какие стали относятся к высокопрочным

Высокопрочная сталь

Феррит (твердый раствор внедрения C в α-железе с объемно-центрированной кубической решеткой)
Аустенит (твердый раствор внедрения C в γ-железе с гранецентрированной кубической решеткой)
Цементит (карбид железа; Fe₃C метастабильная высокоуглеродистая фаза)
Графит стабильная высокоуглеродистая фаза

Ледебурит (эвтектическая смесь кристаллов цементита и аустенита, превращающегося при охлаждении в перлит)
Мартенсит (сильно пересыщенный твердый раствор углерода в α-железе с объемно-центрированной терагональной решеткой)
Перлит (эвтектоидная смесь, состоящая из тонких чередующихся пластинок феррита и цементита)
Сорбит (дисперсный перлит)
Троостит (высокодисперсный перлит)
Бейнит (устар: игольчатый троостит) — ультрадисперсная смесь кристаллов низкоуглеродистого мартенсита и карбидов железа

Белый чугун (хрупкий, содержит ледебурит и не содержит графит)
Серый чугун (графит в форме пластин)
Ковкий чугун (графит в хлопьях)
Высокопрочный чугун (графит в форме сфероидов)
Половинчатый чугун (содержит и графит, и ледебурит)

Высокопро́чная ста́ль — сталь с пределом прочности не ниже 1800÷2000 МПа. Для достижения столь высокой конструктивной прочности сталь должна сочетать в себе высокую прочность и высокое сопротивление хрупкому разрушению.

Классификация высокопрочных сталей

Стали, удовлетворяющие заданному уровню свойств и являющиеся высокопрочными

Ссылки

Полезное

Смотреть что такое «Высокопрочная сталь» в других словарях:

Высокопрочная сталь — сталь с прочностью > 1470 МПа. Высокая прочность сталей достигается использованием чистых сплавов, легированием, термической обработкой и т. д … Энциклопедический словарь по металлургии

ВЫСОКОПРОЧНАЯ СТАЛЬ — сталь с прочностью σв>1470 МПа. Высокая прочность сталей достигается использованием чистых сплавов, легированием, термической обработкой и т. д … Металлургический словарь

Сталь — У этого термина существуют и другие значения, см. Сталь (значения). Сталь Фазы железоуглеродистых сплавов Феррит (твердый раствор внедрения C в α железе с объемно центрированной кубической решеткой) Аустенит (твердый раствор внедрения C в γ… … Википедия

высокопрочная низколегированная сталь — Сталь, спроектированная для обеспечения лучших механических свойств и более высокого сопротивления атмосферной коррозии, чем углеродистая сталь. Эта сталь не должна составлять класс легированных сталей, так как была изготовлена скорее для… … Справочник технического переводчика

СТАЛЬ ВЫСОКОПРОЧНАЯ — [high strength steel] сталь с временным сопротивлением разрыву более 1500 МПа … Металлургический словарь

Трип-сталь — Фазы железоуглеродистых сплавов Феррит (твердый раствор внедрения C в α железе с объемно центрированной кубической решеткой) Аустенит (твердый раствор внедрения C в γ железе с гранецентрированной кубической решеткой) Цементит (карбид железа; Fe3C … Википедия

Конструкционная сталь — Эта статья или раздел описывает ситуацию применительно лишь к одному региону (СССР/Россия). Вы можете помочь Википедии, добавив информацию для других стран и регионов … Википедия

Нержавеющая сталь — Фазы железоуглеродистых сплавов Феррит (твердый раствор внедрения C в α железе с объемно центрированной кубической решеткой) Аустенит (твердый раствор внедрения C в γ железе с гранецентрированной кубической решеткой) Цементит (карбид железа; Fe3C … Википедия

Жаростойкая сталь — Фазы железоуглеродистых сплавов Феррит (твердый раствор внедрения C в α железе с объемно центрированной кубической решеткой) Аустенит (твердый раствор внедрения C в γ железе с гранецентрированной кубической решеткой) Цементит (карбид железа; Fe3C … Википедия

