ВНС-2, з'ясувалося: вона недостатньо придатна за умов вологого клімату (скажімо, Середземномор'я). Подальший пошук дозволив нам отримати нові сталі ЕП817 (пруток) та ВНС-41 (лист). За своїми механічними характеристиками і технологічністю вони відповідають вже перевіреній ВНС-2, а за рахунок нової системи легування та оптимізації режиму старіння, що зміцнює, значно перевершують її за корозійною стійкістю, причому це стосується як основних деталей, так і зварних з'єднань.
Найбільшого поширення матеріалів цього класу отримала сталь ВНС-5 з межею міцності 1380-1600 МПа. З неї виготовляють силові деталі планерів МіГ та Су, а також шасі гідролітака Конструкторського бюро ім. Берієва. Застосовують її і в цивільній авіації (широкофюзеляжний літак Іл-86 та аеробус Іл-96) - при виробництві високонавантажених болтів для кріплення двигуна до фюзеляжу
Ще один представник цього класу металів – сталь СН-2А з межею міцності 1100-1300 МПа. Вона чудово зарекомендувала себе як матеріал для силових, у тому числі кріпильних деталей, а також повітряних та кисневих балонів, якими оснащені всі види літаків, включаючи морську авіацію. Найважливіша особливість таких балонів – при кульовому ураженні вони не розлітаються на уламки.
Зараз в авіаційній та ракетній техніці все більшого поширення знаходить новий вид палива – водень та його окислювач – рідкий кисень, що має температуру – 253 градуси. Для роботи в таких умовах у нашому інституті розробили спеціальні високоміцні корозійностійкі сталі (ВНС-25, ВНС-49, ВНС-59) з межею міцності 1000-1400 МПа за кімнатної температури і 1700-2100 при 20 К (-253 градуси). Цей метал успішно застосовують у різних рідинно-ракетних двигунах, зокрема у найпотужнішому з них у світі марки PD-170 конструкції КБ "Енергомаш". Деталі з цього матеріалу – корпусу насосів та регуляторів подачі пального – становлять 50-60% від їх маси.
Як конструкційні матеріали, а також для виготовлення деталей редукторів і агрегатів, що піддаються хіміко-термічній обробці, нині широко застосовують середньолеговані та корозійно-стійкі сталі. Пояснюється це тим, що в результаті довгих досліджень вдалося запропонувати технологію, що забезпечує поєднання необхідних властивостей поверхневого шару виробу (високі твердість, зносостійкість, опір втоми) та його серцевини (пластичність, в'язкість, технологічність та ін.). Так, для важконавантажених, великомодульних шестерень редукторів розроблена сталь ВКС-7 з карбонитридним зміцненням, що забезпечує після хіміко-термічної обробки глибину зміцнюючого шару до 2,5 мм і твердість більше 60 HRC, що забезпечує високу контактну витривалість при робочих температурах до 2 аналогів немає).
Окрема розмова про гелікоптери. Для них у нашому інституті створено високоміцну (до 1300 МПа), зносостійку, тепломіцну сталь ВКС-10. На відміну від серійних вітчизняних та зарубіжних аналогів, що працюють за температури до 250 градусів, вона витримує 450 градусів. Її застосування забезпечує передачу великих моментів, що крутяться, при яких в зоні контакту зубів відбувається локальне підвищення температури, і навіть при порушенні подачі масла робота редуктора може продовжуватися протягом 2 год без аварії.
Все сказане вище свідчить: в авіабудуванні сталь зазвичай залишається основним матеріалом, хоча і вона, як, втім, і інші творіння рук людських, вимагає подальшого вдосконалення.
Опір втоми характеризується межею витривалості - найбільшою напругою, яка може витримати матеріал без руйнування при заданій кількості циклічних впливів.
Член-кореспондент РАН Є. М. КАБЛОВ, генеральний директор ДНЦ РФ Державного підприємства "ВІАМ", доктор технічних наук А. Ф. ПЕТРАКОВ, головний науковий співробітник того ж таки центру
Позначення
Опис
Сталь 08Х15Н5Д2Т застосовується: для виготовлення прутків гарячекатаних та кованих, а також поковок, призначених для подальшої холодної механічної обробки, або для подальшої гарячої механічної обробки (штампування, кування, прокатки тощо) при виготовленні деталей машин; деталей агрегатів авіаційної техніки; зварювального дроту, що застосовується для наплавлення деталей та зварювання металоконструкцій в енергетичному машинобудуванні; зварювальних електродів; зварних та цільнокатаних кілець різного призначення; м'якої та нагартованої стрічки товщиною від 0,3 до 1,2 мм та шириною 400 мм.
