ЭП — электростальская (завод) поисковая;
ЭИ — электростальская исследовательская;
ЧС — челябинская сталь;
ЗИ — златоустовская исследовательская;
ВНС — ВИЭМовская нержавеющая сталь;
ДИ — днепроспецстальская (завод) исследовательская.
В данной таблице приведена расшифровка обозначений стали ЭИ и ЭП. Вы без труда сможете найти маркировку завода изготовителя и соответствующую ей маркировку стали по химическому составу.
В конце обозначения марки стали вы можете встретить дополнительно буквенное значение, которое указывает на специальный метод изготовления данного вида стали. Нижеприведенная таблица поможет вам уточнить технические требования на изготовление стали.
| Обозначения | Значение |
| -ВД | вакуумно-дуговой переплав |
| -ВИ | вакуумно-индукционный переплав |
| -ВП | вакуумно-плазменный переплав |
| -ГР | газокислородное рафинирование |
| -ВО | вакуумно-кислородное рафинирование |
| -Ш | шлаковый переплав |
| -ПВ | прямого восстановления |
| -ПТ | плазменная выплавка |
| -П | плазменно-дуговой переплав |
| -ЭЛ | электронно-лучевой переплав |
| -СШ | обработка синтетическим шлаком |
| -ГШ | |
| -ШД | шлаковый переплав плюс вакуумно-дуговой переплав |
| -ШЛ | шлаковый переплав плюс электронно-лучевой переплав |
| -ШП | электрошлаковый переплав плюс плазменно-дуговой переплав |
| -ПП | плазменная выплавка плюс плазменно-дуговой переплав |
| -ПД | плазменная выплавка плюс вакуумно-дуговой переплав |
| -ПШ | плазменная выплавка плюс электрошлаковый переплав |
| -ИД | вакуумно-индукционная выплавка плюс вакуумно-дуговой переплав |
| -ИШ | вакуумно-индукционная выплавка плюс электрошлаковый переплав |
| -ИЛ | вакуумно-индукционная выплавка плюс электронно-лучевой переплав |
| -ИП | вакуумно-индукционная выплавка плюс плазменно-дуговой переплав |
О компании
Производственная компания "Спецсплав" предлагает большой выбор поковок конструкционных, инструментальных нержавеющих марок сталей: 20, 35, 45, 55, 5ХНМ, 5ХНВ, 09Г2С, 4Х5МФС, 6ХВ2С, 40Х2Н2МА, 40ХН, 40Х, 30ХГСА, 38ХН3МФА, У9, ШХ15, 03Х14К13Н4М3ТВ (ЭП-767ВД), 09Х16Н4Б (ЭП-56), 12Х18Н10Т, 95Х18, 20Х13, из наличия на складе в г. Самара. Механическая обработка и ультразвуковой контроль качества изделий. А так же изготовление поковок под заказ.
Все стали имеют свою маркировку, отражающую в первую очередь их химический состав. В маркировке стали первой цифрой указано содержание углерода в сотых долях процента. Затем следуют буквы русского алфавита, обозначающие наличие легирующего элемента. Если за буквой цифры нет, это означает, что содержание легирующего элемента составляет не более одного процента, а следующие за буквой цифры (цифра) означают содержание его в процентах.
Примеры расшифровки обозначения сталей:
12ХНЗА: содержание углерода - 0,12%, хрома - 1,0%, никеля - 3,0%, высокого
качества;
30ХГСА: содержание углерода - 0,30%, хрома, марганца, кремния по одному проценту,
буква "А" обозначает высокое качество;
19ХГН: cодержание углерода - 0,19%, хрома, марганца, никеля по одному проценту;
15Х25Т: содержание углерода - 0,15%, хрома - до 25%, титана - до 1%;
08Х21Н6М2Т: содержание углерода - 0,08%, хрома - 21%, никеля - 6%, молибдена
- 2%, титана - до 1 процента.
09Х16Н15М3Б: содержание углерода - 0,09%, хрома - 16%, никеля - 15%, молибдена
- 3,0%, ниобия - до 1 процента.
В последние годы для улучшения качества стали применяются новые методы ее выплавки, которые находят отражение в обозначениях марок стали:
- ВД - вакуумно-дуговой;
- ВИ - вакуумно-индукционный;
- Ш - шлаковый;
- ПВ - прямого восстановления;
- ЭШП - электронношлаковый переплав;
- ШД - вакуумно-дуговой после шлакового переплава;
- ЭЛП - электронно-лучевой переплав;
- ПДП - плазменно-дуговой переплав;
- ИШ - вакуумно-индукционный плюс электрошлаковый переплав;
- ИП - вакуумно-индукционный плюс плазменно-дуговой переплав.
