Круг сталь 35

Марка: 35 (заменители: 30, 40, 35Г)

ДСТУ7809:2015; ДСТУ4738:2007(ГОСТ2590-2006)

Класс: Сталь конструкционная углеродистая качественная

Использование в промышленности: детали невысокой прочности, испытывающие небольшие напряжения: оси, цилиндры, коленчатые валы, шатуны, шпиндели, звездочки, тяги, ободы, траверсы, валы, бандажи, диски и другие детали.

Расшифровка марки 35: обозначение 35 свидетельствует о том, что в конструкционной стали содержится 0,35 % углерода, а остальные примеси очень незначительны.

Особенности стали 35: при изготовлении высокоточных металлических деталей основное место занимает механическая обработка резанием. В результате обработки резанием на поверхности изделий возникает пластически деформированный (наклепанный) слой. Последний аккумулирует около 3% энергии, затрачиваемой на его образование, которая расходуется на накопление искажений и дефектов кристаллической решетки. Наличие на поверхности изделий наклепанного слоя с нестабильной структурой и большим уровнем внутренних напряжений, зачастую существенно превышающим величину предела текучести неупрочненного материала, может приводить к значительному изменению размеров во времени, что особенно характерно для изделий сложной конфигурации и малой жесткости.

За счет рационального отжига наклепанного слоя можно значительно повысить сопротивление микропластическим деформациям и размерную стабильность тонкостенных деталей приборов. С этой целью произведена оценка изменения величины макронапряжений в поверхностном слое и исследовано влияние дорекристаллизационного отжига (отдыха) на сопротивление микропластическим деформациям, распространенных в приборостроении конструкционных сталей и сплавов после механической обработки резанием. Напряжения в наклепанном обработкой резанием слое определяли методом послойного стравливания поверхности образца.

На рисунке слева показано распределение напряжений в поверхностном слое стали 35, предварительно обработанной на твердость HRC 28-32. Наибольшие напряжения образуются после шлифования и достигают 146 кгс/мм², что значительно превышает предел текучести основного материала. После фрезерования растягивающие напряжения составляют около 90 кгс/мм².

Вследствие нестабильной структуры в наклепанном поверхностном слое релаксация напряжений в нем интенсивно протекает при достаточно низких температурах, в то время как в основном материале она относительно мала.

На рисунке справа представлены кривые релаксации напряжений при 150° С в шлифованных пластинчатых образцах из стали 35 толщиной 0,5 мм и в образцах, которые после механической обработки были подвергнуты термическому улучшению на аналогичную твердость (HRC 28-32). В то время как в образцах без наклепанного слоя интенсивная релаксация протекает лишь в течение первоначальных 100 ч и за 5000 ч испытаний составляет около 8%, в образцах с наклепанным слоем интенсивная релаксация протекает на протяжении всего периода испытаний и за 5000 ч достигает 90%. За 2000 ч при 100° С уровень напряжений в наклепанном слое ненагруженных образцов снизился более чем на 70%, за 3500 ч - на 83%.

В результате релаксации напряжений в наклепанном точением поверхностном слое цилиндрического стального образца происходит существенное изменение его размеров. После выдержки в течение 4 ч при 150° С размеры образца из стали 35 уменьшаются на 1,2 мкм, что соответствует релаксации растягивающих напряжений в поверхностном наклепанном слое на 25%.

Предел упругости сталей и сплавов после механической обработки резанием в зависимости от температуры дорекристаллизационного отжига изменяется по кривой с максимумом. Температурный интервал максимальных значений предела упругости при отжиге механически обработанных образцов составляет для конструкционной углеродистой стали 350-400° С, для аустенитной стали 450° С, для медных сплавов 230-280° С, для титановых сплавов 500-600° С, для дюралюминия в закаленном и искусственно состаренном состоянии - 200° С. Таким образом, оптимальный отжиг после механической обработки обеспечивает повышение предела упругости различных по природе и структурному состоянию сплавов от 1,5 до 4 раз. Весьма активно возрастает предел упругости при отпуске механически обработанных образцов из закаленной высокоуглеродистой стали.

Как видно из рис. 97, после отпуска шлифованных образцов предел упругости значительно возрастает, в то время как твердость не изменяется.

Зависимость релаксационной стойкости металлов и сплавов после обработки резанием от температуры дорекристаллизационного отжига является аналогичной рассмотренной выше для предела упругости. Отжиг на максимальный предел упругости обеспечивает также и максимальную релаксационную стойкость. Например, для механически обработанных образцов из стали 35 максимальная релаксационная стойкость достигается после отжига при 400° С (рис. 98, 99).

Таким образом, результаты исследования показали, что поверхностный наклепанный слой после механической обработки резанием, обычно являющийся причиной размерной нестабильности изделий, может быть эффективно использован для значительного повышения сопротивления микропластическим деформациям и размерной стабильности тонкостенных деталей.

Наблюдаемое изменение сопротивления микропластическим деформациям механически обработанных образцов обусловлено процессами стабилизации тонкой структуры в наклепанном поверхностном слое в результате дорекристаллизационного отжига.

По-видимому, при оптимальной температуре отжига происходит достаточная стабилизация и закрепление атомами внедрения дислокационной структуры без существенного уменьшения плотности несовершенств, что обусловливает максимальные показатели сопротивления микропластическим деформациям наклепанного слоя. При нагреве выше оптимальной температуры отжига наряду со стабилизацией дислокационной структуры происходит существенное уменьшение плотности дислокаций, что приводит к снижению сопротивления течению в микрообъемах.