Примітка
Корозійностійка сталь мартенситного класу.
Стандарти
| Назва | Код | Стандарти |
|---|---|---|
| Сортовий та фасонний прокат | В22 | ГОСТ 1133-71, ГОСТ 2590-2006 |
| Класифікація, номенклатура та загальні норми | В20 | ОСТ 1 90005-91 |
| Болванки. Заготівлі. Сляби | В31 | ОСТ 1 90252-77, ОСТ 1 90344-83, ОСТ 1 90357-84, TУ 1-92-15-73, TУ 14-1-1125-74, TУ 14-1-2153-77, TУ 14-1- 3104-81 |
| Обробка металів тиском. Поковки | В03 | TУ 14-1-1530-75, TУ 14-1-2902-80, TУ 14-1-2918-80 |
| Стрічки | В34 | TУ 14-1-2269-77, TУ 14-1-3577-83 |
| Листи та смуги | В33 | TУ 14-1-2476-78, TУ 14-1-3426-82, TУ 14-1-3849-84, TУ 14-1-2907-80, TУ 14-1-4583-88, TУ 14-1- 835-73 |
| Сортовий та фасонний прокат | В32 | TУ 14-1-374-72, TУ 14-1-744-73 |
| Зварювання та різання металів. Пайка, клепка | В05 | TУ 14-1-997-74, TУ 14-1-997-2012 |
| Труби сталеві та з'єднувальні частини до них | В62 | TУ 14-159-165-87, TУ 14-3-406-75, TУ 14-3-411-75 |
Хімічний склад
| Стандарт | C | S | P | Mn | Cr | Si | Ni | Fe | Cu | Ti | Mo | Co |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ОСТ 1 90357-84 | ≤0.08 | ≤0.018 | ≤0.02 | ≤1 | 13.5-14.8 | ≤0.7 | 4.8-5.8 | Залишок | 1.75-2.5 | 0.03-0.15 | ≤0.3 | ≤0.5 |
| TУ 14-1-2476-78 | ≤0.08 | ≤0.025 | ≤0.03 | ≤1 | 14.1-15.5 | ≤0.7 | 4.5-5.5 | Залишок | 1.75-2.5 | 0.3-0.5 | - | - |
| TУ 14-1-2918-80 | ≤0.08 | ≤0.018 | ≤0.02 | ≤1 | 13.5-14.8 | ≤0.7 | 4.8-5.8 | Залишок | 1.75-2.5 | 0.03-0.15 | - | - |
| TУ 14-1-3577-83 | ≤0.08 | ≤0.018 | ≤0.02 | ≤1 | 14-15 | ≤0.7 | 4.7-5.5 | Залишок | 1.75-2.5 | 0.15-0.3 | - | - |
| TУ 14-1-744-73 | ≤0.08 | ≤0.018 | ≤0.02 | ≤1 | 13.5-14.8 | ≤0.7 | 4.8-5.8 | Залишок | 1.75-2.5 | 0.03-0.15 | - | ≤0.5 |
| TУ 14-1-2907-80 | ≤0.08 | ≤0.025 | ≤0.03 | ≤1 | 14-15 | ≤0.7 | 4.7-5.7 | Залишок | 1.75-2.5 | 0.15-0.3 | - | - |
| TУ 14-1-835-73 | ≤0.08 | ≤0.025 | ≤0.035 | ≤0.7 | 14-15 | ≤0.7 | 4.7-5.5 | Залишок | 1.75-2.5 | 0.15-0.3 | ≤0.3 | - |
Fe- основа.
За ТУ 14-1-2902-80 хімічний склад наведено для сталі марок 08Х15Н5Д2Т-Ш та 08Х15Н5Д2Т-ВД.
За ТУ 14-1-835-73 хімічний склад наведено для сталі марки 08Х15Н5Д2Т.
За ТУ 14-1-997-74 та ОСТ 1 90357-84 хімічний склад наведено для сталі 08Х15Н5Д2ТУ-Ш (ЕП410У-Ш).
За ТУ 14-1-744-73 хімічний склад наведено для 08Х15Н5Д2Т-Ш та 08Х15Н5Д2Т-ВД. При виплавці стали методом вакуумно-дугового переплаву із застосуванням контролю магнітної пробі, допускається як у готовій продукції, так і в ковшової пробі, відхилення за вмістом нікелю плюс 0,4%.
