Подбор стали для больших разрывных нагрузок

Всех приветствую. Необходимо подобрать марку стали для соединительного звена, которое изготавливается литьём, сечение 50 мм. Нагрузка не постоянная, мотор дёргает за цепь и открывает днище ковша, величина нагрузки примерно 500...600 МПа, работает на улице при температуре от -40 до +50 по цельсию. Литейщики советуют делать из 35ХМЛ, её предел текучести 392-600 МПа (почему такой большой разбег?), предел прочности 589-700 МПа, ударная вязкость 200-392 (опять большой разбег), относительное удлинение 10-12%. Я же предлагаю 35ХГФЛ, которая имеет предел текучести 392-491 МПа - разбег меньше, предел прочности 638-687, разбег ещё меньше, ударная вязкость 285-383, нижний предел существенно выше, относительное удлинение 13-15%. Литейщики говорят, что в моей стали содержится молибден, который снижает пластичность. Я считаю, что пластичность в данной ситуации особо не важна, куда полезней будет упругость и твёрдость, которая не даст измениться структуре металла, тем более помимо молибдена присутствует ванадий, который добавляет пластичность. Упругость 35ХМЛ 215 ГПа, по 35ХГФЛ нет данных. 

Жду советов от опытных людей, которые имели опыт с подобными вещами, буду рад любой информации.

В ХГФЛ молибден? М - молибден, Ф - ванадий. Время будет - посмотрю в справочниках, в чем их различие. А 13 - 15% - какое к черту снижение пластичности?

Видимо имелся в виду марганец. Да, насчёт 13-15% странность, ведь предел текучести по верхнему отклонению меньше...

3 часа назад, Yurii88 сказал:

Нагрузка не постоянная, мотор дёргает за цепь и открывает днище ковша, величина нагрузки примерно 500...600 МПа

А это как можно понимать?

Вы указали напряжение в сечении?

600 МПа мало? Значит, придется калить. Для 35ХМЛ можно добиться и 800МПа. Вообще я посмотрел уралмашевский марочник, 35ХГФЛ там нет, есть 35ХМЛ и 35ХМФЛ. Но у них практически одинаковые характеристики и назначение. Может, какие-то технологические особенности у каждой? Откуда такой разброс в пределе прочности - не знаю. В марочнике разброс несколько процентов. Неужели разучились за 40 лет сталь варить? А наличие марганца в 35ХГФЛ возможно добавит вязкости.

1 час назад, Авас Петяев сказал:

Что-то здесь не складывается. При гигантском рабочем напряжении детали в 600 МПа Вы предлагаете использовать материал с пределом текучести всего 400 МПа??? Не говоря уже о том, что при рабочих нагрузках в 600 МПа даже самые прочные кованные и закаленные стали с пределом текучести более 2000 МПа будут ненадежны (слишком малый запас прочности плюс малая ударная вязкость), у вас речь идет о литье!, что вообще ни в какие ворота не лезет.

Разве предел текучести важнее предела прочности? 600 МПа это среднеарифметический показатель предела прочности цепи, которая присоединена к этому звену, по логике получается, что само звено должно выдерживать такую же нагрузку. Возможно, что фактическая нагрузка значительно меньше, но точно измерить её нет возможности.

Любые конструкции рассчитывают на нагрузки многократно меньшие предела прочности материала и это называется запас прочности. В наиболее ответственных конструкциях запас прочности равен 5 и выше, а цепи как раз и относятся к таким конструкциям. Что же касается отличия предела текучести от предела прочности, то в реальной службе компонента конструкции достижение им предела текучести также недопустимо, как и разрушение при достижении предела прочности: если деталь начинает деформироваться под нагрузкой, то это всегда чп.

Если же цепь рассчитана на рабочую нагрузку в 600 МПа, то это вовсе не значит, что в самом материале могут возникать такие напряжения (задача была сформулирована неверно, без учета запаса прочности). На самом деле напряжения в материале такой цепи всегда будут меньше 100 МПа, а это совсем не так много и не соответствует названию темы.

Гм, цепи? Разве их получают литьем?

10 минут назад, Ratay сказал:

Гм, цепи? Разве их получают литьем?

8 часов назад, Yurii88 сказал:

мотор дёргает за цепь и открывает днище ковша

Концентраторы, не? 

Мабуть хрупкое разрушение? 

Потом уже на ударную вязкость упор делать. 

Предел прочности вообще на десятом месте. 

34 минуты назад, Ratay сказал:

Гм, цепи? Разве их получают литьем?

существует технология .

Наборная  форма  стержневого  типа , наращиваемая  по  мере  отливки предыдущих звеньев

О, пардон.

