- количеству содержащегося углерода;
- назначению;
- структуре в состоянии равновесия;
- степени раскисления.
- высокоуглеродистые — больше 0,7%;
- среднеуглеродистые — 0,3−0,7%;
- низкоуглеродистые — до 0,3%.
- высококачественные;
- обыкновенные;
- качественные.
- эвтектоидные, характеризующиеся структурой из перлита;
- доэвтектоидные, содержащие перлит и феррит;
- заэвтектоидные — со вторичным цементитом и перлитом.
- конструкционные (улучшаемые, высокопрочные, цементируемые, рессорно-пружинные), применяемые в строительстве, приборостроении, машиностроении и самолетостроении;
- инструментальные для штампов горячей (200˚С) и холодной прессовки, измерительного и режущего инструмента).
- высокую твердость материала на поверхности;
- уменьшенную прочность средних слоев и повышенную вязкость.
- средней прочности с порогом текучести меньше 700 МПа;
- повышенной прочности с аналогичным показателем в пределах 700−1100 МПа.
- хромистые составы и хромованадиевые, цементируемые на глубину менее 1,5 мм;
- хромомарганцевые составы включают титана 0,06%, марганца и хрома по 1%, имеют особенность внутренне окисляться при газовой цементации, что ведет к уменьшению прочностных характеристик;
- хромоникельмолибденовые сплавы являются представителями мартенситного класса и отличаются уменьшенным короблением, что обусловлено воздушной закалкой, легированием редкоземельными металлами, повышающими прокаливаемость, статическую прочность и сопротивление ударам.
- марганец — менее 1,2%;
- кремний — менее 2,7%;
- ванадий — до 0,26%;
- хром — до 1,25%;
- никель — менее 1,75%;
- вольфрам — менее 1,2%.
- долговременная эксплуатация в условиях высокого давления и ударных нагрузок.
Химический состав и классификация сталей по назначению. Химический состав углеродистой стали
Химический состав и классификация сталей по назначению
Сталь является металлом, широко используемым в машиностроении, самолетостроении, строительстве и других отраслях производства. Популярность материала обусловлена сочетанием его отличных технологических и физико-механических свойств. К сталям относят железоуглеродистые соединения, химический состав которых предполагает содержание углерода в количестве менее 2,14%, а помимо этого компонента присутствуют вредные и полезные примеси.
Сочетание характерной циклической прочности в статическом состоянии и жесткости достигается путем изменения содержания углерода и легирующих компонентов. Различные качества стали получаются в результате применения в производстве определенных химических и термических технологий.
Классификация углеродистых сталей
Углеродистые сплавы подразделяют по следующим характеристикам:
В зависимости от количества углерода материал делят на категории:
В результате полученного качества стальные сплавы делят на:
Из металла в жидком состоянии удаляют кислород для уменьшения хрупкости при горячем формировании, этот процесс называется раскислением. По характеру отвердевания и степени раскисления материал классифицируется как кипящий, полуспокойный и спокойный.
В зависимости от полученной структуры в равновесном состоянии материал делят на:
По назначению использования металл подразделяется на группы:
Конструкционные металлы
Обыкновенные по качеству стали выпускаются в виде балок, прутков, листового материала, швеллеров, труб, уголка и другого проката и делятся на категории А, В, Б. В наименовании присутствуют буквы Ст и цифра, обозначающая номер марки, с увеличением значения числа увеличивается показатель содержания углерода. Для материалов категорий В и Б, но не А, перед Ст ставится искомая буква для указания принадлежности.
Группа раскисления обозначается СП, ПС, КП — спокойные, полуспокойные и кипящие, соответственно. Категория, А используется для производства деталей, получаемых холодной обработкой, Категория Б применяется для элементов, изготавливаемых сваркой, ковкой, по методу термической обработки. Стали В по стоимости дороже предыдущих категорий, используются для производства ответственных конструкций и сварочных элементов.
Из всех трех категорий обыкновенных углеродистых сталей делают металлические конструкции и детали в приборостроении и машиностроении со слабой нагрузкой, в тех случаях, когда работоспособность обусловлена требуемой жесткостью. Металлы в виде арматуры вкладывают в железобетонные конструкции. Из категорий В и Б делают сварные фермы, рамы и металлические узлы, которые затем укрываются цементным раствором.