За ТУ 14-1-2918-80 хімічний склад наведено для сталі марок 08Х15Н5Д2Т-Ш та 08Х15Н5Д2Т-ВД. На вимогу споживача сталь марки ЕП41У-Ш та ЕП410У-ВД поставляється із вмістом вуглецю 0,05-0,08 %, титану для сталі ЕП410У-ВД у межах 0,03-0,10 %, нікелю для сталі ЕП410У-Ш у межах 5,2-5,8% та для сталі ЕП410У-ВД нікелю в межах 5,3-5,8%. І тут стали присвоюється найменування " селект " .
За ТУ 14-1-3577-83 хімічний склад наведено для 08Х15Н5Д2Т-Ш (ЕП410-Ш, ВНС-2-Ш). Допускаються відхилення в готовій продукції від норм хімічного складу за марганцем, кремнієм і міддю - на +0,10 % кожного елемента, за хромом на мінус 0,50 %, за нікелем на +0,20 %, за фосфором на +0,0050 %.
За ТУ 14-1-2907-80 хімічний склад наведено для сталі марки 08Х15Н5Д2Т. У сталі марки 08Х15Н5Д2Т-Ш вміст сірки трохи більше 0,018%, фосфору трохи більше 0,020%. В обох марках сталі допускаються відхилення від хімічного складу: по марганцю, кремнію та міді +0,10% кожного, фосфору +0,0050%, по хрому -0,50%. Допускається залишковий вміст молібдену у кількості трохи більше 0,30%.
За ТУ 14-1-2476-78 хімічний склад наведено для сталі марки 08Х15Н5Д2Т (ЕП225), 08Х15Н5Д2Т-ВД (ЕП225-ВД), 08Х15Н5Д2Т-Ш (ЕП225-Ш). У готовій продукції допускаються відхилення за хімічним складом відповідно до ГОСТ 5632.
Механічні характеристики
| Перетин, мм | s Т |s 0,2, МПа | σ B , МПа | d 5 % | d 10 | y, % | кДж/м 2 , кДж/м 2 | Твердість по Брінеллю, МПа | HRC |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Загартування у воду або на повітрі з 950-975 °С | ||||||||
| 0.8-5 | ≥785 | ≥981 | ≥8 | - | - | - | - | - |
| - | - | 880-1080 | - | - | - | - | 246-311 | 25-31 |
| Загартування у воду або на повітрі з 950-975 °С + Старіння при 440-460 °С (витримка 1 год) охолодження на повітрі | ||||||||
| 0.8-5 | ≥1079 | ≥1226 | ≥9 | - | - | - | - | - |
| Градація показників властивостей готових термооброблених деталей ОСТ 1 90005-91 | ||||||||
| - | - | 1130-1320 | - | - | - | - | 311-401 | 33-41 |
| - | - | 1230-1370 | - | - | - | - | 363-401 | 36-41 |
| - | - | 1230-1470 | - | - | - | - | - | 37-43 |
| Кільця зварені зі сталі марки 08Х15Н5Д2Т-Ш ОСТ 1 90252-77. Загартування на повітрі з 950 °C | ||||||||
| ≥785 | ≥1079 | ≥10 | - | ≥55 | ≥1177 | - | - | |
| ≥706 | ≥981 | ≥6 | - | ≥30 | ≥588 | - | - | |
| Стрічка у стані постачання за ТУ 14-1-3577-83. Без додаткової термообробки | ||||||||
| ≥785 | ≥980 | - | ≥8 | - | - | - | - | |
| Стрічка у стані постачання за ТУ 14-1-3577-83. Старіння при 440-460 ° С (витримка 1 год ± 10 хв), охолодження на повітрі | ||||||||
| ≥1030 | ≥1230 | - | ≥9 | - | - | - | - | |
| ≥1275 | ≥1370 | - | ≥5 | - | - | - | - | |
| Стрічка у стані постачання за ТУ 14-1-3577-83. Старіння при 500-520 ° С (витримка 2,5 год), охолодження на повітрі | ||||||||
| ≥980 | ≥1130 | - | ≥8 | - | - | - | - | |
| Листовий холоднокатаний (0,7-5,0 мм) та гарячекатаний прокат (3,0-6,0 мм) із сталі 08Х15Н5Д2Т у стані поставки за ТУ 14-1-2476-78. Загартування у воді або на повітрі з 950-975 °C | ||||||||
| - | ≥784 | ≥981 | ≥7 | - | - | - | - | - |
| Листовий холоднокатаний (0,7-5,0 мм) та гарячекатаний прокат (3,0-6,0 мм) із сталі 08Х15Н5Д2Т за ТУ 14-1-2476-78. Загартування у воді або на повітрі з 950-975 °C + Відпустка при 380-400 °C (витримка 1 год), охолодження на повітрі | ||||||||
