Углеродистые конструкционные и инструментальные стали. Инструментальная сталь углеродистая
28. Конструкционные и инструментальные углеродистые стали. Маркировка, применение
Углеродистые конструкционные стали подразделяются на стали обыкновенного качества и качественные.
Марки сталей обыкновенного качества Ст0, Ст1, Ст2,…, Ст6 (с увеличением номера возрастает содержание углерода). Стали обыкновенного качества, особенно кипящие, наиболее дешевые. Из сталей обыкновенного качества изготовляют горячекатаный рядовой прокат: балки, прутки, листы, трубы. Стали применяют в строительстве для сварных и болтовых конструкций. С повышением содержания в стали углерода свариваемость ухудшается. Стали Ст5 и Ст6, имеющие более высокое содержание углерода, применяют для элементов строительных конструкций, не подвергаемых сварке.
Выплавление качественной углеродистой стали производится при соблюдении строгих условий в отношении состава шихты и ведения плавки и разливки. Качественные углеродистые стали маркируют цифрами 08, 10, 15,…, 85, указывающие среднее содержание углерода в сотых долях процента.
Низкоуглеродистые стали имеют высокую прочность и высокую пластичность. Стали, не обработанные термически, применяются для малонагруженных деталей, ответственных сварных конструкций, для деталей машин, упрочняемых цементацией. Среднеуглеродистые стали (0.3–0.5 % С) 30, 35, …, 55 применяют после нормализации, улучшения и поверхностной закалки. Эти стали имеют высокую прочность при более низкой пластичности, их применяют для изготовления небольших или крупных деталей, не требующих сквозной прокаливаемости. Стали с высоким содержанием углерода обладают высокой прочностью, износостойкостью. Из этих сталей изготавливают пружины и рессоры, замковые шайбы, прокатные валки.
Конструктивная прочность – это комплекс механических свойств, обеспечивающий длительную и надежную работу материала в условиях его эксплуатации. Конструктивная прочность – это прочность материала конструкции с учетом конструкционных, металлургических, технологических и эксплуатационных факторов.
Учитываются четыре критерия: прочность материала, надежность и долговечность материала в условиях работы данной конструкции. Прочность – способность тела сопротивляться деформациям и разрушению.
Надежность – свойство изделия выполнять заданные функции и сохранять свои эксплуатационные показатели в течение требуемого промежутка времени. Надежность конструкции – это ее способность работать вне расчетной ситуации. Главным показателем надежности является запас вязкости материала, который зависит от состава, температуры, условий нагружения, работы, поглощаемой при распространении трещины.
Сопротивление материала хрупкому разрушению является важнейшей характеристикой, определяющей надежность работы конструкций.
Долговечность – свойство изделия сохранять работоспособность до предельного состояния (невозможности его дальнейшей эксплуатации). Долговечность зависит от условий ее работы (это сопротивление износу при трении и контактная прочность, сопротивление материала поверхностному износу, возникающему при трении качения со скольжением).
Инструментальные стали предназначены для изготовления режущего, измерительного инструмента и штампов холодного и горячего деформирования. Основные свойства для инструмента – износостойкость и теплостойкость. Для износостойкости инструмента необходима высокая поверхностная твердость, а для сохранения формы инструмента сталь должна быть прочной, твердой и вязкой. От теплостойкости стали зависит возможная температура разогрева режущего инструмента. Углеродистые инструментальные стали являются наиболее дешевыми. В основном их применяют для изготовления малоответственного режущего инструмента и для штампово-инструментальной оснастки регламентированного размера.
Производятся (ГОСТ 1435-74) качественные (У7, У8, У9) и высококачественные – (У7А, У8А, У9А) углеродистые стали. Буква У в марке показывает, что сталь углеродистая, а цифра – среднее содержание углерода в десятых долях процента. Буква А в конце марки показывает, что сталь высококачественная. Углеродистые стали поставляют после отжига на зернистый перлит. За счет невысокой твердости в состоянии поставки (НВ 187–217) углеродистые стали хорошо обрабатываются резанием и деформируются, что позволяет применять накатку, насечку и другие высокопроизводительные методы изготовления инструмента.
Стали марок У7, У8, У9 подвергают полной закалке и отпуску при 275–350 °C на тростит; так как они более вязкие, то их используют для производства деревообделочного, слесарного, кузнечного и прессового инструмента.
Заэвтектоидные стали марок У10, У11, У12 подвергают неполной закалке. Инструмент этих марок обладает повышенной износостойкостью и высокой твердостью.