Окалиностойкая сталь — Жаростойкая сталь Фазы железоуглеродистых сплавов Феррит (твердый раствор внедрения C в α железе с объемно центрированной кубической решеткой) Аустенит (твердый раствор внедрения C в γ железе с гранецентрированной кубической решеткой) Цементит… … Википедия

Источник

Качественные высокопрочные стали: конструкционная и инструментальная

На правах рекламы

Они содержат углерод и дополнительные элементы, состав и соотношение которых зависят от заданных свойств.

Качество материала определяется возможностями обработки, стойкостью к разным видам нагрузок. Невысокий процент углерода обеспечивает хорошую пластичность при низкой прочности. Увеличение его доли делает сталь более прочной, но менее пластичной. В общем случае различают сплавы:

Низкоуглеродистые (менее 0,3%). Подходят для конструкций, которые эксплуатируются без высоких нагрузок.

Среднеуглеродистые (от 0,3 до 0,6%). Применяются для изготовления обширной номенклатуры металлопродукции.

Высокоуглеродистые (свыше 0,6%). Из них создаются инструменты повышенной прочности, износостойкости.

Углеродистые стали могут включать полезные и вредные примеси. К нежелательным добавкам относятся фосфор и сера, которые приводят к появлению трещин при механических нагрузках, низких и высоких температурах. В металлопродукции хорошего качества их суммарное содержание не должно превышать 0,03%.

Чтобы изготовить стальной сплав с особо ценными свойствами проводят легирование. Самые распространенные добавки: хром, кремний, никель, марганец, молибден.

Конструкционные стали

Из конструкционных сталей создаются строительные элементы, разнообразные изделия, используемые в промышленном машиностроении. Так как категория материалов достаточно обширная, в ней выделены основные группы сплавов, объединенные по составу и свойствам.

Стали для строительных работ. Среднеуглеродистые (в том числе, низколегированные), с хорошей свариваемостью, предназначенные для возведения многоуровневых, разветвленных сооружений с равномерно распределенной нагрузкой.

Нержавеющие (коррозионностойкие). Низкоуглеродистые, улучшенные хромом и марганцем, хорошо защищенные от разрушающего воздействия воды, растворов кислот, щелочей:

Пружинно-рессорные. Легированные сплавы, слабо чувствительные к упругим деформациям. Широко используются в амортизирующих механизмах.

Стали для автоматического производства. Низкопластичные материалы с добавлениями серы, свинца, селена, при автоматизированной обработке которых образуется мелкая, легко ломающаяся стружка. Предназначены для массовой станочной обработки.

Сплавы холодного штампования. Высокопластичные, не подверженные разрывам материалы, которые могут существенно менять форму без ухудшения параметров качества.

Стойкие к износу. Металлопродукция с высоким процентом марганца, из которой изготавливаются трущиеся детали, подверженные значительным статическим, динамическим нагрузкам.

Сплавы усиленной прочности. Высоколегированные среднеуглеродистые составы со специальными свойствами, разработанные для наиболее ответственных узлов механизмов и конструкций.

Усовершенствованные стали. Среднеуглеродистые, обогащенные марганцем, бором, никелем или молибденом, прошедшие термообработку для улучшения характеристик.

Для изготовления подшипников. Износостойкие, плотные без посторонних включений, пор, имеющие увеличенный ресурс эксплуатации.

Цементируемые материалы. Низкоуглеродистые, износостойкие, используемые для производства конструктивных узлов и отдельных деталей, подверженных трению, импульсным нагрузкам.

Стоимость металлопродукции из конструкционных сталей зависит от состава, габаритов. Актуальные цены изделий идентичных размеров и разных марок приведены на примере каталога крупнейшего российского металлмаркета «Металлсервис».