| ≥883 | ≥1079 | ≥8 | - | - | - | - | - | |
| Поковки, прутки гарячекатані та ковані. Загартування на повітрі з 940-960 °С (витримка 1 год) + Відпустка при 640-660 °С (витримка 1 год), охолодження на повітрі + Загартування у воду з 950 °С (витримка 1 год) + Відпустка при 590-630 °С (витримка 2-3 год), охолодження на повітрі | ||||||||
| ≥685 | ≥880 | ≥15 | - | ≥60 | - | - | - | |
| - | - | - | - | - | ≥340 | - | - | |
| Поковки, прутки гарячекатані та ковані. Загартування на повітрі з 950-1000 °C (витримка 0,5-1 год) + Відпустка при 650 °C (витримка 1-3 год), охолодження на повітрі + Загартування на повітрі з 950 °C з подальшою обробкою холодом при мінус 70 °C (витримка 2 год) + Старіння при 425-450 °C (витримка 1-3 год), охолодження на повітрі | ||||||||
| ≥930 | ≥1230 | ≥10 | - | ≥55 | ≥780 | - | - | |
| Поковки, прутки гарячекатані та ковані. Загартування з 940-960 °C, охолодження на повітрі | ||||||||
| ≥785 | ≥1080 | ≥10 | - | ≥55 | ≥1170 | - | - | |
| ≥785 | ≥1080 | ≥10 | - | ≥55 | ≥1200 | - | - | |
| Сортовий прокат. Загартування на повітрі з 950-1000 °C (витримка 0,5-1 год) + Відпустка при 650 °C (витримка 1-3 год), охолодження на повітрі + Загартування на повітрі з 950-1000 °C (витримка 0,5 -1 год) + Відпустка при 650 °C (витримка 1-3 год), охолодження на повітрі | ||||||||
| ≥930 | ≥1230 | ≥10 | - | ≥55 | ≥765 | - | - | |
| Товстолистовий прокат у стані постачання за ТУ 14-1-2907-80. Нагрівання до 650-680 °C, охолодження на повітрі або з піччю | ||||||||
| ≤930 | ≤1030 | ≥10 | - | - | - | - | - | |
| Штампування за ОСТ 1 90357-84. Нагрівання до 990-1010 °C, витримка 1 година + Гартування на повітрі або у воду + Старіння при 415-435 °C протягом 1-3 годин | ||||||||
| ≥930 | ≥1230 | ≥10 | - | ≥55 | ≥784 | - | - | |
ЕП817- Короткочасна межа міцності 1350 МПа. Сталь призначена для виготовлення зварних та зварених силових вузлів, які тривало працюють при температурах до 300°С у всекліматичних умовах. Сталь не схильна до корозії під напругою. Зварні сполуки не схильні до міжкристалітної корозії та корозії під напругою. Сталь добре зварюється аргоно-дуговим зварюванням з присадкою та без присадки, електронно-променевим зварюванням, а також електроконтактними видами зварювання. Після зварювання не потрібна подальша термічна обробка.
ВНС-16-1- Короткочасна межа міцності 1275 МПа. Застосовується виготовлення складних паяно-зварних конструкцій, що працюють до 450°С .
СН-2А, ВНС-5, ВНС-43- Короткочасна межа міцності 1200-1650 МПа. Мають високу в'язкість руйнування, тріщиностійкість, добре зварюються всіма видами зварювання із забезпеченням високої міцності зварних з'єднань після термічної обробки. Застосовуються для виготовлення кріплення та силових деталей планера.
ВНС-65- Короткочасна межа міцності 1760 МПа. Сталь перехідного аустеніто-мартенситного класу призначена для високонавантажених силових, у тому числі зварних деталей планера, що працюють при температурах від -70 до +200°С у всекліматичних умовах. Сталь не схильна до міжкристалітної корозії, добре зварюється аргоно-дуговим зварюванням з присадкою, а також електронно-променевим зварюванням.
СН-3, СН-3ПН- Короткочасна межа міцності >1200 МПа. Застосовуються для обшивки та деталей внутрішнього набору планера.
