Мартенсито старіючі високоміцні сталі

Висока конструктивна міцність виробу досягається тільки тоді, коли воно вироблено із матеріалу, який має велику міцність та високим опором крихкому руйнуванню. Цим вимогам в значній мірі відповідають безвуглецеві (<0,03% С) мартенсит старіючі сталі (вуглець та азот в них – шкідливі домішки, які знижують пластичність та в’язкість сталі).

Мартенсито старіючі сталі представляють собою сплави заліза з нікелем (8–20 %), які містять в багатьох випадках молібден. Для протікання процесу старіння в мартенситі сплави додатково легують Ti, Al, Nb, Mo та Со. Зміцнення цих сталей досягається в результаті мартенситного пере­творення, яке супроводжується фазовим наклепом та головним чином старінням мартенситу.

При старінні в мартенситі утворюються сегрегації в вузлах дислокаційної сітки, області з упорядженою структурою або виділяються дисперсні фази NiTi; Ni₃Ti; NiAl; Ni₃Al; (NiFe)Al; Ni₃(Al, Ti); Fe₂Mo; Ni₃Nb та ін., когерентно зв’язан­і з матрицею.

Хром, який вводять в сплав, зміцнює мартенсит сталей Fe–Ni–Ti та Fe– Ni–Al при старінні й підвищує опір коррозії.

Широке застосування в техніці отримала високоміцна мартенситностаріюча сталь Н18К9М5Т (≤0,03% С, ~18% Ni, ~9% Со, ~5% Mo, ~0,6% Ti).

Сталь загартовують на повітрі з 820–850° С. Нагрівання до бі­льш високих температур веде до роста зерна та зниження пла­стичності. Після загартування сталь складається з без вуглецевого рейочного мартенситу («мартенситу заміщення»), маючого поряд з низькою міцністю гарну пластичність та в’язкість.

Сталь Н18К9М5Т має високу межу пружності ( =1500 МПа); з неї виготовляють пружини. При низьких тем­пературах міцності властивості, як це зазвичай спостерігаються в сталі, зростають, але при збереженні підвищеної пластич­ності та в’язкості. При –196° С =2400 МПа, =9 % та КСU = 0,3 МДж/м². Це дозволяє використовувати їх для роботи при кріогенних температурах.

Велике застосування знайшла й сталь Х11Н10М2Т ( = 1550 МПа, = 1480 МПа). Існує й цілий ряд інших мартенситностаріючих сталей: Н18К12М4Т2 ( = 2350 МПа), Х12Н9М2ДТ ( =1500 МПа) та ін.

Мартенситностаріючі сталі з 10–12 % Сr мають гарний опір корозії. Сталі для збільшення зно­состійкості й межі витривалості азотують. Мартенситно­старіючі сталі використовують в авіаційній промисловості, в ракетній техніці, в судобудівництві, в прибор будівництві для п­ружних елементів, в кріогенній техніці, тощо. Ці сталі дорого стоячі.

Шарикопідшипникові сталі

Підшипники каченя працюють в умовах каченя кульок (або роликів) по зовнішнім і внутрішнім кільцях. Найбільш часто причинами відмовлення підшипників є злам, руйнування тіл каченя і робітників поверхонь кілець і головним чином сталосте викрашування робочих поверхонь елементів підшипника.

Для виготовлення тіл каченя і підшипникових кілець невеликих перетинів звичайно використовують високо вуглецеву хромисту сталь ШХ15 (0,95–1,05% С и 1,3–1,65% Сr), а великих перетинів – хромомарганцевокремнисту сталь ШХ15СR (0,95–1,05 % С, 0,9–1,2 % Мn, 0,4–0,65 % Si і 1,3–1,65 % Сr), що прожарюється на велику глибину. Сталі мають високу твердість, зносостійкістю й опором контактної утоми. До сталей висувають високі вимоги по змісту неметалічних включень, тому що вони викликають передчасне сталосте руйнування. Неприпустима також карбідна неоднорідність.

Електрошлаковий і вакуумно–дугового переплаву, зменшуючи кількість неметалічних включень (сульфідів, оксидів і ін.), підвищують довговічність підшипників. Сталі виготовляють у виді прутків, труб і дроту. Після відпала сталі одержують структуру дрібнозернистого перліту. Така структура забезпечує задовільну оброблюваність різанням і достатньою пластичністю при холодному штампуванні кульок і роликів; твердість після відпала 179–207 НВ. Кільця, кульки і ролики проходять загартування в олії (30–60° С) з 840—860° С и відпустку при 150–170° С. Перед відпусткою для зменшення кількості залишкового аустеніту деталі підшипника прохолоджуються до температури не вище 20–25° С. Це підвищує стабільність їхніх розмірів.

Для одержання оптимального сполучення міцності і контактної витривалості кільця і ролики підшипників повинні мати після загартування і відпустки твердість 61–65 HRC для сталі ШХ15 і 60–64 HRC для сталі ШХ15СR, а кульки 62–66 HRC.

Для виготовлення деталей підшипників каченя, що працюють при високих динамічних навантаженнях, застосовують цементуємі сталі 20Х2Н4А і 18ХГТ. Після газової цементації на глибину 1200–3500 мкм, високого відпуску, загартування і відпуск при 160–170° С деталі підшипника зі сталі 20Х2Н4А мають на поверхні твердість 58–62 HRC, а в серцевині 35–45 HRC.

Деталі підшипника каченя зі сталі 18ХГТ піддають цементації або ціанованою на глибину 900–1800 мкм. Після загартування і низького відпуску вони мають твердість 61–65 HRC. В останні роки розроблений і впроваджений у масове виробництво процес об'ємно–поверхневого загартування кілець і важко навантажених роликових підшипників для букс залізничних вагонів. Для виготовлення цих деталей застосовують високо вуглецеву сталь ШХ4 (0,95–1,05% С; 0,15–0,3 % Мn; 0,15–0,3 % Si; 0,35–0,5 % Сr) з регламентованої прокаліваємостю, що має перед загартуванням структуру зернистого перліту. Кільця і тіла каченя підшипників, що працюють в агресивних середовищах (морській воді, азотній кислоті і т.д.), виготовляють зі сталі 95X18 (0,9–1,0 % С и 17–19 % Сr).