Круг горячекатаный конструкционный:

Круг горячекатаный никелевый:

Шестигранник горячекатаный конструкционный:

Инструментальные стали

Эта категория включает сплавы, в которых содержание углерода превышает отметку в 0,7%. В основном, это металлопродукция, предназначенная для изготовления измерительных приборов, различного режущего инструмента, штампов холодного и горячего деформирования, пресс-форм для литья, работающих под давлением, ряда других высокоточных изделий.

Из-за особенностей области применения к инструментальным сталям предъявляются строгие требования. В частности, материал должен хорошо резаться и шлифоваться, иметь высокую стойкость к критичным температурам, обезуглероживанию, образованию трещин. Рассмотрим основные типы инструментальных сталей по назначению.

Для режущих инструментов, способные при длительных нагрузках сохранять основные характеристики (твердость, прочность, термостойкость).

Для измерительных инструментов, легко обрабатываемые, износостойкие, поддерживающие стабильность формы и размеров при использовании, длительном хранении.

Сплавы для штампования повышенной твердости, износостойкости, прокаливаемости. Различают легированные сплавы холодной, горячей штамповки. В первом случае, к базовым свойствам добавляются термостойкость и вязкость, во втором – увеличенная прочность и теплопроводность.

Валковые стали глубокой прокаливаемости, высокой износостойкости, контактной прочности, минимально деформируемые.

Как и в случае конструкционной металлопродукции, цены на изделия из инструментальной стали зависят от выбранной марки.

Источник

23 Высокопрочные конструкционные стали

3.3 высокопрочные конструкционные стали

К высокопрочным относятся стали, временное сопротивление которых s_в >1600 МПа и s_0,2 > 1400 МПа. Стали с пределом текучести более 2000 МПа иногда называют сверхвысокопрочными.

Прежде всего высокопрочные стали применяют в изделиях, для которых важно уменьшение массы при сохранении высокой прочности. Это могут быть высокопрочные болты и крепежные изделия, некоторые виды тросов и прядей, высокоскоростные роторы, валы и многие другие детали машин и механизмов. Высокопрочные стали используют в космической, ракетной, авиационной технике, а также в ряде отраслей приборостроения.

Конструктивную прочность конструкционных сталей можно оценить по диаграмме конструктивной прочности, построенной в координатах предел текучести s_0,2 – вязкость разрушения К_1с. На рисунке 3.9 представлена обобщенная диаграмма конструктивной прочности конструкционных сталей различных классов и способов упрочнения.

На диаграмме указаны области средне- и высокоуглеродистых легированных сталей. Штриховой линией отмечено значение s_0,2 = 1400.МПа, являющееся нижней границей для высокопрочных сталей. На диаграмме также указаны приблизительные области различных механизмов распространения трещины при испытаниях на К_1с, построенные на основании фрактографических исследований.

Высокопрочные стали при необходимой прочности должны иметь достаточные пластичность, сопротивление динамическим нагрузкам, ударную вязкость, усталостную прочность, а для ряда изделий и хорошую свариваемость.

В высокопрочном состоянии изделия весьма чувствительны к различным концентраторам напряжений как внешним (выточки, острые переходы, отверстия с малым радиусом и т.д.), так и внутренним (неметаллические включения), поэтому большое значение имеет чистота стали по неметаллическим включениям.

Рекомендуемые файлы

Рисунок 3.9 – Обобщенная диаграмма конструктивной прочности

конструкционных сталей (О.И. Романив, А.Н. Ткач)

При выплавке высокопрочных сталей применяют чистые шихтовые материалы, специальные методы выплавки, повышающие чистоту стали по неметаллическим включениям, газам и вредным примесям, такие как электрошлаковый переплав, вакуумные способы плавки и др., которые повышают пластичность стали, но при этом и удорожают сталь.