ВНС-73- Короткочасна межа міцності 1375 МПа. Сталь мартенситного класу призначена для виготовлення зварних та зварених силових деталей літаків, які тривало працюють при температурах від -70 до +200°С у всекліматичних умовах. Сталь добре зварюється автоматичним аргоно-дуговим зварюванням без присадки (неплавким електродом) і ручним аргоно-дуговим зварюванням з присадкою. Після зварювання не потрібно обов'язкової термічної обробки. Сталь не схильна до корозії під напругою: = 980 МПа в умовах камери сольового туману (KСТ-35).
ВНС-74- Короткочасна межа міцності 1400-1495 МПа. Сталь мартенситного класу призначена виготовлення кріплення, одержуваного холодною висадкою, що експлуатується у всекліматичних умовах при температурах від -70 до +350°С. Сталь не схильна до корозії під напругою в умовах камери сольового туману (КСТ-35) та морського клімату при доданій напрузі = 980 МПа. Має хорошу здатність до холодної висадки.
Деталі кріплення зі сталі ВНС-74
ВНС-72- Короткочасна межа міцності 1750 МПа. Має підвищену пластичність, добре зварюється аргоно-дуговим і електронно-променевим зварюванням. Сталь призначена виготовлення кріпильних деталей, силових деталей планера, зокрема зварних деталей авіаційної техніки.
ВНС-53- корозійностійка сталь з температурою експлуатації від -70 до +300 ° С, забезпечує високу технологічність при виготовленні деталей трубопровідних систем (гнучка, розкочування, розвальцювання). Труби зі сталі ВНС-53 з товщиною стінки від 0,5 мм за характеристиками міцності та витривалості в 2 рази перевершують серійні труби зі сталі 12Х18Н10Т (використовується для серійних деталей).
ВНС9-Ш- Короткочасна межа міцності не менше 1470 МПа. Сталь застосовується як стрічки різної товщини для високонавантажених, відповідальних деталей: пластини торсіонів, муфт тощо.
Пластина торсіону вертольота, виготовлена з холоднокатаної стрічки сталі ВНС9-Ш
Фізико-механічні властивості корозійностійких сталей (середні значення)
| Сталь | ? в | ? 0,2 | ? 5 | ? |
|---|---|---|---|---|
| МПа | % | |||
| ЕП817 | 1325 | 1050 | 15 | 55 |
| ВНС-16-1 | 1270 | 1000 | 15 | 50 |
| СН-2А | 1300 | 1050 | 15 | 55 |
| ВНС-5 | 1550 | 1200 | 18 | 60 |
| ВНС-43 | 1650 | 1270 | 15 | 50 |
| ВНС-65 | 1760 | 1300 | 15 | 50 |
| СН-3ПН | 1300 | 1100 | – | – |
| ВНС-73 | 1430 | 1110 | 15 | 55 |
| ВНС-74 | 1400 | 1200 | 16 | 60 |
| ВНС-72 | 1750 | 1300 | 15 | 45 |
| ВНС-53 | 980 | 780 | 20 | – |
Характеристики в'язкості руйнування та малоциклової втоми корозійностійких сталей
| Сталь | KC V ( rн =0,25 мм), Дж/см 2 | До 1з, МПа?м | МЦУ:? max , МПа ( N= 2 · 10 5 цикл; f= 5 Гц; R=1), при K t | |
|---|---|---|---|---|
| 1,035 | 2,2 | |||
|
>0,5 року |
||||
|
>0,5 року |
||||
|
>0,5 року |
||||
| Не схильна до корозії | ||||
Всі сталі мають своє маркування, що відображає насамперед їхній хімічний склад. У маркуванні стали першою цифрою зазначений вміст вуглецю в сотих частках відсотка. Потім йдуть літери російського алфавіту, що позначають наявність легуючого елемента. Якщо за буквою цифри немає, це означає, що зміст легуючого елемента становить не більше одного відсотка, а цифри (цифра), що йдуть за буквою, означають зміст його у відсотках.
Приклади розшифрування позначення сталей:
12ХНЗА: вміст вуглецю - 0,12%, хрому - 1,0%, нікелю - 3,0%, високої якості;
30ХГСА: вміст вуглецю - 0,30%, хрому, марганцю, кремнію по одному відсотку, літера "А" означає високу якість;
19ХГН: вміст вуглецю - 0,19%, хрому, марганцю, нікелю по одному відсотку;
15Х25Т: вміст вуглецю – 0,15%, хрому – до 25%, титану – до 1%;
08Х21Н6М2Т: вміст вуглецю – 0,08%, хрому – 21%, нікелю – 6%, молібдену – 2%, титану – до 1 відсотка.
