Материаловедение и термическая обработка. Макаров Ю.Ф - 10 стр.

сталь имеет предел прочности не выше 600…620 Н/мм2, а при твёрдости
ниже НВ 1800 Н/мм2 предел прочности не превышает 550…600 Н/мм2. Для
отожженной углеродистой стали отношение σ0,2 / σв составляет примерно
0,5. Следовательно, предел текучести стали 45 в этом состоянии не
превышает 270…320 Н/мм2.
    Сталь 20ХН3А, согласно ГОСТ, в состоянии поставки (после прокатки и
отжига) имеет твёрдость не более 2500 НВ. Следовательно, предел
прочности при твёрдости НВ 2300…2500 Н/мм2 не превышает 670…750
Н/мм2 и может быть ниже 600 Н/мм2 для плавок с более низкой твёрдостью.
Тогда предел текучести составляет 350…400 Н/мм2, так как σ0,2 / σв для
отожженной легированной стали 0,5…0,6.
    Таким образом, для получения заданной величины предела текучести вал
необходимо подвергнуть термической обработке.
    Для низкоуглеродистой стали Ст4 улучшающее влияние термической
обработки незначительно. Кроме того, Ст4 – как сталь обыкновенного
качества имеет повышенное содержание серы и фосфора, которые понижают
механические свойства и особенно сопротивление ударным нагрузкам.
    Для такого ответственного изделия, как вал двигателя, поломка которого
нарушает работу машины, применение более дешевой по составу стали
обыкновенного качества нерационально.
    Сталь 45 относится к классу качественной углеродистой, а сталь 20ХН3А
– к классу высококачественной легированной стали. Они содержат
соответственно 0,42…0,50 и 0,17…0,23 % С и принимают закалку. Для
повышения прочности можно применять нормализацию или закалку с
высоким отпуском. Последний вариант обработки сложнее, но позволяет
получить не только более высокие характеристики прочности, но и более
высокую вязкость. В стали 45 минимальные значения ударной вязкости КС
(ан) после нормализации составляют 200…300 кДж/м2, а после закалки и
отпуска с нагревом до 500 °С достигают 600…700 кДж/м2.
    Так как вал двигателя воспринимает в работе динамические нагрузки, а
также и вибрации, более целесообразно применять закалку и отпуск. После
закалки в воде углеродистая сталь 45 получает структуру мартенсита. Однако
вследствие небольшой прокаливаемости углеродистой стали эта структура в
изделиях диаметром более 20…25мм образуется только в сравнительно
тонком поверхностном слое толщиной до 2…4 мм.
    Последующий отпуск вызывает превращение мартенсита в сорбит только
в тонком поверхностном слое, но не влияет на структуру и свойства основной
массы изделия. Сталь со структурой сорбита отпуска обладает более
высокими механическими свойствами, чем та же сталь со структурой сорбита
закалки или имеющая феррито-перлитную структуру. Наибольшие
                                    10