Как правило, получение высокопрочного состояния связано с образованием метастабильной структуры с высоким уровнем микроискажений, высокой плотностью дефектов кристаллического строения и, следовательно, повышенной склонностью к протеканию диффузионных процессов. Это необходимо учитывать при осуществлении технологических операций на изделиях из высокопрочных сталей, при которых возможно насыщение детали водородом (например, электролитическое травление) и появление водородной хрупкости.

При временном сопротивлении более 1600 МПа появляется склонность к замедленному разрушению образцов с трещиной. Повышение содержания углерода резко увеличивает склонность высокопрочных сталей к замедленному разрушению при контакте с водой. Причина этого явления до конца не ясна. Предполагается, что это связано с развитием коррозии под напряжением, эффектом Ребиндера и водородной хрупкостью. Высокопрочные стали склонны к хрупкости при контакте с расплавленными легкоплавкими металлами.

Существуют разные способы получения высокопрочных сталей: закалка на мартенсит с низким отпуском (300 –350 °С) и вторичное твердение в интервале температур 500 – 650 °С, а также ряд специальных технологических процессов, к которым можно отнести термомеханическую обработку, волочение сталей со структурой тонкопластинчатой феррито-карбидной смеси, получение сталей со структурой сверхмелкого зерна и некоторые другие. К высокопрочным сталям относятся мартенситностареющие стали и стали со структурой метастабильного аустенита.

3.3.1 Легированные низкоотпущенные стали

Большинство легированных конструкционных сталей после закалки и низкого отпуска могут иметь высокие значения временного сопротивления (s_в > 1700 МПа) и предела текучести (s_0,2 >1500 МПа) при достаточно высоких значениях пластичности (относительное удлинение d ³ 10 % и относительное сужение y ³ 25 %). Однако конструктивная прочность низкоотпущенных легированных сталей обычно понижена из-за повышенной чувствительности к надрезам вследствие низкого сопротивления хрупкому разрушению. При выборе рационального легирования и режимов отпуска низкоотпущенной стали необходимо учитывать развитие в интервале 200 – 300 °С явления необратимой отпускной хрупкости (отпускная хрупкость I рода), сопровожда­щегося значительным падением ударной вязкости. В связи с этим отпуск высокопрочной стали проводят при температурах выше провала ударной вязкости, т.е. выше 300 ºС. Роль легирования при этом заключается в повышении устойчивости мартенсита к распаду при отпуске (необходимо сохранить высокие прочностные свойства при возможно более высоких температурах отпуска), обеспечении необходимой прокаливаемости, повышении сопротивления хрупкому разрушению.

Углерод является элементом, наиболее сильно упрочняющим мартенсит. Однако он сильно понижает хрупкую прочность стали, поэтому высокопрочные низкоотпущенные стали должны содержать минимальное, необходимое для получения заданной прочности, количество углерода. Обычно содержание углерода не превышает 0,3 – 0,4 %.

При легировании высокопрочной стали рекомендуется не слишком снижать температуру М_н, так как при понижении точки М_н растут закалочные напряжения и увеличивается количество остаточного аустенита. Таким образом, легирование высокопрочной низкоотпущенной стали должно быть достаточным, но не чрезмерным.

Высокопрочные низкоотпущенные стали легируют марганцем, хромом, молибденом, вольфрамом, ванадием, кремнием, никелем. Суммарное количество легирующих элементов обычно не менее 3 – 4 %. Для повышения прокаливаемости особенно эффективны Mn, Cr, Ni, Mo. Такие элементы, как никель и кобальт, повышают сопротивление хрупкому разрушению, т.к. увеличивают подвижность дислокаций, снижая их блокировку примесными атомами. Последнее приводит к релаксации пиковых напряжений. Легирование карбидообразующими элементами (Cr, Mo, W, V) и кремнием замедляет распад мартенсита при отпуске, в результате чего появляется возможность проводить его при температурах более 300 ºС. Это позволяет миновать область охрупчивания и вместе с тем получить высокий уровень прочности.

