Конструкционные стали. Учебное пособие. Г. И. Сильман конструкционные стали
 Скачать 7.36 Mb.
|
|
усталостного нагружения Характеристика твердости еще не дает полного представления о служебных свойствах детали. Известно, что 80% всех разрушений носят усталостный характер. Сопротивление металлических материалов усталости определяется пределом выносливости. Резкое влияние на предел выносливости оказывают дефекты поверхности. По сравнению с полированными образцами стали предел выносливости шлифованных образцов ниже на 10...15%, а фрезерованных -на 45...50%. С увеличением размера детали величина предела выносливости уменьшается («масштабный фактор»). В справочной литературе приводятся данные о пределе выносливости для ограниченного числа марок сталей. Значительно больше данных по другим свойствам – твердости и пределу прочности. В связи с этим при оценке усталостной прочности целесообразно использовать зависимости между пределом выносливости, с одной стороны, и твердостью или пределом статической прочности, с другой стороны. Неплохая корреляция в ряде случаев наблюдается между пределом выносливости и твердостью. Например, для углеродистых сталей -1 = 1,26...1,53 НВ, для легированных сталей -1 = 1,64...2,17 НВ [10]. Однако эти зависимости имеют частный характер и не распространяются на высокопрочные стали. Для среднеуглеродистых легированных термообработанных сталей между пределом выносливости в твердостью установлена более сложная зависимость [9]. Из рис.6, а видно, что корреляция между обеими характеристиками выдерживается лишь до HRC 36...37. При более высокой твердости резко увеличивается область разброса значений предела выносливости, причем минимальные их значения оказываются почта независящими от твердости. Поэтому по значениям твердости можно с достаточной точностью проводить оценку минимальных значений предела выносливости лишь для сталей с твердостью менее HRC 40. Более достоверны данные по соотношениям между пределом выносливости и твердостью для конкретных марок сталей (рис.6, б). Установлены также зависимости между пределом выносливости и пределом статической прочности. Например, для сталей -1 = 0,4…0,60 В. Однако имеются данные и о значительном влиянии химического состава стали на эту зависимость. На рис.7 приведены зависимости, полученные автором при обработке большого количества экспериментальных данных для углеродистых и легированных сталей. Видно, что при малом содержании углерода (менее 0,15%) величина отношения -1 /В уменьшается, особенно для легированных сталей. Значительное влияние оказывает и степень легирования. В целом характеристики выносливости менее чувствительны к структурным изменениям, вызываемым термической обработкой и изменениями в составе стали, чем многие другие механические свойства. Вместе с тем из рис.7 видно, что для обеспечения достаточно высоких значений усталостной прочности необходимо иметь в стали достаточное содержание углерода (не менее 0,12...0,15%). Особенно важно это для легированных сталей, у которых статическая прочность повышена за счет легирования; следует учитывать, что это повышение не коррелирует с изменением предела выносливости. Поэтому оценку предела выносливости целесообразно вести по зависимостям, приведенным на рис.7.  Рис.6. Связь между пределом выносливости и твердостью: а – для среднеуглеродистых легированных сталей, подвергнутых закалке и отпуску, б – для сталей 40ХН (1) и 20Х2Н4А (2)  б  а в Содержание углерода, % Рис.7. Связь между пределом выносливости и пределом статической прочности для углеродистых сталей (а), легированных сталей, содержащих до 4% легирующих элементов (б), и легированных сталей содержащих не менее 5% легирующих элементов (в) 2.6. Стоимость конструкционных сталей При выборе марки стала необходимо учитывать фактор стоимости. В связи с тем, что в последнее время цены очень нестабильны, целесообразно оперировать относительными их величинами. В качестве эталона с относительной цевой (ОЦ), равной 1, принят прокат сортовой круглого и квадратного сечения из углеродистых сталей обыкновенного качества, представляющий собой наиболее дешевые заготовки. Цена стальных заготовок определяется не только маркой стали, но и сортаментом заготовок. Наиболее высокая цена соответствует тонколистовой стали (толщиной 1...1,4 мм). Строительная сталь, предназначенная для армирования железобетонных конструкций (диаметром 12...14 мм) сравнительно дешева и имеет