- ЭП - электростальская (завод) поисковая;
- ЭИ - электростальская исследовательская;
- ЧС - челябинская сталь;
- ЗИ - златоустовская исследовательская;
- ВНС - ВИЭМовская нержавеющая сталь;
- ДИ - днепроспецстальская (завод) исследовательская.
По степени раскисления стали маркируются так:
кипящие - кп, полуспокойные - пс, спокойные - сп.
Углеродистые стали
Углеродистая сталь по назначению делится на конструкционную и инструментальную .
Конструкционной углеродистой называется сталь, содержащая до 0,6 % углерода (как исключение допускается 0,85 процента).
По качеству конструкционная углеродистая сталь разделяется на две группы: обыкновенного качества
и качественная
.
Сталь обыкновенного качества применяется для неответственных строительных конструкций, крепежных деталей, листового проката, заклепок, сварных труб. На конструкционную углеродистую сталь обыкновенного качества установлен ГОСТ З80-88. Эта сталь выплавляется в кислородных конвертерах и мартеновских печах и подразделяется на три группы: группа А, поставляемая по механическим свойствам; группа Б, поставляемая по химическому составу и группа В, поставляемая по механическим свойствам и химическому составу.
Качественная углеродистая конструкционная сталь поставляется по химсоставу и механическим свойствам, выплавляется в кислородных конвертерах и мартеновских печах. На нее распространяется ГОСТ 1050-88.
Качественная конструкционная сталь применяется для деталей, работающих при повышенных нагрузках и требующих сопротивления удару и трению: зубчатых колес, осей, шпинделей, шарикоподшипников, шатунов, коленчатых валов, а также для изготовления сварных и бесшовных труб. К конструкционным углеродистым сталям относится автоматная. Для улучшения обработки резанием в ее состав вводится сера, свинец, селен. Из этой стали делают трубы для автомобилестроения.
Легированные стали
В стали особого назначения вводят также редкоземельные элементы, в легированных сталях может одновременно находиться несколько легирующих элементов.
Область применения конструкционной легированной стали очень велика. Применение легированной стали экономит металл, повышает долговечность изделий.
По назначению легированные стали делятся на группы: конструкционная, инструментальная и сталь с особыми физическими и химическими свойствами.
Конструкционная легированная сталь согласно ГОСТ 4543-71 делится на три группы: качественная, высококачественная и особо высококачественная.
В легированной стали наряду с обычными примесями (сера, кремний, фосфор) имеются легирующие, т.е. связывающие элементы: хром, вольфрам, молибден, никель, а также кремний и марганец в повышенном количестве. Легированная сталь обладает высоко ценными свойствами, которых нет у углеродистой стали.
Ниже описано влияние конкретных элементов на свойства стали:
- Хром - повышает твердость, коррозионностойкость;
- Никель - повышает прочность, пластичность, коррозионностойкость;
- Вольфрам - увеличивает твердость и красностойкость, т.е. способность сохранять при высоких температурах износостойкость;
- Ванадий - повышает плотность, прочность, сопротивление удару, истиранию;
- Кобальт - повышает жаропрочность, магнитопроницаемость;
- Молибден - увеличивает красностойкость, прочность, коррозионностойкость при высоких температурах;
- Марганец - при содержании свыше 1 процента увеличивает твердость, износоустойчивость, стойкость против ударных нагрузок;
- Титан - повышает прчность, сопротивление коррозии;
- Алюминий - повышает окалиностойкость;
- Ниобий - повышает кислотостойкость;
- Медь - уменьшает коррозию.
Наибольшее распространение получили следующие легированные стали:
- хромистые, обладающие хорошей твердостью, прочностью: 15Х, 15ХА, 20Х, 30Х, 30ХРА, 35Х, 40Х, 45Х;
- марганцовистые, отличающиеся износоустойчивостью: 20Г, 50Г, 10Г2, 09Г2С;
- хромомарганцовые: 19ХГН, 20ХГТ, 18ХГТ, 30ХГА, 25Х2ГНТА-ВД;
- кремнистые и хромокремнистые, обладающие высокой твердостью и упругостью: 33ХС, 38ХС;
- хромомолибденовые и хромомолибденованадиевые, особо прочные, противостоящие истиранию 30ХМА, 15ХМ, 15Х5М, 15Х1МФ;
- хромомарганцевокремнистые стали ("хромансиль") : 14ХГСА, 30ХГСА, 35ХГСА;
- хромоникелевые, очень прочные и пластичные: 12Х2Н4А, 20ХН3А, 12ХН3А;
- хромоникелевольфрамовые, хромоникелеванадиевые стали: 12Х2НВФА, 20Х2Н4ФА, 30ХН2ВА.
Стали и сплавы высоколегированные, коррозионостойкие, жаропрочные и жаростойкие
Коррозионностойкие высокохромистые стали, легированные никелем, титаном, хромом, ниобием и другими элементами. Предназначены для работы в средах разной агрессивности. Для слабо агрессивных сред используются стали 08Х13, 12Х13, 20Х13, 25Х13Н2.