При легировании высокопрочных сталей карбидообразующими элементами при прочих равных условиях рекомендуется использовать легирующие элементы, карбиды которых легче растворяются при нагреве под закалку, так как остаточные нерастворившиеся карбиды значительно снижают хрупкую прочность низкоотпущенной стали, а излишне высокие температуры аустенитизации нежелательны, поскольку укрупнение действительного аустенитного зерна понижает ударную вязкость. Добавки кремния в сталях, обрабатываемых на высокую прочность (в отличие от среднепрочных сталей), весьма полезны, так как за счет кремния можно несколько уменьшить содержание углерода (при низком отпуске 200-300°С кремний тормозит падение прочности). Для сталей, подвергаемых изотермической закалке, кремний является наиболее важным легирующим элементом. Изотермическая закалка высокопрочных содержащих кремний сталей обеспечивает высокую вязкость и пониженную чувствительность к надрезу. Роль кремния заключается в усилении перераспределения углерода в аустените в процессе бейнитного превращения, что приводит к образованию менее углеродистых более вязких игольчатых структур и повышенного количества остаточного аустенита.

Сильные карбидообразующие элементы (V, Nb, Ti) способствуют мелкозернистости, но большое их количество может привести к увеличению ликвационной неоднородности по углероду. Этот эффект можно уменьшить введением никеля, который также повышает вязкость. В последнее время разработаны высокопрочные стали, в которых высокий комплекс свойств достигается благодаря получению дисперсных нитридных фаз. Это достигается легированием азотом (0,02-0,04 %) и нитридообразующими элементами. Нитриды ванадия и алюминия обеспечивают получение при нагреве под закалку мелкозернистой структуры, а растворенный в аустените азот значительно увеличивает прокаливаемость стали (35Х2АФ, 40Х2АФЕ).

В таблицах 3.6 и 3.7 приведены составы и свойства некоторых высокопрочных низкоотпущенных сталей.

Таблица 3.6 – Состав высокопрочных низкоотпущенных сталей

Источник

Самые прочные стали. Ножевой ликбез: самая твердая сталь в мире

Марки высокопрочной стали

Характеристики высокопрочной стали

Самые прочные металлы на Земле

Что же такое прочность? Это способность материала выдерживать внешние нагрузки, при этом не разрушаясь. При оценке прочности металла учитывается много параметров и качеств: насколько хорошо металл сопротивляется разрыву, как он противостоит сжатию, каков порог перехода от упругого к пластическому состоянию, когда деформация материала становится необратимой, какова способность материала сопротивляться распространению трещин и т.п.

Прочные сплавы и природные металлы

Сплавы представляют собой комбинации разных металлов. Потребность получить самые разные качественные характеристики металлов, среди которых и прочность, привела к появлению различных сплавов. Одним из важных в этом смысле сплавов является сталь, которая представляет собой комбинацию железа и углерода. Итак, какие же металлы принято считать самыми прочными на Земле?

Поскольку для определения прочности металла необходимо учесть очень много факторов, трудно однозначным образом упорядочить металлы от самого «крепкого» до самого «слабого». В зависимости от того, какое свойство считается наиболее важным в каждом конкретном случае, и будет складываться расстановка сил прочности среди металлов.

Сталь и ее сплавы

Сталь — это прочный сплав железа и углерода, с добавками других элементов, таких как кремний, марганец, ванадий, ниобий и пр. Благодаря различным системам легирования стали можно получать совершенно разный комплекс свойств новых сплавов.

Так, высокоуглеродистая сталь — это сплав железа с высоким содержанием углерода — получается прочной, относительно дешевой, долговечной, она хорошо поддается обработке. Из недостатков стоит отметить низкую прокаливаемость и низкую теплостойкость, что делает углеродистую сталь уязвимой в агрессивной среде.

Сферы применения: из углеродистой стали изготавливают различные инструменты, детали машин и сложных механизмов, элементы металлоконструкций. Важным условием применения таких изделий является неагрессивная среда.