Заэвтектоидные стали используют для изготовления мерительного инструмента (калибры), режущего (напильники, сверла) и штампов холодной высадки и вытяжки, работающих при невысоких нагрузках.
Недостатком инструментальных углеродистых сталей является потеря прочности при нагреве выше 200 °C (отсутствие теплостойкости). Инструмент из этих сталей применяют для обработки мягких материалов и при небольших скоростях резания или деформирования.
studfiles.net
Качественная инструментальная сталь - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1
Качественная инструментальная сталь
Cтраница 1
Качественные инструментальные стали - РВначают буквой У и цифрой, указывающей на среднее содержание уйверода в десятых долях процента. [2]
Качественные инструментальные стали обозначаются буквой У и цифрой, указывающей среднее содержание углерода в десятых долях процента. [3]
В закрытых отапливаемых складах должны храниться качественные и инструментальные стали, изделия из цветных металлов, резинотехнические изделия, ткани, обувь, продукция предприятий радиотехнической и электротехнической промышленности, легкой и пищевой промышленности, инструмент и запасные части, лаки, краски, химические материалы и другие подобные грузы. [4]
Инструментальные углеродистые стали делят на качественные и высококачественные. Качественные инструментальные стали обозначают буквой У с одной или двумя цифрами, стоящими после буквы. Буква У обозначает, что это углеродистая инструментальная сталь, цифры показывают содержание углерода в десятых долях процента. [5]
Инструментальные углеродистые стали делятся на качественные и высококачественные. Марки качественных инструментальных сталей обозначаются буквой У с одной или двумя цифрами, указывающими содержание углерода в десятых долях процента. Стандартом установлено шесть марок качественных инструментальных сталей: У-7, У-8, У-9, У-10, У-12, У-13. В марках высококачественных углеродистых инструментальных сталей ставится после цифр буква А, которая указывает на то, что в этих сталях содержится минимальное количество вредных примесей. [6]
Принцип их действия заключается в прерывании магнитных силовых линий, а не в разрушении самих мембран. Постоянный магнит из качественной инструментальной стали имеет форму кольца, внутренний диаметр которого равен диаметру выпускного трубопровода. Одним концом магнит герметично закрепляется на бобышке защищаемого аппарата, свободный конец закрывается мембраной из намагничиваемого материала. При тщательной механической обработке достигается качественное уплотнение. [8]
Легированные инструментальные стали обычно маркируют однозначным числом, указывающим на среднее содержание углерода, выраженное в десятых долях процента, и буквами, обозначающими легирующие элементы. Например, сплав 5ХНМ - качественная инструментальная сталь, содержащая в среднем 0 5 % углерода; хром, никель и молибден в количествах, не превышающих 1 5 % каждого. [9]
В закрытых отапливаемых помещениях должны храниться материалы, на которые вредно действуют резкие изменения влажности и температуры воздуха. К их числу относятся: качественные и инструментальные стали, олово, баббиты и тому подобные материалы. [10]
Теоретически обосновано и экспериментально идентифицировано образование молекулярной формы углерода - фуллеренов в углеродистых сплавах на основе железа. Для ряда распространенных в нефтегазовой отрасли материалов ( углеродистых качественных и инструментальных сталей; серых и высокопрочных чугунов) проведена количественная оценка содержания фуллеренов в структуре. Так, после первичной кристаллизации в доэвтектоидных сталях количество фуллеренов в зависимости от содержания углерода уменьшается от 39 9 - 1014 шт. В структуре чугунов содержание фуллеренов значительно ниже [ 9 8 - 16 9 - 1014 шт. [11]
Инструментальные углеродистые стали делятся на качественные и высококачественные. Марки качественных инструментальных сталей обозначаются буквой У с одной или двумя цифрами, указывающими содержание углерода в десятых долях процента. Стандартом установлено шесть марок качественных инструментальных сталей: У-7, У-8, У-9, У-10, У-12, У-13. В марках высококачественных углеродистых инструментальных сталей ставится после цифр буква А, которая указывает на то, что в этих сталях содержится минимальное количество вредных примесей. [12]
Увеличение твердости стали при закалке происходит благодаря наличию в стали углерода; поэтому долота режущих типов изготовляются из углеродистой стали. Применение углеродистой - стали вызывалось еще и тем обстоятельством, что температура закалки этой стали колеблется в широких пределах, что было крайне необходимо ввиду несовершенства процесса закалки, применявшегося в промысловых мастерских. Кроме того, углеродистая - сталь - наиболее дешевый вид качественных инструментальных сталей. [13]
Страницы: 1
www.ngpedia.ru
Углеродистые конструкционные и инструментальные стали — Мегаобучалка
В зависимости от содержания углерода углеродистую сталь подразделяют на
· низкоуглеродистую (до 0,25% С),
· среднеуглеродистую (0,25-0,6% С),
· высокоуглеродистую (более 0,6% С).