Детали из этих сталей работают на открытом воздухе, в пресной воде, во влажном паре и растворах солей при комнатной температуре.
Для сред средней агрессивности применяют стали 07Х16Н6, 09Х16Н4Б, 08Х17Т, 08Х22Н6Т, 12Х21Н5Т, 15Х25Т.
Для сред повышенной агрессивности используют стали 08Х18Н10Т, 08Х18Н12Т, 03Х18Н12, которые обладают высокой стойкостью против межкристаллитной коррозии и жаростойкостью. Структура коррозионностойких сталей в зависимости от химсостава может быть мартенситной, мартенситно-ферритной, ферритной, аустенитно-мартенситной аустенитно-ферритной, аустенитной.
Хладостойкие стали должны сохранять свои свойства при температурах минус 40…минус 80 град. С. Наибольшее применение имеют стали: 20Х2Н4ВА, 12ХН3А, 15ХМ, 38Х2МЮА, 30ХГСН2А, 40ХН2МА и др.
Жаропрочные стали способны противостоять механическим нагрузкам при высоких температурах (400…850 град. С). Стали 15Х11МФ, 13Х14Н3В2ФР, 09Х16Н15М3Б и другие применяют для изготовления пароперегревательных устройств, лопаток паровых турбин, трубопроводов высокого давления. Для изделий, работающих при более высоких температурах, используются стали 15Х5М, 16Х11Н2В2МФ, 12Х18Н12Т, 37Х12Н8Г8МБФ и др.
Жаростойкие стали способны сопротивляться окислению и окалинообразованию при температурах 1150…1250 град. С. Для изготовления паровых котлов, теплообменников, термических печей, аппаратуры, работающей при высоких температурах в агрессивных средах используются стали марок 12Х13, 08Х18Н10Т, 15Х25Т, 10Х23Н18, 08Х20Н14C2, 1Х12МВСФБР, 06Х16Н15М2Г2ТФР-ИД, 12Х12М1БФР-Ш.
Теплоустойчивые стали предназначены для изготовления деталей, работающих в нагруженном состоянии при температуре 600 град. С в течение длительного времени. К ним относятся: 12Х1МФ, 20Х3МВФ, 15Х5ВФ, 12Х2МФСР.
Химический состав марок стали
Источник: [http://tirus.ru/ ]| C | Si | Mn | Cr | Ni | Mo | S | P | Cu | V | Ti | N | Al | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 10 | 0,07…0,14 | 0,17…0,37 | 0,35…0,65 | 0,15 | 0,30 | - | - | - | - | - | - | - | - |
| 20 | 0,17…0,24 | 0,17…0,37 | 0,35…0,65 | 0,25 | 0,25 | - | 0,03 | 0,025 | 0,30 | - | - | 0,008 | - |
| 12Х18Н10Т | 0,12 | 0,80 | 2,00 | 17,0…19,0 | 9,0…11,0 | - | 0,02 | 0,035 | - | - | …0,80 | - | - |
| 17Г1С | 0,20 | 0,55 | 1,60 | 0,30 | - | - | 0,035 | 0,035 | - | - | - | - | 0,02 |
| Ст1пс | 0,06…0,12 | 0,05…0,15 | 0,25…0,50 | 0,30 | - | - | 0,05 | 0,04 | - | - | - | 0,01 | - |
| Ст2пс | 0,09…0,15 | 0,05…0,15 | 0,25…0,50 | 0,30 | - | - | 0,05 | 0,04 | - | - | - | 0,01 | - |
| Ст2сп | 0,09…0,15 | 0,15…0,30 | 0,25…0,50 | 0,30 | - | - | 0,05 | 0,04 | - | - | - | 0,01 | - |
| Ст3сп | 0,14…0,22 | 0,15…0,30 | 0,40…0,65 | 0,30 | - | - | 0,05 | 0,04 | - | - | - | 0,01 | - |
| 35 | 0,32…0,40 | 0,17…0,37 | 0,50…0,80 | 0,25 | 0,30 | - | 0,04 | 0,035 | 0,30 | - | - | - | - |
| 35 ГС | 0,34…0,40 | 0,40…0,60 | 1,00…1,40 | 0,30 | 0,30 | - | 0,03 | 0,035 | 0,30 | - | - | - | - |
| Ст3пс | 0,14…0,22 | 0,05…0,15 | 0,40…0,65 | 0,30 | - | - | 0,05 | 0,04 | - | - | - | 0,01 | - |
| 40Х | 0,36…0,44 | 0,17…0,37 | 0,50…0,80 | 0,80…1,10 | 0,30 | - | 0,035 | 0,035 | 0,30 | - | - | - | - |
| 45 | 0,42…0,45 | 0,17…0,37 | 0,50…0,80 | 0,25 | - | - | - | - | - | - | - | - | - |
| 09Г2С | 0,12 | 0,50…0,80 | 1,30…1,70 | 0,30 | 0,30 | - | 0,04 | 0,035 | 0,30 | - | - | - | - |
| 15Х5М | 0,15 | 0,50 | 0,50 | 4,50…6,00 | 0,60 | 0,45…0,60 | 0,025 | 0,025 | 0,20 | - | - | - | - |