Среднеуглеродистые группы с большим запасом прочности используют для рельсов, колес железнодорожных вагонов, шкивов, валов и шестеренок механических приспособлений и машин. Некоторые материалы этой группы разрешаются к термической обработке.
Качественные стали углеродистой группы применяют в слабонагруженных деталях, они маркируются цифрами от 05 до 85, обозначающими процентную концентрацию углерода. К углеродистым материалам относятся стали с увеличенным содержанием марганца, которые отличаются повышенной прокаливаемостью. За счет изменения количества углерода, марганца и выбора соответствующего способа термической обработки получают различные технологические и механические качества.
Низкоуглеродистые сплавы отличаются хорошей пластичностью при холодной обработке, но имеют небольшой запас прочности. Их выпускают в виде листов, материал мягкий, легко штампуется, тянется, сюда относят жесть и металл для эмалированных предметов быта. При цементировании сталей в производстве увеличивается показатель поверхностной прочности, что дает возможность изготавливать малонагруженные колеса зубчатой передачи, кулачки и др.
Среднеуглеродистые металлы и аналогичные составы с увеличенным процентом марганца отличаются средними показателями прочности, но пластичность и вязкости при этом снижается. По условиям работы запчастей определяется метод усиления сталей в виде нормализации, низкоотпускной и ТВЧ закалки и др. Из них делают высокопрочную проволоку, рессоры, пружины и повышенными требованиями к износостойкости.
Автоматные виды
Эти материалы маркируются литерой, А и цифрами, указывающими на концентрацию углерода в сотых процента. Легирование свинцом добавляет букву С после А. Введение селена, марганца, теллура позволяет сократить применение режущего инструмента при обработке. На степень обрабатываемости также влияет добавка фосфора, серы и кальция, последний вводится в виде силикальцита в жидкий сплав.
Содержание фосфора и серы снижает показатели качества, сера снижает антикоррозионные свойства, сульфидов ведут к нарушению однородности металла. Их этого класса сталей делают детали сложной формы и поверхности, крепежные элементы, рассчитанные на небольшую нагрузку.
Легированные типы
К ним относят металлы с содержанием легирующих добавок в количестве до 2,5%. Буквенные обозначения марки включают литеры, указывающие на определенные примеси, а цифра после них говорит о процентном содержании элемента. Если его содержание менее 1,5%, то в обозначении добавка не ставится.
Содержание углерода в этой группе сталей нормируется количеством 0,1−0,3%, к основным свойствам после термической, химической обработки и низкого отпуска после закалки относят:
Стали используют для производства деталей машин и приборов, предназначенных для работы с ударными и переменными нагрузками в условиях повышенной изнашиваемости.
Цементируемые материалы
Для повышения показателей твердости, выносливости при контакте, износостойкости, прокаливаемости используют хром, магний, никель, последний элемент повышает вязкость и снижает предел хладноломкости. Цементируемые составы делят на две группы:
По содержанию добавок различают виды:
Пружинно-рессорные сплавы
Детали работают в условиях упругой деформации и подергаются циклическим нагрузкам, поэтому от сталей требуются высокие показатели текучести, пластичности и сопротивления излому. В состав входят:
В процессе обработки уменьшаются размеры зерен, увеличивается сопротивление металла. Для транспортного производства особо ценными являются кремнистые сплавы, если технология не позволяет им в производстве обезуглероживаться, то выносливость материала остается на уровне заданных параметров. Введение ванадия, хрома, ванадия, никеля помогает затормозить излишний рост зерен при нагревании и повысить прокаливаемость. Из высокоуглеродистых холоднотянутых проволок, аустенитных нержавеек и высокохромистых мартенситных сталей, также делают пружины и другие упругие элементы.
Инструментальные стали
Для обеспечения надежной работы инструментов сталь должна обладать специальными свойствами, которые проявляются у каждой группы материалов по-разному в зависимости от производства и технологии введения добавок.
Шарикоподшипниковые формы
Сплавы при производстве очищаются от неметаллических примесей, использование технологии вакуумно-дугового или электрошокового переплава уменьшает пористость металла. При производстве подшипников и их узлов применяют хромистые шарикоподшипниковые стали с добавками хрома. Дополнительное легирование осуществляется марганцем и кремнием с целью увеличить показатель прокаливаемости. Чтобы детали можно было изготавливать методом холодной штамповки и резать применяется отжиг металла на твердость.
