Конструкционные стали

Нагревательные и охлаждающие среды, используемые при термообработке деталей СТС

Выбор способа и среды нагрева и охлаждения деталей при термообработке определяется стоящими перед ней задачами.

В условиях береговых судоремонтных предприятий нагрев обычно про­изводится в электрических или газовых печах, а также токами высокой час­тоты (ТВЧ). Нагревательной средой чаще всего является газовая, которая может быть окислительной (воздух) или нейтральной. Реже используются жидкие нагревательные среды - обычно это расплавы солей в тиглях. Так, для равномерного прогрева деталей сложной конфигурации при температу­рах до 160...550 °С используется смеси азотной и калиевой селитры в раз­личном соотношении. Если необходим высокотемпературный нагрев до 1300... 1350 °С (для закалки быстрорежущих сталей), то применяют ВаС1₂.

Основные охлаждающие среды - вода, минеральное масло и воздух применяются при ТО как на берегу, так и в море. Они понижают температуру со скоростью порядка 600, 150 и 30 °С/с соответственно. При закалке углеро­дистых сталей скорость охлаждения свыше критической обеспечивает только вода, для легированных - вода и масло. При необходимости для увеличения v-o.0, можно использовать морскую воду – V_охл ~ 1200°С/с.

Источники тепла, применяемые для нагрева в условиях эксплуатации судна, имеют заметно меньшую тепловую мощность - пламя газовой горелки или паяльной лампы. Это позволяет проводить термообработку деталей СТС небольших габаритов и массы. Однако в последние годы наметился некото­рый прогресс в росте этих параметров деталей за счет использования т.н. "гибких" индукторов, подключаемых к имеющимся на судах сварочным трансформаторам.

Рассмотрим более подробно группу конструкционных сталей с учетом конкретного назначения, термообработки и получаемых эксплуатационных свойств (табл. 2.17.).

К корпусным относят стали, широко используемые для изготовления сварных корпусов морских и речных судов. Так, на сухогрузах они состав­ляют 80...90 % общей массы судна. Оптимальное сочетание прочности и пластичности, достигаемое уже на металлургических заводах при термоме­ханической обработке (прокатка нагретого материала), позволяет гнуть лис­ты заданной кривизны, сохранять целостность корпуса судна при навале на пирс и других аварийных ситуациях. Выполнение же технологического тре­бования - хорошей свариваемости - дает возможность выполнять сварку на судне практически при любых погодных условиях.

Таблица 2.17 - Сводная информация по конструкционным

сталям в судостроении и судоремонте

Доминирующие требования к материалу изделия	Типовая марка стали	Основные свойства	Примеры применения
Предел прочности в, МПа	Относительное удлинение , %	Ударная вязкость KCU, МДж/м2 (твердость HRC)
Корпусные: C0,22%, без термообработки, в состоянии поставки
Высокая пластичность, приемлемый уровень прочности свойств хорошая свариваемость	ВСт.3			0,55	Изготовление корпусов судов и конструкций с помощью сварки
09Г2С			0,5
10ХСНД			0,4
10Г2СДМ			0,7
Цементируемые: 0,15С0,3%, ТОцементация+закалка+низкий отпуск
Наследственная мелкозернистость – способность длительное время сохранять размер зерна при нагреве до высоких температур	20Х			(58…62)	Детали СТС с высокой твердостью и износостойкостью поверхности: топливная аппаратура дизелей, шестерни, клачные шайбы и др.
12Х2Н4МА
18ХГТ
30ХГТ
Улучшаемые:0,3С0,5%, ТО закалка+высокий отпуск
Повышенная способность выдерживать знакопеременные и динамические нагрузки				0,4	Наиболее нагруженные ответственные детали: шатуны, анкерные связи, коленчатые валы идр.
35ХМА			0,6
40Х			0,6
40ХМН			0,7
38ХН3МФА			0,8
Пружинно-рессорные: 0,50,7%, ТО закалка+средний отпуск
Высокое значение пределов пропорциональности и выносливости, высокая релаксационная стойкость				-	Пружины различных механизмов, мембраны и прочие упругие элементы
50ХФА			-
70С3А			-
60С2ХФА			-
Шарикоподшипниковые:около 1%С, ТОзакалка+низкий отпуск
Чистота по неметаллическим включениям, стабильность размеров	ШХ6	-	-	(66…61)	Подшипники качения: шарико- и роликоподшипники, игольчатые и др.
ШХ15	-	-
ШХ15СГ	-	-

Корпусные стали относятся к тем судостроительным материалам, кото­рые должны удовлетворять жестким требованиям Правил классификации и постройки морских судов (Морского Регистра) в части хладноломкости. По этому критерию она делится на категории А, В, В, Е и F. Выбор категории производится с учетом минимальной температуры окружающей среды и толщины элемента корпуса. Так, при толщине 5 = 20 мм для указанных кате­горий предельно допустимая температура составляет -15, -33, -43, -60 и ниже -60°С (соответственно).

Цементируемые стали подвергаются сложной термообработке, вклю­чающей насыщение поверхности углеродом до 0.9... 1.1 % путем выдержки при температурах 910... 930 ^СС в течение 10... 15 часов в химически активной среде, что практически исключает проведение ее в условиях эксплуатации судна. В заводских же условиях детали из этих сталей приобретают высокую твердость поверхности и вязкую сердцевину - это обеспечивает хорошую износостойкость, способность воспринимать контактные и ударные нагрузки. Улучшаемые стали наиболее многочисленны по числу разработанных марок, предназначенных для изготовления деталей с последующей закалкой и высоким отпуском. Такая термообработка сообщает материалу комплекс свойств, позволяющих эксплуатировать детали при больших и динамических и знакопеременных нагрузках.

Пружинно-рессорные стали приобретают свои высокие эксплуа­тационные качества в результате за­калки и среднего отпуска (рис. 2.35). Такая обработка возможна не только в заводских условиях, но и непосред­ственно на судах для изготовления пружин небольших размеров взамен вышедших из строя или при их реге­нерации - восстановлении исходных габаритов и значений предела пропор­циональности.

Шарикоподшипниковые стали настолько важны для современной тех­ники, что даже их маркировка имеет особенности (см. табл. 2.14). Ни один механизм не может быть создан без подшипников качения. Они обеспечива­ют минимальные потери энергии, так как коэффициент трения качения существенно ниже, чем при трении скольжения. Кроме этого, благодаря малой деформации при ТО, эти стали широко применяются для изготовления прецизионных сопряжений топливной аппаратуры судовых дизелей.