| 30ХГСА | 0,28…0,34 | 0,90…1,20 | 0,80…1,10 | 0,80…1,10 | 0,30 | - | 0,005 | 0,025 | - | - | - | - | - |
| 12Х1МФ | 0,10…0,15 | 0,17…0,37 | 0,40…0,70 | 0,90…1,20 | 0,25 | 0,25…0,35 | 0,025 | 0,025 | 0,20 | 0,15…0,30 | - | - | - |
| 08пс | 0,05…0,11 | 0,05…0,17 | 0,35…0,65 | 0,10 | - | 0,04 | 0,035 | - | - | - | - | 0,06 | - |
| 20…ПВ | 0,17…0,24 | 0,17…0,37 | 0,35…0,65 | 0,25 | 0,25 | - | 0,03 | 0,03 | 0,30 | - | - | - | - |
| Ст2кп | 0,09…0,15 | 0,05 | 0,25…0,50 | 0,3 | - | - | 0,05 | 0,04 | - | - | - | - | - |
| 08Х18Н10Т | 0,08 | 0,80 | 2,00 | 17,0…19,0 | 9,0…11,0 | - | 0,02 | 0,035 | - | - | …0,70 | - | - |
| Сплав 29НК | 0,03 | 0,30 | 0,40 | 0,10 | 28,5…29,5 | - | 0,015 | 0,015 | 0,20 | - | 0,10 | - | 0,20 |
| Сплав 29КН…ВИ | 0,03 | 0,30 | 0,40 | 0,10 | 28,5…29,5 | - | 0,015 | 0,015 | 0,20 | - | 0,10 | - | 0,20 |
| 30ХГСН | 0,27…0,34 | 0,90…1,20 | 1,00…1,30 | 0,90…1,20 | 1,40…1,80 | - | 0,035 | 0,035 | 0,30 | - | - | - | - |
| 30ХГСН2А | 0,27…0,34 | 0,90…1,20 | 1,00…1,30 | 0,90…1,20 | 1,40…1,80 | - | 0,25 | 0,025 | 0,30 | - | - | - | - |
| 30ХГСН2АВД | 0,27…0,33 | 0,90…1,20 | 1,0…1,20 | 0,90…1,20 | 1,40…1,80 | - | 0,011 | 0,015 | 0,39 | - | - | - | - |
Характеристика материала.
Сталь 13Х15Н5АМЗ (ЭП310Ш, ВНС-5)
| Марка | |
| Классификация | Сталь жаропрочная высоколегированная |
| Заменитель | СТАЛЬ 07Х16Н6 (ЭП288, Х16Н6) 18Х14Н4АМ3 |
| Прочие обозначения | сталь 13Х15Н5АМЗ, сталь ЭП310, ст. 13Х15Н5АМЗ-Ш, ст. ВНС-5, ЭП310Ш, BHC -5, 13Х15НЧАМ3 |
| Иностранные аналоги | |
| Общая характеристика | Коррозионно-стойкая сталь аустенитно-мартенситного класса |
| Применение | Сталь 13Х15Н5АМЗ (ЭП310Ш,ВНС-5) применяется в основном в авиационной технике для изготовления поковок, предназначенных для последующей холодной механической обработки, либо для последующей горячей механической обработки (штамповки, ковки, прокатки и т.п.) при изготовлении деталей машин; специального жаропрочного крепежа для энергетического оборудования;для изготовления накаткой высоконагруженных болтов, работающих как на срез, так и на растяжение. |
| Вид поставки | |
| Классификация, номенклатура и общие нормы | ОСТ 1 90005-91 Стали и сплавы. Показатели временного сопротивления и твердости готовых деталей. Глубина слоя при химико-термической обработке цементуемых, нитроцементуемых, азотируемых сталей. |
| Сортовой и фасонный прокат | ТУ 14-1-940-74. Прутки из стали марки 13Х15НЧАМ3-Ш (ЭПЗ10-Ш). Технические условия; ТУ 14-1-1271-75. Профили стальные фасонные высокой точности. Технические условия. |
| Лист и полосы | ТУ 14-1-1505-76 Сталь тонколистовая коррозионно-стойкая марки 13Х15Н4АМ3-Ш (ЭП310-Ш). Технические условия; ТУ 14-1-2931-80 Сталь толстолистовая коррозионностойкая. Марка 13Х15Н4АМ3-Ш (ЭП310-Ш). Технические условия |
| Болванки. Заготовки. Слябы | ОСТ 1 90176-75 Штамповки из коррозионностойких, жаростойких и жаропрочных сталей и сплавов. Общие технические требования; ТУ 14-1-1213-75. Заготовка горячекатаная и кованая, квадратная и прямоугольная из стали качественной углеродистой, легированной стали. Технические условия; ТУ 14-1-1626-76.Слитки листовые электрошлакового переплава из стали марки 13Х15Н4АМ3 (ЭП310). Технические условия. |
| Обработка металлов давлением. Поковки | ТУ 14-1-1530-75.Поковки из сталей и сплавов для деталей машин. Технические условия; ТУ 14-1-2902-80. Поковки из высоколегированных сталей и сплавов. Технические условия; ТУ 14-1-2918-80 Поковки из высоколегированных сталей и сплавов. Технические условия. |