09Х16Н15М3Б: вміст вуглецю – 0,09%, хрому – 16%, нікелю – 15%, молібдену – 3,0%, ніобію – до 1 відсотка.
В останні роки для покращення якості сталі застосовуються нові методи її виплавки, які знаходять відображення в позначення марок сталі:
- ВД – вакуумно-дуговий;
- ВІ – вакуумно-індукційний;
- Ш – шлаковий;
- ПВ – прямого відновлення;
- ЕШП - електронношлаковий переплав;
- ШД - вакуумно-дуговий після шлакового переплаву;
- ЕЛП - електронно-променевий переплав;
- ПДП - плазмово-дуговий переплав;
- ІШ - вакуумно-індукційний плюс електрошлаковий переплав;
- ІП - вакуумно-індукційний плюс плазмово-дуговий переплав.
- ЕП – електростальська (завод) пошукова;
- ЕІ – електростальська дослідницька;
- НС – челябінська сталь;
- ЗІ – златоустівська дослідницька;
- ВНС - ВІЕМівська нержавіюча сталь;
- ДІ – дніпроспецстальська (завод) дослідницька.
За ступенем розкислення сталі маркуються так:
киплячі – кп, напівспокійні – пс, спокійні – сп.
Вуглецеві сталі
Вуглецева сталь за призначенням поділяється на конструкційнуі інструментальну.
Конструкційною вуглецевою називається сталь, що містить до 0,6% вуглецю (як виняток допускається 0,85 відсотка).
За якістю конструкційна вуглецева сталь поділяється на дві групи: звичайної якостіі як чесна.
Сталь звичайної якості застосовується для невідповідних будівельних конструкцій, деталей кріплення, листового прокату, заклепок, зварних труб. На конструкційну вуглецеву сталь звичайної якості встановлено ГОСТ З80-88. Ця сталь виплавляється в кисневих конвертерах і мартенівських печах і поділяється на три групи: група А, що поставляється за механічними властивостями; група Б, що поставляється за хімічним складом і група В, що поставляється за механічними властивостями та хімічним складом.
Якісна вуглецева конструкційна сталь поставляється за хімічним складом та механічними властивостями, виплавляється в кисневих конвертерах та мартенівських печах. На неї поширюється ГОСТ 1050-88.
Якісна конструкційна сталь застосовується для деталей, що працюють при підвищених навантаженнях і потребують опору удару та тертю: зубчастих коліс, осей, шпинделів, шарикопідшипників, шатунів, колінчастих валів, а також для виготовлення зварних та безшовних труб. До конструкційних вуглецевих сталей відноситься автоматна. Для поліпшення обробки різанням до її складу вводиться сірка, свинець, селен. Із цієї сталі роблять труби для автомобілебудування.
Леговані сталі
У сталі особливого призначення вводять також рідкісноземельні елементи, в легованих сталях може одночасно перебувати кілька легуючих елементів.
Область застосування конструкційної легованої сталі дуже велика. Застосування легованої сталі заощаджує метал, підвищує довговічність виробів.
За призначенням леговані сталі поділяються на групи: конструкційна, інструментальна та сталь з особливими фізичними та хімічними властивостями.
Конструкційна легована сталь згідно з ГОСТ 4543-71 ділиться на три групи: якісна, високоякісна та особливо високоякісна.
У легованій сталі поруч із звичайними домішками (сірка, кремній, фосфор) є легуючі, тобто. зв'язувальні елементи: хром, вольфрам, молібден, нікель, а також кремній та марганець у підвищеній кількості. Легована сталь має високо цінні властивості, яких немає у вуглецевої сталі.
Нижче описано вплив конкретних елементів на властивості сталі:
- Хром – підвищує твердість, корозійностійкість;
- Нікель – підвищує міцність, пластичність, корозійностійкість;
- Вольфрам - підвищує твердість і червоностійкість, тобто. здатність зберігати при високих температурах зносостійкість;
- Ванадій – підвищує щільність, міцність, опір удару, стирання;
- Кобальт - підвищує жароміцність, магнітопроникність;
- Молібден – збільшує червоностійкість, міцність, корозійностійкість за високих температур;
- Марганець - за змістом понад 1 відсотка збільшує твердість, зносостійкість, стійкість проти ударних навантажень;
- Титан - підвищує міцність, опір корозії;
- Алюміній – підвищує окалиностійкість;
- Ніобій – підвищує кислотостійкість;
- Мідь – зменшує корозію.
