Подбор сталей по требуемым механическим свойствам

За время работы мы часто встречались с ситуациями, когда заказчик сомневается в выборе марки стали или ГОСТа/ТУ. Поскольку наши специалисты являются выпускниками металлургического факультета Уральского Федерального Университета им Б.Н. Ельцина, мы бесплатно проконсультируем и поможем в выборе металла.
Мы основываемся на следующие знания: Если твердость поверхностного слоя детали не регламентирована (деталь не подвергается при работе истиранию), то выбор марки стали проводят по тем или иным заданным характеристикам механических свойств — пределу текучести σ0.2, пределу прочности σв, характеристикам пластичности (относительному удлинению δ и относительному сужению φ), по ударной-вязкости KСU.
Решая задачу выбора стали, необходимо иметь в виду, что механические свойства сталей указаны в стандартах для термически обработанных заготовок диаметром 15— 25 мм. Механические свойства материала детали при больших ее размерах будут не ниже регламентированных стандартом только в том случае, если обеспечена ее сквозная прокаливаемость. Таким образом, рациональный выбор конструкционных сталей подразумевает обязательный учет всего комплекса прокаливаемости. Опыт отечественного машиностроения свидетельствует о том, что назначение стали в связи с ее прокаливаемостью позволяет получить значительный технико-экономический эффект.
При выборе материала для деталей необходимо учитывать и экономическую сторону. Выбор марки стали целесообразно начать с углеродистых сталей, как более дешевых. Однако этот подход должен строиться с учетом металлоемкости деталей и конструкций. Выбор марки стали по заданным характеристикам механических свойств предлагается проводить в такой последовательности:

1. Сталь углеродистая общего назначении по ГОСТ .380—71. Подбор марки стали проводят по механическим свойствам.
2. Сталь углеродистая качественная конструкционная по ГОСТ 1050—74. Если стали применяют в нормализованном состоянии, то выбор марки стали проводят по механическим свойствам. Среднеуглеродистые конструкционные стали могут быть применены как в нормализованном, так и в улучшенном состоянии. Если сталь не удовлетворяет заданным характеристикам механических свойств в нормализованном состоянии, а подходит по механическим свойствам в улучшенном состоянии (закалка и высокий отпуск), то в этом случае необходимо провести проверку выбираемой стали и на прокаливаемость.
3. Если углеродистые стали не удовлетворяют предъявляемым требованиям или по механическим свойствам или по прокаливаемости, то следует начать подбор легированной конструкционной стали (ГОСТ 4543-71) по следующей схеме:
   • Наиболее дешевые стали легированы марганцем, кремнием, бором.
   • Выше цена сталей, легированных хромом, которые для повышения прокаливаемости дополнительно легируют марганцем, кремнием, бором.
   • Наиболее дорогие хромоникелевые стали, дополнительно легированные молибденом, вольфрамом, ванадием.
   Легированные конструкционные стали обязательно подвергают термической обработке (закалка и соответствующий отпуск), поэтому, если сталь подходит по механическим свойствам, то следует провести проверку стали на прокаливаемость. Чем более, легирована сталь, тем она дороже. Основное назначение легирующих элементов — увеличение прокаливаемости - получение высокого комплекса механических свойств в крупных сечениях. Поэтому легированные стали следует применять для деталей крупных сечений. Выбор стали считается законченным, если сталь удовлетворяет требованиям задания заказчика и по механическим свойствам, и по прокаливаемости. Режимы термической обработки и механические свойства для улучшаемых легированных конструкционных сталей приведены в табл. П.5 и П.6.
4. При выборе марки стали для рессор, пружин и других упругих элементов надо руководствоваться данными ГОСТ 14959-79.