Химический состав в % материала 13Х15Н5АМЗ (ЭП310Ш,ВНС-5)
Применение стали 13Х15Н5АМЗ (ЭП310Ш,ВНС-5) в авиастроении
Высоколегированные cтaли. аустенитного класса типа 12х18н10т содержат значительное количество хрома (18%) и никеля (10%) и после закалки имеют аустенитную структуру. Из таких сталей изготовляют детали, при производстве которых требуется высокая технологическая пластичность (стрингеры, патрубки и т. д.). Аустенитные cтaли. характеризуются небольшой прочностью (500-800 МПа) и невысокой работоспособностью при жёстких условиях коррозионного воздействия атмосферы и морской среды.
Стали переходного аустенитно-мартенситного класса (07х16н6 13Х15Н4АМЗ и др.) легированы по сравнению с аустенитными сталями. меньшим количеством никеля (4-7%) и хрома (15-17%). После закалки эти cтaли. имеют преимущественно аустенитную структуру и в таком состоянии характеризуются высокой технологической пластичностью. Упрочнение деталей (до 1200-1700 МПа) достигается после закалки обработкой холодом, при которой происходит переход аустенита низкой прочности в высокопрочный мартенсит. После обработки холодом сохраняется 15-30% остаточного аустенита, что обеспечивает высокую вязкость cтaли. Окончательная термообработка сталей. этого класса - отпуск при температурах 200-450(°)С. Из сталей. переходного класса изготовляют ответственные силовые детали больших сечений, листовые детали сложной формы и т. д.
Коррозионно-стойкие стали переходного класса обладают высокой надёжностью, сопротивлением коррозии под напряжением, хорошей свариваемостью всеми видами сварки (причём сварные соединения не требуют термической обработки).
Сталь 13Х15Н5АМЗ (ЭП310Ш,ВНС-5) с параметром прочности σв= 1400 ... 1600 МПа применяют для изготовления высоконагруженных деталей и сварных узлов. Высокие параметры прочности этой стали обеспечиваются повышенным содержанием углерода и азота, а пластичности и вязкости - наличием в структуре 15 - 20% равномерно распределённого остаточного аустенита. Эту высокопрочную сталь поставляют в виде поковок, штамповок, прутков и горячекатаных листов. Термическая обработка cтaли 13Х15Н5АМЗ (ЭП310Ш,ВНС-5) состоит из закалки при температуре 10700 С, обработки холодом и отпуска при 2000 С или 3500 С. При параметре прочности σв= 1600 МПа после отпуска при температуре 2000 С сталь 13Х15Н5АМЗ (ЭП310Ш,BHC-5) имеет высокие значения вязкости разрушения, ластичности, сопротивления к концентраторам напряжений, в том числе к трещинам при длительно действующих контактах с водой.
Сталь 13Х15Н5АМЗ (ЭП310Ш,ВНС-5) используют для изготовления накаткой высоконагруженных болтов, работающих как на срез, так и на растяжение.
Слабостареющие cтaли. мартенситного класса (08х15н5д2т(внс2,эп410у-ш),06х14н6д2мбт(эп817) применяются для изготовления сложных сварных конструкций (лонжероны, рамы) и элементов обшивки, работающих во всех климатических условиях. Эти стали. после закалки имеют мартенситную структуру с некоторым количеством остаточного аустенита. С. подвергаются старению при температурах 410-525(°)С и имеют прочность примерно 1300 МПа, обеспечиваемую легированием углеродом (0,07%) и медью (2%), которая вызывает дисперсионное упрочнение. Низкоуглеродистые стали. хорошо свариваются и не требуют после сварки термической обработки.