Найбільшого поширення набули такі леговані стали:
- хромисті, що мають хорошу твердість, міцність: 15Х, 15ХА, 20Х, 30Х, 30ХРА, 35Х, 40Х, 45Х;
- марганцевисті, що відрізняються зносостійкістю: 20Г, 50Г, 10Г2, 09Г2С;
- хромомарганцеві: 19ХГН, 20ХГТ, 18ХГТ, 30ХГА, 25Х2ГНТА-ВД;
- крем'янисті та хромокремністі, що мають високу твердість і пружність: 33ХС, 38ХС;
- хромомолібденові та хромомолібденованадієві, особливо міцні, що протистоять стирання 30ХМА, 15ХМ, 15Х5М, 15Х1МФ;
- хромомарганцевокремністі сталі ("хромансиль"): 14ХГСА, 30ХГСА, 35ХГСА;
- хромонікелеві, дуже міцні та пластичні: 12Х2Н4А, 20ХН3А, 12ХН3А;
- хромонікелевольфрамові, хромонікелілевадієві сталі: 12Х2НВФА, 20Х2Н4ФА, 30ХН2ВА.
Сталі і сплави високолеговані, корозійностійкі, жароміцні та жаростійкі
Корозійностійкі високохромисті сталі, леговані нікелем, титаном, хромом, ніобієм та іншими елементами. Призначені до роботи у середовищах різної агресивності. Для слабко агресивних середовищ використовуються сталі 08Х13, 12Х13, 20Х13, 25Х13Н2.
Деталі з цих сталей працюють на відкритому повітрі, у прісній воді, у вологій парі та розчинах солей при кімнатній температурі.
Для середовищ середньої агресивності застосовують сталі 07Х16Н6, 09Х16Н4Б, 08Х17Т, 08Х22Н6Т, 12Х21Н5Т, 15Х25Т.
Для середовищ підвищеної агресивності використовують сталі 08Х18Н10Т, 08Х18Н12Т, 03Х18Н12, які мають високу стійкість проти міжкристалітної корозії та жаростійкістю. Структура корозійностійких сталей залежно від хімскладу може бути мартенситною, мартенситно-феритною, феритною, аустенітно-мартенситною аустенітно-феритною, аустенітною.
Холодостійкі сталі повинні зберігати свої властивості при температурах мінус 40...80 град. Найбільше застосування мають сталі: 20Х2Н4ВА, 12ХН3А, 15ХМ, 38Х2МЮА, 30ХГСН2А, 40ХН2МА та ін.
Жароміцні стали здатні протистояти механічним навантаженням за високих температур (400…850 град. З). Сталі 15Х11МФ, 13Х14Н3В2ФР, 09Х16Н15М3Б та інші застосовують для виготовлення пароперегрівальних пристроїв, лопаток парових турбін, трубопроводів високого тиску. Для виробів, що працюють при вищих температурах, використовуються сталі 15Х5М, 16Х11Н2В2МФ, 12Х18Н12Т, 37Х12Н8Г8МБФ та ін.
Жаростійкі стали здатні чинити опір окисленню та окалиноутворенню при температурах 1150 ... 1250 град. С. Для виготовлення парових котлів, теплообмінників, термічних печей, апаратури, що працює при високих температурах в агресивних середовищах, використовуються сталі марок 12Х13, 08Х18Н10Т, 15Х25Т, 10Х23Н18, 08Х20Н14C2, 18Х20Н14C2 ФР-ІД, 12Х12М1БФР-Ш.
Теплостійкі сталі призначені для виготовлення деталей, що працюють у навантаженому стані за температури 600 град. З протягом тривалого часу. До них відносяться: 12Х1МФ, 20Х3МВФ, 15Х5ВФ, 12Х2МФСР.