Сплав стали, железа и никеля – один из наиболее прочных сплавов. Существует несколько его разновидностей, но в целом легирование углеродистой стали никелем увеличивает предел текучести до 1420 МПа и при этом показатель предела прочности на разрыв доходит до 1460 МПа.

Сферы применения: сплавы на никелевой основе используют в конструкциях некоторых типов мощных атомных реакторов в качестве защитных высокотемпературных оболочек для предохранения от коррозии урановых стержней.

Нержавеющая сталь – коррозионностойкий сплав стали, хрома и марганца с пределом текучести до 1560 МПа и пределом прочности на разрыв до 1600 МПа. Как и все виды стали, этот сплав обладает высокой ударопрочностью и имеет средний балл по шкале Мооса.

Сферы применения: благодаря своим антикоррозийным свойствам нержавеющую сталь широко применяют в самых разных областях – нефтехимической промышленности, машиностроении, строительстве, электроэнергетике, кораблестроении, пищевой промышленности и для изготовления бытовых приборов.

Особо твердые сплавы

Сплавы на основе карбидов вольфрама, титана, тантала обладают твердостью, которой позавидует любой молот Тора.

Титан – это наиболее растиражированный в средствах массовой информации и кинематографе природный металл, который принято ассоциировать с суперпрочностью. Его удельная прочность почти вдвое выше, чем аналогичная характеристика легированных сталей. Он обладает самым высоким отношением прочности на разрыв к плотности из всех металлов. По этому показателю он обошел вольфрам, вот только по шкале твердости Мооса титан ему уступает. Тем не менее, титановые сплавы прочны и легки.

Сферы применения: титан и его сплавы часто используются в аэрокосмической промышленности. Из него делают элементы обшивки космических кораблей, топливные баки, детали реактивных двигателей. Активно используют его и в морском судостроении, строительстве трубопроводов для агрессивных сред и в качестве конструкционного материала.

Вольфрам с его самой высокой прочностью на растяжение среди всех встречающихся в природе металлов часто комбинируют со сталью и другими металлами для создания еще более прочных сплавов. К недостаткам вольфрама можно отнести его хрупкость и способность к разрушению при ударе.

Сферы применения: вольфрам применяют в металлургии для производства легированных сталей и различных сплавов, в электротехнической индустрии для изготовления элементов осветительных приборов, в машино- и авиастроении, в космической отрасли и химпроме. Сплав вольфрама и углерода (карбид вольфрама) используют для производства инструментов с режущими краями, таких как ножи и дисковые пилы, а также износостойких рабочих элементов горношахтного оборудования и прокатных валков.

Тантал обладает сразу тремя достоинствами – прочностью, плотностью и устойчивостью к коррозии. Он состоит в группе тугоплавких металлов, как и выше описанный вольфрам.

Сферы применения: тантал используется в производстве электроники и сверхмощных конденсаторов для персональных компьютеров, смартфонов, камер и для электронных устройств в автомобилях.

Инновационные сплавы

Существует ряд сплавов, которые появились совсем недавно, но уже успели завоевать признание благодаря своим «сверхкачествам» и активно используются в аэрокосмической сфере и медицине.

Алюминид титана – сплав титана и алюминия, который выдерживает высокие температуры и обладает антикоррозийными свойствами, но при этом он довольно хрупкий и недостаточно пластичный. Тем не менее, он нашел свое применение в производстве специальных защитных покрытий.

Сплав титана с золотом – еще один уникальный материал, который был разработан несколько лет назад группой ученых из университетов США. Основная задача, которая стояла перед учеными, создать материал крепче титана, который можно было бы применять в медицине для производства протезов, совместимых с биотканью. Дело в том, что титановые протезы, несмотря на свою прочность, изнашиваются относительно быстро, их приходится менять каждые 10 лет. А вот сплав титана с золотом оказался вчетверо более прочным, чем те сплавы, что сейчас используются в производстве протезов.

Источник