Закалка деталей (роликов, шарикоподшипников и колец) проводится в масляной ванне при температуре 850−870˚С, их охлаждают с целью обеспечения стабильности до 25˚С перед отпуском. Так как подшипниковые и подобные элементы при эксплуатации испытывают сильные динамические нагрузки, то их делают из металлов с дальнейшей термической обработкой и цементацией.
Износостойкие виды
Сопротивление износу повышается с увеличением показателя поверхностной твердости материала. Для долговременной эксплуатации важны такие качества сплава:
Износостойкие металлы применяют при изготовлении гусеничных траков, дробильных плит камнедробильного оборудования, раздавливающих щек. Работа в таких условиях эффективна благодаря свойству сталей набирать прочность и твердость в условиях пластической холодной деформации, достигающей 70%. Добавки фосфора больше 0,027% приводят к увеличению хладноломкости сырья.
Литая сталь имеет структуру аустенита, у которого на границах зерен выделяется излишний марганца карбид, ведущий к уменьшению прочности и вязкости. Чтобы получить аустенитную однофазную структуру заготовки закаливают в водной среде при температуре около 1100˚С.
Сопротивляющиеся коррозии
Эти материалы используют для изготовления элементов приборов, работающих в условиях электрохимической коррозии, их называют нержавеющими. Стойкость к коррозии развивается после введения добавок, ведущих к образованию поверхностных пленок с хорошей адгезией к металлу. Эти слои уменьшают непосредственное взаимодействие сталей с внешними раздражающими факторами и повышают потенциал в электрохимической среде.
Нержавеющие металлы делят на хромоникелевые и хромистые. Хромистые составы используют для пластичных деталей, которые изготавливают штамповкой и методом сварки. Этот вид подразделяют на ферритные, мартенситно-ферритные и мартенситные сплавы. Для повышения сопротивления ударам их закаливают в масле при температуре около 1000˚С в условиях высокого отпуска с показателями температуры в пределах 600−800˚С.
Жаропрочные сплавы
Применяют для изготовления элементов, работающих при температуре выше 500˚С, составы низколегированные, содержащие до 0,25% С и других легирующих добавок: хрома, вольфрама, никеля. Закалка и нормализация осуществляется в масле при температуре около 890−1050˚С. Из перлитных сталей делают детали, подвергающиеся в работе режиму ползучести при малых нагрузках, например, паронагревательные трубы, арматура котлов с паром, крепежные детали.
tokar.guru
Химический состав углеродистых сталей
Свойства стали определяются ее химическим составом. Содержащиеся в стали компоненты можно разделить на четыре группы: постоянные (обыкновенные), скрытые, случайные и специальные (легирующие). К постоянным примесям относятся углерод, марганец, кремний, сера и фосфор. Углерод - неотъемлемая составляющая часть стали, оказывающая на ее свойства основное влияние. Его содержание в выпускаемых марках стали колеблется от 0,1 до 1,4 %. С увеличением содержания углерода в стали повышаются ее твердость и прочность, уменьшаются пластичность и вязкость. Марганец относится к постоянным примесям, если его содержание составляет менее 1 %. При содержании более 1 % он является легирующим элементом. Марганец является раскислителем стали. Он повышает ее прочность, износостойкость и прокаливаемость, снижает коробление при закалке, улучшает режущие свойства стали. Однако ударная вязкость при этом снижается. Сталь, содержащая 11-14 % марганца (сталь Гатфильда), отличается высокой износостойкостью, так как способна упрочняться при пластической деформации. Сталь, содержащая 10-12 % марганца, становится немагнитной. Кремний также является раскислителем стали и легирующим элементом, если его содержание превышает 0,8 %. Он увеличивает прочностные свойства стали, предел упругости, коррозионную и жаростойкость, однако снижает ее ударную вязкость. Сера и фосфор являются вредными примесями. Так, сера делает сталь «красноломкой», а фосфор, повышая твердость стали, снижает ее ударную вязкость и вызывает «хладноломкость», т. е. хрупкость при температурах ниже -50°C. Скрытые примеси представляют собой кислород, азот и водород, частично растворенные в стали и присутствующие в виде неметаллических включений (окислов, нитридов). Они являются вредными примесями, так как разрыхляют металл при горячей обработке, вызывают в нем надрывы (флокены). Случайные примеси - это медь, цинк, свинец, хром, никель и другие металлы, попадающие в сталь с шихтовыми материалами. В основном они ухудшают качество стали. Специальные добавки (легирующие элементы) вводятся в сталь с целью придания ей тех или иных свойств. К ним относятся марганец, кремний, хром, никель, молибден, вольфрам, ванадий, бор, ниобий, цирконий, селен, теллур, медь и др. Наиболее распространенным легирующим элементом является хром. Он препятствует росту зерна при нагреве стали, улучшает механические и режущие свойства, повышает коррозионную стойкость, прокаливаемость, способствует лучшей работе на истирание. При содержании хрома свыше 10 % сталь становится нержавеющей, но одновременно теряет способность воспринимать закалку.