Различают конструкционную углеродистую сталь обыкновенного качества и качественную, конструкционную. К 1-й группе относится горячекатаная (сортовая, фасонная, толстолистовая, тонколистовая, широкополосная) и холоднокатаная (тонколистовая) сталь, марок Ст0,Ст1,Ст2,Ст3кп и т.д. (цифра условный номер марки, буквы степень раскисления). В зависимости от назначения делится на три группы А (хим. состав не регламентируется), Б (поставляется по хим. составу), В (поставляют по механическим свойствам). Буква А в марке не указывается БСт4кп.
Во 2-ювходят горячекатаные и кованые заготовки диаметром (или толщиной) до 250 мм, калиброванная сталь и серебрянка. Сталь поставляют с регламентированным химическим составом. Обозначается двузначными числами (содержание С в сотых долях %) 15, 20, 35, 45, 60Г (с повышенным содержанием марганца).
Углеродистые инструментальные стали предназначены для изготовления режущего, мерительного инструмента и штампов. Маркируются буквой У, а следующая за ней цифра показывает содержание углерода в десятых долях процента. Для изготовления инструмента применяют углеродистые качественные стали марок У7-— У13 и высококачественные стали марок У7А—У13А. Высококачественные стали содержат не более 0,02 % серы и фосфора, качественные — не более 0,03 %.
По назначению различают углеродистые стали для работы при ударных нагрузках и для статически нагруженного инструмента.
Стали марок У7—У9 применяют для изготовления инструмента при работе с ударными нагрузками, от которого требуется высокая режущая способность (зубила, клейма по металлу, деревообрабатывающий инструмент, в частности пилы, топоры и т. д.).
Стали марок У10—У13 идут на изготовление режущего инструмента, не испытывающего при работе ударов и обладающего высокой твердостью (напильники, шаберы, острый хирургический инструмент и т. п.). Из сталей этих марок иногда изготавливают также простые штампы холодного деформирования.
Углеродистые доэвтектоидные стали после горячей пластической обработки {ковки или прокатки) и последующего охлаждения на воздухе имеют структуру, состоящую из пластинчатою перлита и небольшого количества феррита, а заэвтектоидные стали — пластинчатого перлита и избыточного цементита. Термическая обработка углеродистых инструментальных сталей состоит из двух операций: предварительной и окончательной обработок.
Предварительная термическая обработка сталей заключается в отжиге при 740—760 °С, цель которого — получить микроструктуру, состоящую из зернистого перлита — псевдоперлита, так как при такой микроструктуре после последующей закалки получаются наиболее однородные свойства.
Кроме того, при такой структуре облегчается механическая обработка инструмента.
Окончательная термическая обработка состоит из закалки и низкого отпуска. Закалку проводят в воде от 780—810 °С, т. е, с температур, для доэвтектоидных сталей лежащих несколько выше Ас3, а для заэвтектоидных — лежащих ниже Аст.
Углеродистые стали имеют очень высокую критическую скорость закалки — порядка 200—300°С/с. Поэтому недопустимо даже малейшее замедление охлаждения при закалке, так как это может привести к частичному распаду аустенита и, как следствие, к появлению мягких пятен.
Особенно быстро протекает распад аустенита в углеродистых сталях при температурах, близких к 500—550 °С, где он начинается почти мгновенно, протекает чрезвычайно интенсивно и в течение нескольких секунд полностью заканчивается.
Поэтому только инструменты малого диаметра могут после закалки в воде прокаливаться насквозь. Однако при этом в них возникают большие внутренние напряжения, которые могут вызвать существенные деформации.
Инструменты, имеющие крупные размеры, при закалке в воде и в водных растворах солей, кислот и щелочей, охлаждающая способность которых выше, чем воды, закаливаются на мартенсит лишь в тонком поверхностном слое. Структура же глубинных зон инструментов представляет собой продукты распада аустенита в перлитном интервале температур.
Сердцевина инструментов, имеющая такую структуру, является менее хрупкой по сравнению с мартенситной структурой. Поэтому инструменты, имеющие такую сердцевину, лучше переносят удары по сравнению с инструментами, закаленными насквозь на мартенсит.
