Механические свойства стали. Зависимость от структуры и термической обработки

Материал должен обладать прочностью и надежностью.

В деталях, испытывающих знакопеременные нагрузки, металл должен обладать высоким сопротивлением усталости, а трущиеся детали — сопротивлением износу. Во многих случаях требуется хорошее сопротивление коррозии, ползучести и другим постоянным воздействиям. Это значит, что детали должны быть долговечными.

Детали машин должны быть изготовлены из прочного, надежного и долговечного материала.

Из всех известных в технике материалов лучшее сочетание проч­ности, надежности и долговечности имеет сталь, поэтому сталь является основным материалом для изготовления ответственных изделий, подвергающихся большим нагрузкам.

Механические свойства стали зависят от ее структуры и состава. Совместное воздействие термической обработки и легирования яв­ляется эффективным способом повышения механических характе­ристик стали.

На механические характеристики стали влияют изменение со­держания углерода, легирование, диспергирование структурных составляющих, измельчение зерна, наклеп. Упрочнение обычно ведет к уменьшению вязкости и пластичности.

Напомним, что: , — пределы прочности и текучести харак­теризуют прочность; — относительные удлинения и сужение характеризуют, пластичность; а_н, Т₅₀ — ударная вязкость, порог хладноломкости (температура полухрупкости) показывают значения вязкости и характеризуют надежность конструкционного материала.

Износостойкость, коррозионная стойкость, выносливость (уста­лостная прочность), жаропрочность и некоторые другие показатели характеризуют долговечность.

Сталь превосходит другие сплавы по прочности, уступая по некоторым, обычно менее существенным, свойствам как плотность, коррозионная стойкость, коэффициент линейного расширения, демп­фирующая способность; поэтому в подавляющем числе случаев она является основным конструкционным материалом.

При разработке составов конструкционных сталей и режимом их термической обработки нужно рассматривать в первую очередь такие способы, при которых пластические и вязкие свойства умень­шаются в минимальной степени.

Получение дисперсных структур в результате переохлаждения аустенита ведет к непрерывному повышению твердости и прочности; максимальную твердость (прочность) имеет мартенситная структура. При 0,4 %С мартенситная структура имеет твердость около 60 HRC (660 HB), что соответствует прочности порядка 2200—2400 МПа. Однако вязкость в этом случае недопустимо низкая, и должна быть повышена отпуском, правда, за счет снижения прочности.

Двойная обработка, при которой окончательная структура фор­мируется не из аустенита, а из мартенсита, т. е. применение закалки с последующим отпуском позволяет широко изменять прочностные свойства от максимальных, соответствующих закаленному состо­янию, до минимальных, соответствующих отожженному, и важно, что при этом пластические и вязкие свойства оказываются более высокие, чем при одинарной обработке (продукты распада аустенита).