Хімічний склад марок сталі
Джерело: [http://tirus.ru/]| C | Si | Mn | Cr | Ni | Mo | S | P | Cu | V | Ti | N | Al | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 10 | 0,07…0,14 | 0,17…0,37 | 0,35…0,65 | 0,15 | 0,30 | - | - | - | - | - | - | - | - |
| 20 | 0,17…0,24 | 0,17…0,37 | 0,35…0,65 | 0,25 | 0,25 | - | 0,03 | 0,025 | 0,30 | - | - | 0,008 | - |
| 12Х18Н10Т | 0,12 | 0,80 | 2,00 | 17,0…19,0 | 9,0…11,0 | - | 0,02 | 0,035 | - | - | …0,80 | - | - |
| 17Г1С | 0,20 | 0,55 | 1,60 | 0,30 | - | - | 0,035 | 0,035 | - | - | - | - | 0,02 |
| Ст1пс | 0,06…0,12 | 0,05…0,15 | 0,25…0,50 | 0,30 | - | - | 0,05 | 0,04 | - | - | - | 0,01 | - |
| Ст2пс | 0,09…0,15 | 0,05…0,15 | 0,25…0,50 | 0,30 | - | - | 0,05 | 0,04 | - | - | - | 0,01 | - |
| Ст2сп | 0,09…0,15 | 0,15…0,30 | 0,25…0,50 | 0,30 | - | - | 0,05 | 0,04 | - | - | - | 0,01 | - |
| Ст3сп | 0,14…0,22 | 0,15…0,30 | 0,40…0,65 | 0,30 | - | - | 0,05 | 0,04 | - | - | - | 0,01 | - |
| 35 | 0,32…0,40 | 0,17…0,37 | 0,50…0,80 | 0,25 | 0,30 | - | 0,04 | 0,035 | 0,30 | - | - | - | - |
| 35 ГС | 0,34…0,40 | 0,40…0,60 | 1,00…1,40 | 0,30 | 0,30 | - | 0,03 | 0,035 | 0,30 | - | - | - | - |
| Ст3пс | 0,14…0,22 | 0,05…0,15 | 0,40…0,65 | 0,30 | - | - | 0,05 | 0,04 | - | - | - | 0,01 | - |
| 40Х | 0,36…0,44 | 0,17…0,37 | 0,50…0,80 | 0,80…1,10 | 0,30 | - | 0,035 | 0,035 | 0,30 | - | - | - | - |
| 45 | 0,42…0,45 | 0,17…0,37 | 0,50…0,80 | 0,25 | - | - | - | - | - | - | - | - | - |
| 09Г2С | 0,12 | 0,50…0,80 | 1,30…1,70 | 0,30 | 0,30 | - | 0,04 | 0,035 | 0,30 | - | - | - | - |
| 15Х5М | 0,15 | 0,50 | 0,50 | 4,50…6,00 | 0,60 | 0,45…0,60 | 0,025 | 0,025 | 0,20 | - | - | - | - |
| 30ХГСА | 0,28…0,34 | 0,90…1,20 | 0,80…1,10 | 0,80…1,10 | 0,30 | - | 0,005 | 0,025 | - | - | - | - | - |
| 12Х1МФ | 0,10…0,15 | 0,17…0,37 | 0,40…0,70 | 0,90…1,20 | 0,25 | 0,25…0,35 | 0,025 | 0,025 | 0,20 | 0,15…0,30 | - | - | - |
| 08пс | 0,05…0,11 | 0,05…0,17 | 0,35…0,65 | 0,10 | - | 0,04 | 0,035 | - | - | - | - | 0,06 | - |
| 20 ... ПВ | 0,17…0,24 | 0,17…0,37 | 0,35…0,65 | 0,25 | 0,25 | - | 0,03 | 0,03 | 0,30 | - | - | - | - |
| Ст2кп | 0,09…0,15 | 0,05 | 0,25…0,50 | 0,3 | - | - | 0,05 | 0,04 | - | - | - | - | - |
| 08Х18Н10Т | 0,08 | 0,80 | 2,00 | 17,0…19,0 | 9,0…11,0 | - | 0,02 | 0,035 | - | - | …0,70 | - | - |
| Сплав 29НК | 0,03 | 0,30 | 0,40 | 0,10 | 28,5…29,5 | - | 0,015 | 0,015 | 0,20 | - | 0,10 | - | 0,20 |
| Сплав 29КН ... ВІ | 0,03 | 0,30 | 0,40 | 0,10 | 28,5…29,5 | - | 0,015 | 0,015 | 0,20 | - | 0,10 | - | 0,20 |
| 30ХГСН | 0,27…0,34 | 0,90…1,20 | 1,00…1,30 | 0,90…1,20 | 1,40…1,80 | - | 0,035 | 0,035 | 0,30 | - | - | - | - |
| 30ХГСН2А | 0,27…0,34 | 0,90…1,20 | 1,00…1,30 | 0,90…1,20 | 1,40…1,80 | - | 0,25 | 0,025 | 0,30 | - | - | - | - |
| 30ХГСН2АВД | 0,27…0,33 | 0,90…1,20 | 1,0…1,20 | 0,90…1,20 | 1,40…1,80 | - | 0,011 | 0,015 | 0,39 | - | - | - | - |