Углеродистые инструментальные стали наиболее целесообразно применять для инструментов небольшого сечения (до 5 мм), которые можно закаливать в масле и достигать при этом сквозной прокаливаемости, а также для инструментов диаметром или наименьшей толщиной 18—25 мм, в которых режущая часть приходится только на поверхностный слой, например напильники, зенкера, метчики.
Углеродистые инструментальные стали отпускают при температурах не более 200 °С во избежание снижения твердости. Твердость окончательно термически обработанного инструмента из углеродистых сталей обычно лежит в интервале НRС 56—64.
Достоинствами углеродистых инструментальных сталей являются:
- низкая стоимость,
- хорошая обрабатываемость давлением и резанием в отожженном состоянии.
Их недостатками являются невысокие скорости резания, ограниченные размеры инструмента из-за низкой прокаливаемости и его значительные деформации после закалки в воде.
Легированные стали
Внесение специальных добавок в расплав с целью получения требуемых свойств сплава называется легированием. Наличие и процентное содержание легирующих элементов в сталях, как правило, указывается в марке стали. В качестве легирующих элементов в железоуглеродистых сплавах применяются следующие элементы: хром – Х, молибден – М, вольфрам – В, медь – Д, кремний – С, алюминий – Ю, бор – Р, цирконий – Ц, никель – Н, ванадий – Ф, марганец – Г, кобальт – К, титан – Т, фосфор –П, ниобий – Б, селен – Е, редкоземельный элемент –Ч, азот – А. Буква А, стоящая в начале марки стали указывает, что это автоматная сталь (А40), буква А в середине марки указывает на процентное содержание азота (16Г2АФ), буква А приведенная в конце марки стали, указывает что сталь высококачественная с малым содержанием вредных примесей серы и фосфора до 0,025% каждого (30ХГСА).
Легированные стали по назначению делятся на конструкционные, инструментальные и со специальными свойствами. По содержанию легирующих элементов делятся на низколегированные с суммарным содержанием легирующих элементов до 2,5%, легированные с содержанием легирующих элементов до 10% и высоколегированные с содержанием легирующих элементов свыше 10%.
Введенные вещества могут в сплавах находится в свободном состоянии, либо образовывать химические соединения, либо растворятся в цементите или железе.
Введение легирующих элементов изменяет кристаллическую структуру сплавов и, следовательно, их физические свойства. Хром, никель, молибден, марганец улучшают прокаливаемость, хром кроме того повышает износостойкость. Mn(Г), Si (С), Ni (H), Mo(M), вольфрам (В), хром (Х) повышает прочность. Вольфрам, молибден, титан, хром, алюминий, кремний повышают жаростойкость (способность сохранять прочность при повышенных температурах).
Хром, никель и титан придают стали антикоррозионные свойства. Медь улучшает свариваемость. Хром, ванадий, кремний улучшают упругие свойства сталей. При введении легирующих элементов диаграмма состояния Fe-C может изменятся. Так, при определенном содержании Mn, Ni и некоторых других элементов твердый раствор углерода в γ железе - аустенит может существовать при всех температурах, вплоть до комнатной. Такие легированные стали называют аустенитными (12Х18Н9Т). При достаточно высоком содержании молибдена, ванадия устойчивым при всех температурах является α- состояние. Такие стали называют ферритными. При введении легирующих элементов в сплавах образуются: оксиды Al2O3, TiO2, V2O5; нитриды Fe2N, CrN, MoN; карбиды Fe.3C, Mn3C, Cr.7C3, Mo2C, W.2C, TiC, NbC/
Каждый карбид или окисел имеет свою кристаллическую решетку. Некоторые из этих соединений обладают высокой тугоплавкостью, что влечет за собой повышение жаропрочности сталей; другие повышают ударную вязкость.
Введение легирующих элементов (например Mn, Cr, Ni ) улучшает свойства сталей. Более благоприятно введение 2-х или 3-х элементов, что сказывается на повышении механических свойств. Наиболее часто встречаются комбинации Ni+Cr; Mn+Cr; Ni+Mo.
Наиболее частные сочетания 3-х элементов : Ni+Cr+Mo; Ni+Cr+W; Mn+Cr+Mo; Mn+Cr+Ti.
Все легирующие элементы (кроме Mn) измельчают зерна аустенита. Уменьшение зерен повышает ударную вязкость ( т.к. обычно излом при ударе происходит по границам зерен; чем зерна мельче, тем больше общая протяженность их границ, и тем труднее их разрушить). Особенно активно измельчают зерна активные карбидообразователи (ванадий, титан, вольфрам, молибден).
megaobuchalka.ru