Cтали. для деталей двигателя работают при повышенных температурах, сохраняя в этих условиях высокую прочность и хорошее сопротивление окислению поверхности. Жаропрочные стали. мартенситного класса (типа 13х11н2в2мф-ш(эи961ш) легированы такими элементами, как хром, никель, углерод, азот, вольфрам, молибден, ниобий, ванадий, обеспечивающими окалиностойкость, мартенситное состояние матрицы и её карбонитридное упрочнение. Эти cтaли. после закалки подвергают отпуску при 350-720(°)С; работоспособны до температур 550-650(°)С. Для работы при 650-800(°)С применяют высоколегированные аустенитные стали. типа Х12Н20Т3МР, упрочняющиеся при старении.
Все перечисленные стали. используются в авиастроении в деформированном виде.
Сталь марки 13Х15Н4АМЗ-Ш находит свое применение во многих отраслях промышленности, например, в производстве авиационной техники. Речь идет о поковках, которые предназначаются для холодной механической обработки. Из данной марки стали изготавливаются и детали, проходящие в дальнейшем горячую механическую обработку - это прокатки, штамповки, листы.
Сталь 13Х15Н4АМЗ-Ш незаменима в производстве деталей машин, а также жаропрочного крепежа, предназначенного для работы в энергетическом оборудовании. Кроме этого, сталь 13Х15Н4АМЗ-Ш находит свое применение в производстве высоконагруженных болтов методом накатки. Такие болты могут работать как на растяжение, так и на срез.
Марка стали 13Х15Н4АМЗ-Ш относится к легированным сталям с относительно небольшим количеством хрома и никеля (соответственно 15-17% и 4-7%). Рассматриваемая нами сталь относится к аустенитным, а это значит, что она имеет высокую технологическую пластичность.
Кроме хрома и никеля, в химический состав стали входит углерод, кремний, азот, марганец, фосфор, молибден и сера.
Детали из этой стали становятся более прочными после обработки холодом: непрочный аустенит превращается в намного более прочный мартенсит. После процесса обработки остается до 15-30% аустенита, поэтому сталь имеет достаточно высокую вязкость.
Окончательной термической обработкой данных сталей является отпуск при высоких температурах, от 200 до 450 градусов.
Условия эксплуатации современной авиационной и космической техники предопределяют крайне жесткие требования к материалам, из которых ее изготавливают.
Здесь и необходимость достижения высокой прочности конструкции при минимальном удельном весе, габаритах и расходе топлива; обеспечение достаточной надежности и длительного рабочего ресурса при воздействии переменных и значительных силовых нагрузок, чередовании повышенных (до 450 градусов) и пониженных (до -253 градусов) температур, коррозионно-активных сред, различного рода излучений и др.
От качества материала в значительной степени зависит конкурентоспособность летательных аппаратов. Для военной техники важны такие характеристики, как дальность полета, скорость, маневренность, точность, возможность полета в любую погоду, грузоподъемность, обеспеченность производства отечественным сырьем; для гражданской - надежность, пожаробезопасность, комфортность, экологичность и т.д. Причем всего этого нужно добиваться при минимизации затрат на разработку, освоение и эксплуатацию машин.
Из перечисленного ясно: используемые в самолетостроении материалы должны обладать высокой удельной прочностью (ее еще называют весовой эффективностью) и жесткостью, коррозионной стойкостью, сопротивлением усталости, а также трещиностойкостью и рядом других. Конечно, обеспечить все требования один какой-то материал просто не в состоянии, поэтому при изготовлении различных частей летательных аппаратов используют самые подходящие из существующих, или создают новые композиции.
Наибольшее применение в настоящее время нашли алюминиевые сплавы. Из них изготавливают нижние и верхние поверхности крыла и фюзеляжа (здесь необходима прочность в пределах 450-550 МПа), элементы так называемого силового набора - различные ребра жесткости и связующие их шпангоуты, фитинги, балки с пределом прочности 500-600 МПа и т.п. Доля таких материалов в современных самолетах доходит до 50-70%.
Весьма распространены титановые сплавы (из них делают отдельные детали шасси, различные балки и др.) и, особенно, полимерные композиты. Последние применяют для изготовления панелей крыла, горизонтального и вертикального оперения, створок люков шасси и силовых установок. При прочности 1700-2500 МПа они имеют удельную массу менее 2 г/см 3 . Их доля в самолетах составляет 8-15, а в вертолетах - около 50%.