cityshin.ru
ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА УГЛЕРОДИСТОЙ КАЧЕСТВЕННОЙ СТАЛИ
Поиск Лекций| Марка стали | Содержание углерода | Механические свойства, не менее | |||
| МПа | МПа | % | НВ | ||
| 0,05-0,01 | |||||
| 0,07-0,14 | |||||
| 0,12-0,19 | |||||
| 0,17-0,24 | |||||
| 0,27-0,35 | |||||
| 0,37-0,45 | |||||
| 0,47-0,55 | |||||
| 0,57-0,65 | |||||
| 0,67-0,75 |
Высокоуглеродистые стали
60,65,70 –в основном используются для изготовления пружин и рессор, высокопрочной проволоки с высокой упругостью и износостойкостью. Их подвергают закалке и среднему отпуску.
Инструментальные углеродистые сталиГОСТ 1435-90
У7, У8, У8АГ, У9, У10, У11, У12, У13
Маркируются буквой У и цифрами, показывающими среднюю массовую долю углерода в десятых долях %.
Г – повышенная массовая доля марганца
Данные стали классифицируют:
1. По химическому составу
-качественные
-высококачественные
(серы 0,02 фосфора 0,02 )
В марках высококачественных сталей добавляется буква «А»
У7А, У8А, У8Г, У9А, У10А, У11А, У12А, У13А
2. По назначению
для продукции всех видов, кроме п.2
для патентированной проволоки и ленты
для продукции всех видов, технология которой предусматривает многократный нагрев
3.По состоянию материала
Без термообработки
Термически обработанная –Т
Нагартованная – Н
4. По способу дальнейшей обработки
а. Для горячей обработки давлением
б. Для холодной механической обработки
Пример условного обозначения:
У12-3-б-Т ГОСТ 1435-90
Сталь марки У12, 3 группы- для продукции, технология изготовления которой предусматривает многократный нагрев, подгруппы б – для холодной механической обработки, термически обработанная.
Стали данной группы имеют небольшую прокаливаемость , из них изготавливают инструмент небольших размеров. Твердость их снижается при нагреве до 190-200 градусов С.
Это фрезы, зенкеры, ножовки, напильники, бритвы, острый хирургический инструмент.
Высококачественные стали имеют тоже назначение, что и качественные, но для инструмента с более тонкой режущей кромкой.
Автоматные сталиГОСТ 1414-75
Это стали с улучшенной обрабатываемостью резанием. Достигается это введением в конструкционную сталь серы, свинца, фосфора. Эти добавки и образуемые ими включения создают как бы внутреннюю смазку, снижающую в зоне резания трение между инструментом и стружкой и облегчающие измельчение стружки.
Автоматные стали маркируют буквой «А»- автоматная, присутствие свинца обозначается С» «. Цифра – среднее содержание углерода в сотых долях процента
Например, А11, А12, А20, А30, А35, А40Г, содержащих соответственно углерода –0,11%, 0,12%, 0,2%, 0,3%, 0,4%
Буква Г –указывает на присутствие марганца.
АС14, АС40, АС35
Содержание Рв=0,15-0,35%
Марганца 0,7-1,55%
Серы 0,08-0,3%
Фосфора 0,050 0,15%
Эти стали широко применяются на автомобильных заводах для изготовления многих деталей двигателей.
При обработке автоматных сталей отсутствует налипание металла на инструмент, поверхность резания получается гладкая, блестящая.
Однако, как известно, сера и фосфор снижают качество стали.
Автоматным сталям свойственна анизотропия механических свойств, пониженная вязкость, пластичность и особенно сопротивление усталости. Это обстоятельство, а также низкая их коррозионная стойкость ограничивают их применение для изготовления ответственных деталей машин.
Стали А11, А12, А20 используют для крепежных деталей, а также малонагруженных деталей сложных форм.
poisk-ru.ru