относительную цену 1,04...1,05. Мало отличается по стоимости от сталей обыкновенного качества сортовая качественная кипящая в полуспокойная сталь (марок 08кп...20кп, 08пс...25пс), поставляемая по относительной цене 1,0...1,1. Качественная спокойная сортовая углеродистая и марганцевая стали отличаются более высокой стоимостью (ОЦ до 1,2). Чем больше размеры сортового проката, тем ниже его стоимость. Стоимость легированной стали зависит от химического состава, типа полуфабриката и его размеров (табл.21). Низколегированные стали, содержащие сравнительно недорогие элементы (кремний, марганец), по стоимости близки к углеродистым сталям. Более высокую стоимость имеют стали, содержащие никель, медь, ванадий. Наиболее дорогостоящими являются стали, легированные вольфрамом, молибденом и кобальтом. Таблица 21 Относительные цены на стальной прокат
Продолжение таблицы 21
Экономически целесообразность применения легированных сталей определяется уровнем их свойств и стоимостью. В табл.22 приведена ориентировочная оценка коэффициентов экономичности некоторых низколегированных сталей. В качестве критерия такой оценки использовано изменение предела текучести для условий статического нагружения и изменение предела выносливости для условий циклического нагружения. Значения коэффициентов экономической целесообразности приведены в табл.22 для сталей в состоянии поставки (прокат без термического упрочнения). После термической обработки коэффициент экономической целесообразности использования стали возрастает в 1,2...1,3 раза. Таблица 22 Оценка экономической целесообразности использования некоторых легированных сталей
Продолжение таблицы 22
Из приведенных данных видно, что экономическая целесообразность использования той или иной марки легированной стали зависит от условий работы детали или конструкции. Для сварных конструкций, работающих в условиях усталостного нагружения, наиболее целесообразно использовать такие стали, как 17ГС, 16Г2АФ и 18Г2АФ. Эти же стали весьма эффективны и для условий статического нагружения. ЛИТЕРАТУРА 1. Лахтин Ю. М., Леонтьева В. П. Материаловедение. – М: Машиностроение, 1980. – 493 с. 2. Гуляев A. П. Металловедение. – М.: Металлургия, 1986. – 544 с. 3. Журавлев В. Н., Николаева О. И. Машиностроительные стали. Справочник. – M.: Машиностроение, 1981. – 391 с. 4. Приданцев М. В., Давыдова Л. Н., Тамарина Н. А. Конструкционные стали. Справочник. – М.: Металлургия, 1980. – 288 с. 5. Машиностроительные материалы. Краткий справочник / В. И. Раскатов и др. – М.: Машиностроение, 1980. – 511 с. 6. Гуляев А. П., Малинина К. А., Северина C. M. Инструментальные стали. Справочник. – М.: Машиностроение, 1975. – 272 с. 7. Энциклопедия неорганических материалов. В 2-х томах. – Киев: Главная редакция Украинской Советской Энциклопедии, 1977. 8. Гольдштейн М. И., Грачев С. В., Векслер Ю. Г. Специальные стали. –М.: Металлургия, 1986. – 408 с. 9. Качалов Н. Н. Прокаливаемость стали.– М.: Металлургия, 1978. – 192 с. 10. Золотаревский B. C. Механические свойства металлов. – М.: Металлургия, 1983. – 352 с. 11. Марочник сталей и сплавов / В. Г. Сорокин, А. В. Волосникова, с. а. вяткин и др. – М.: Машиностроение, 1989. – 640 с. 12. Конструкционные материалы. Справочник / Б. Н. Арзамасов, В. А. Брострем, Н. А. Буше и др. – М.: Машиностроение, 1990. – 688 с. ПРИЛОЖЕНИЕ ПОЛОСЫ И КРИВЫЕ ПРОКАЛИВАЕМОСТИ СТАЛЕЙ (по данным [3,4,9,11,12]) Примечание: на всех рисунках приложения твердость приведена в единицах HRC.            Григорий Ильич СИЛЬМАН КОНСТРУКЦИОННЫЕ СТАЛИ Рекомендации по выбору марки стали и вида ее термической или химико-термической обработки для деталей машин и конструкций УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ ДЛЯ СТУДЕНТОВ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫХ И МЕХАНИЧЕСКИХ СПЕЦИАЛЬНОСТЕЙ ВУЗОВ Редактор А. Г. Савельева Компьютерный набор, подготовка макета и техническое редактирование – авторские Темплан 1999 г. ____________________________________________________________________ Лицензия ЛР № 021039 от 13.02.96. Подписано в печать 3.09.99. Формат 60x84 1/16 Бумага писчая № 1 Печать офсетная Печ.л. 3,8. Уч.-изд. л. 4,0. Тираж 100 экз. Заказ № 12 ------------------------------------------------------------------------------------------------------ Брянская государственная инженерно-технологическая академия 241037, Брянск, просп. Станке Димитрова, 3 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||