На первый взгляд, казалось бы, что в столь представительной "компании" роль сталей должна снижаться, однако дело обстоит совсем иначе. На их долю в пассажирских лайнерах приходится 8-10, в военных - 25 - 50%, и в ближайшем будущем такое соотношение по крайней мере не уменьшится. Стальными делают наиболее нагруженные элементы летательных аппаратов - детали шасси, корпуса гидроцилиндров, трубопроводы гидросистем высокого давления, болты для крепления крыла к фюзеляжу зубчатые передачи редукторов двигателей, шестерни главного редуктора двигательной установки вертолетов и т.д. И это не случайно, поскольку этот, пусть и давно известный материал имеет ряд преимуществ перед своими молодыми "собратьями". Его отличают более высокая жесткость и прочность (что особенно проявляется в мелких деталях), сопротивление циклическим нагрузкам, коррозионная стойкость, хорошая технологичность, т.е. возможность получать заготовки и детали самым разным способом - горячей и холодной деформацией, механической обработкой, сваркой, пайкой и т.д. К тому же сталь стоит относительно недорого. Вот почему со дня основания нашего института одной из приоритетных задач стало создание новых разновидностей сталей.
Постоянное совершенствование конструкций летательных аппаратов требовало непрерывного повышения прочности и удельной прочности (отношение прочности к плотности материала) при сохранении всех преимуществ сталей. Если в авиации до 1941 г. первый из этих параметров колебался от 800 до 1000 МПа, то сейчас - от 1300 до 2000. Впрочем, сложность проблемы заключается не столько в достижении таких показателей, сколько в обеспечении работоспособности выполненных из соответствующих материалов авиационных конструкций.
Дело в том, что повышение прочности сталей ведет к снижению их пластичности, вязкости, трещиностойкости и т.д. В связи с этим разработчики новых их разновидностей ведут непрерывный поиск компромиссов между повышением прочности и обеспечением надежности. В настоящее время в авиационной технике чаще всего применяют три группы высокопрочных сталей: конструкционные среднелегированные; коррозионностойкие; используемые для изготовления деталей, работающих в тяжелых условиях с повышенным трением и подвергаемых химико-термической обработке.
Но в любом случае появление таких материалов заставило пересмотреть принятые ранее подходы к конструированию и технологии изготовления деталей, так как все перечисленные стали обладают рядом специфических особенностей и существенно отличаются от созданных ранее и имевших среднюю прочность (до 1400 МПа). В частности, оказалось: нарушение технологического цикла их получения может приводить к преждевременному выходу из строя деталей, несмотря на полную доброкачественность металла. При этом очагами разрушения могут быть поверхностные или подповерхностные дефекты, полученные на различных стадиях изготовления полуфабриката, самой детали или конструкции целиком. Потому-то было очень важно разработать четкие организационно-технические мероприятия, включающие инструкции по термической и механической обработке деталей, защите от коррозии, сварке и т.д., что нами и было сделано в начале 60-х годов XX в. Кроме того, существенно изменился и подход к изделиям из высокопрочных сталей; основными требованиями к ним стали минимальная концентрация напряжений и высокая чистота поверхности.
Итак, новые стали заняли свое место в авиастроении, причем в зависимости от предела прочности из них изготавливают разные детали. Скажем, если этот параметр находится в пределах 1600-1800 МПа, то такой металл пригоден для производства силового набора планера (лонжероны, различные балки, рамы, оси и т.д.). А стали ВКС-8 (1800-2000 МПа) и ВКС-9 (1950-2100 МПа) незаменимы при изготовлении крупногабаритных сварных деталей (возможна электроннолучевая и аргонно-дуговая сварка) планера и шасси в машинах Конструкторских бюро им. Сухого, Антонова, Микояна, Камова. Мало того. Стали с пределом прочности выше 1950 МПа с успехом заменяют титановые сплавы, что позволяет при их одинаковой удельной прочности существенно уменьшить затраты на производство.
В последние десятилетия разработан новый класс высокопрочных, или так называемых мартенситностареющих сталей. Их прочность 1450-2500 МПа, они обладают уникальными физико-механическими и технологическими свойствами. Например, благодаря низкому содержанию углерода и азота имеют высокую пластичность, вязкость, сопротивление повторностатическим нагрузкам и коррозионному растрескиванию. Этот материал очень технологичен, т.е. заготовки, выполненные из него, после закалки можно подвергать различным видам холодной обработки давлением (раскатку обечаек, накатку резьбы и т.д.), без затруднений обрабатывать режущим инструментом, а затем повышать в два раза их прочность простой термической обработкой - старением (нагрев и охлаждение на воздухе) при относительно низких температурах.
Перечисленные преимущества мартенситностареющих сталей наиболее полно реализуются при изготовлении деталей сложной формы с малыми допусками (в том числе и прецизионных), подвергаемых химико-термической обработке. Металл такого класса нашел применение в тяжелонагруженных узлах истребителей МиГ-31 и МиГ-29, деталей узла поворота и шасси орбитального космического корабля многоразового использования "Буран" и др.