Прочитал не "дёргает и открывает", а "дёргает и отрывает"

19 часов назад, Авас Петяев сказал:

На самом деле напряжения в материале такой цепи всегда будут меньше 100 МПа, а это совсем не так много и не соответствует названию темы.

В любом случае жду советов по подбору стали, которая хорошо сопротивляется разрыву и может отливаться в форму. Пусть будет 100 МПа, но эти звенья довольно быстро рвутся, нужно правильно подобрать материал, чтобы продлить срок службы.

1 час назад, Yurii88 сказал:

Пусть будет 100 МПа, но эти звенья довольно быстро рвутся, нужно правильно подобрать материал, чтобы продлить срок службы.

Основная проблема в этом случае не материал, а способ изготовления. Для ответственных и высоконагруженных деталей литье не применяют именно из-за того, что это литье. Дело даже не в том, что литые детали раза в два менее прочные чем кованные, а в том, что прочность литых деталей имеет огромный разброс. В одном случе вам может повезти и деталь окажется неплохой, но в следующий раз точно такая же деталь разрушится, так как в ней, например, раковина окажется в критическом сечении. Правильный подбор состава стали может чуть улучшить ситуацию, но проблему с разбросом прочностей не решит.

В вашем случае я вижу только два рациональных решения: или продолжать литье, но значительно увеличить сечение детали, или использовать поковки, сделанные из сортового проката. Во втором случае Вы можете даже уменьшить габариты детали, если введете в процесс термообработку, а сталь используете среднеуглеродистую (0,4-0,7 %С).

Ну, вообще-то грузовые цепи из среднеуглеродистых не делают, самая распространенная - Сталь20. А термообработка нужна. Я встречал такой вариант: нормализация и высокий отпуск около 600 градусов.

В 06.04.2021 в 13:39, Авас Петяев сказал:

Основная проблема в этом случае не материал, а способ изготовления. Для ответственных и высоконагруженных деталей литье не применяют именно из-за того, что это литье. Дело даже не в том, что литые детали раза в два менее прочные чем кованные, а в том, что прочность литых деталей имеет огромный разброс. В одном случе вам может повезти и деталь окажется неплохой, но в следующий раз точно такая же деталь разрушится, так как в ней, например, раковина окажется в критическом сечении. Правильный подбор состава стали может чуть улучшить ситуацию, но проблему с разбросом прочностей не решит.

В вашем случае я вижу только два рациональных решения: или продолжать литье, но значительно увеличить сечение детали, или использовать поковки, сделанные из сортового проката. Во втором случае Вы можете даже уменьшить габариты детали, если введете в процесс термообработку, а сталь используете среднеуглеродистую (0,4-0,7 %С).

Абсолютно верно, эти детали изготавливаются ковкой, но такой способ существенно дороже, поэтому у нас в стране делают литьём. Насчёт увеличения сечения - получится совершенно новая деталь, а мы вынуждены работать по старым советским чертежам, стараясь максимально соблюсти все размеры, иначе запчасть не купят. И не факт, что после увеличения сечения цена и дальше будет конкурентна относительно ковки.
Поковки из круглого проката это тема, будем работать в этом направлении. Термообработка присутствует в любом случае.
Спасибо за советы! 

В 06.04.2021 в 19:43, Ratay сказал:

Ну, вообще-то грузовые цепи из среднеуглеродистых не делают, самая распространенная - Сталь20. А термообработка нужна. Я встречал такой вариант: нормализация и высокий отпуск около 600 градусов.

Мы делаем не саму цепь, а соединительное звено, сталь 20 для этих целей не подходит. Термообработка - закалка в воде или масле, отпуск 700-740 градусов с охлаждением на воздухе.

В 05.04.2021 в 06:30, Yurii88 сказал:

Необходимо подобрать марку стали для соединительного звена, которое изготавливается литьём, сечение 50 мм.

110Г13Л.

В 05.04.2021 в 06:30, Yurii88 сказал:

(почему такой большой разбег?)

Из-за того, например, что литая структура по сечению неодинакова. С краю она мелкозернистая, а в сердцевине крупнозернистая. Или из-за ликвации примесей по границам.

В 15.04.2021 в 18:00, ilia-ilich сказал:

110Г13Л

Ок, рассмотрим и такой вариант.

В 15.04.2021 в 18:00, ilia-ilich сказал:

Из-за того, например, что литая структура по сечению неодинакова. С краю она мелкозернистая, а в сердцевине крупнозернистая. Или из-за ликвации примесей по границам.

Спасибо за разъяснение!