Дальнейшее развитие самолетостроения выдвинуло очередные требования к материалам. В первую очередь речь идет об истребителях, скорость которых опережает звук в 2,5-3 раза, так как для этого они должны преодолевать тепловой барьер - температуры в 280-300 о С, когда алюминиевые сплавы неприменимы. Мы сумели решить и эту задачу. Предложенные нами высокопрочные коррозионностойкие стали обладают всеми необходимыми качествами: высокой прочностью, пластичностью, вязкостью, высокими технологическими свойствами - их легко штамповать, сваривать. Последнее свойство позволяет обойтись без дальнейшей термообработки, и в результате можно создавать сложные, ажурные конструкции, скажем, несущие баки-кессоны, причем без помощи герметиков и клепки, ранее широко применяемых.
Основным материалом в цельносварных самолетных отсеках сверхзвуковых самолетов серии Ми Г стала коррозионностойкая сталь ВНС-2 с пределом прочности 1250- 1400 МПа. В виде листа и ленты ее применяют для обшивки и внутреннего набора, а также при изготовлении силовых деталей (прутки, поковки и т.д.).
Однако в процессе эксплуатации летательных аппаратов, в которых была использована сталь ВНС-2, выяснилось: она недостаточно пригодна в условиях влажного климата (скажем, Средиземноморья). Дальнейший поиск позволил нам получить новые стали ЭП817 (пруток) и ВНС-41 (лист). По своим механическим характеристикам и технологичности они соответствуют уже проверенной ВНС-2, а за счет новой системы легирования и оптимизации режима упрочняющего старения значительно превосходят ее по коррозионной стойкости, причем это касается как основных деталей, так и сварных соединений.
Наибольшее распространение из материалов этого класса получила сталь ВНС-5 с пределом прочности 1380-1600 МПа. Из нее изготавливают силовые детали планеров МиГ и Су, а также шасси гидросамолета Конструкторского бюро им. Бериева. Применяют ее и в гражданской авиации (широкофюзеляжный самолет Ил-86 и аэробус Ил-96) - при производстве высоконагруженных болтов для крепления двигателя к фюзеляжу
Еще один представитель этого класса металлов - сталь СН-2А с пределом прочности 1100-1300 МПа. Она прекрасно зарекомендовала себя как материал для силовых, в том числе крепежных деталей, а также воздушных и кислородных баллонов, которыми оснащены все виды самолетов, включая морскую авиацию. Важнейшая особенность таких баллонов - при пулевом поражении они не разлетаются на осколки.
Сейчас в авиационной и ракетной технике все большее распространение находит новый вид топлива - водород и его окислитель - жидкий кислород, имеющий температуру - 253 градуса. Для работы в таких условиях в нашем институте разработали специальные высокопрочные коррозионностойкие стали (ВНС-25, ВНС-49, ВНС-59) с пределом прочности 1000-1400 МПа при комнатной температуре и 1700-2100 при 20 К (-253 градуса). Этот металл успешно применяют в различных жидкостно-ракетных двигателях, в частности, в самом мощном из них в мире марки PD-170 конструкции КБ "Энергомаш". Детали из этого материала - корпуса насосов и регуляторов подачи горючего - составляют 50-60% от их массы.
В качестве конструкционных материалов, а также для изготовления деталей редукторов и агрегатов, подвергаемых химико-термической обработке, ныне широко применяют среднелегированные и коррозионно-стойкие стали. Объясняется это тем, что в результате долгих изысканий удалось предложить технологию, обеспечивающую сочетание необходимых свойств поверхностного слоя изделия (высокие твердость, износостойкость, сопротивление усталости) и его сердцевины (пластичность, вязкость, технологичность и др.). Так, для тяжелонагруженных, крупномодульных шестерен редукторов разработана сталь ВКС-7 с карбонитридным упрочнением, обеспечивающая после химико-термической обработки глубину упрочняющего слоя до 2,5 мм и твердость больше 60 HRC, что обеспечивает высокую контактную выносливость при рабочих температурах до 250С (пока таких аналогов нет).
Отдельный разговор о вертолетах. Для них в нашем институте создана высокопрочная (до 1300 МПа), износостойкая, теплопрочная сталь ВКС-10. В отличие от серийных отечественных и зарубежных аналогов, работающих при температуре до 250 градусов, она выдерживает 450 градусов. Ее применение обеспечивает передачу больших крутящихся моментов, при которых в зоне контакта зубьев происходит локальное повышение температуры, и даже при нарушении подачи масла работа редуктора может продолжаться в течение 2 ч без аварии.
Все вышесказанное свидетельствует: в авиастроении сталь традиционно остается основным материалом, хотя и она, как, впрочем, и другие творения рук человеческих, требует дальнейшего совершенствования.
Сопротивление усталости характеризуется пределом выносливости - наибольшим напряжением, которое может выдержать материал без разрушения при заданном числе циклических воздействий.
Член-корреспондент РАН Е. М. КАБЛОВ, генеральный директор ГНЦ РФ Государственного предприятия "ВИАМ", доктор технических наук А. Ф. ПЕТРАКОВ, главный научный сотрудник того же центра
