ГлавнаяСталЛегированные конструкционные стали

    1. Углеродистые и легированные конструкционные стали: назначение, термическая обработка, свойства. Легированные конструкционные стали


    12. Легированные конструкционные стали

    Для улучшения физических, химических, прочностных и технологи­ческих свойств стали легируют, вводя в их состав различные легирую­щие элементы (хром, марганец, никель и др.). Стали могут содержать один или несколько легирующих элементов, которые придают им специаль­ные свойства.

    Влияние легирующих элементов.Легирующие элементы вводят в сталь для повышения ее конструкционной прочности. Основной структурной составляющей в конструкционной стали является феррит, занимающий в структуре не менее 90% по объему. Растворяясь в феррите, легирующие элементы упрочняют его. Твердость феррита (в состоянии после норма­лизации) наиболее сильно повышают кремний, марганец и никель - эле­менты с решеткой, отличающейся от решетки α-Fe.Молибден, вольфрам и хром влияют слабее.

    Большинство легирующих элементов, упрочняя феррит и мало влияя на пластичность, снижают его ударную вязкость (за исключением ни­келя). При содержании до 1% марганец и хром повышают ударную вязкость. Свыше этого содержания ударная вязкость снижается, достигая уровня нелегированного феррита при 3% Сг и 1,5% Mn.

    Увеличение содержания углерода в стали усиливает влияние карбидной фазы, дисперсность которой зависит от термической обработки и состава сплава. В значительной степени повышению конструктивной прочности при легировании стали способствует увеличение прокаливаемости. Наилучший результат по улучшению прокаливаемости стали достигают при ее легиро­вании несколькими элементами, например Cr+ Mo, Cr+ Ni, Cr+ Ni +Мо и другими сочетаниями различных элементов.

    Высокая конструктивная прочность стали обеспечивается рациональ­ным содержанием в ней легирующих элементов. Избыточное легирова­ние (за исключением никеля) после достижения необходимой прокали­ваемости приводит к снижению вязкости и облегчает хрупкое разруше­ние стали.

    Хромоказывает благоприятное влияние на механические свойства кон­струкционной стали. Его вводят в сталь в количестве до 2%; он растворя­ется в феррите и цементите.

    Никель —наиболее ценный легирующий элемент. Его вводят в сталь в количестве от 1 до 5%.

    Марганецвводят в сталь до 1,5%. Он распределяется между ферритом и цементитом. Марганец заметно повышает предел текучести стали, но делает сталь чувствительной к перегреву. В связи с этим, для измельче­ния зерна одновременно с марганцем в сталь вводят карбидообразующие элементы.

    Кремнийявляется не карбидообразующим элементом, и его количест­во в стали ограничивают до 2%. Он значительно повышает предел теку­чести стали и при содержании более 1% снижает вязкость и повышает порог хладноломкости.

    Молибден и вольфрамявляются карбидообразующими элементами, ко­торые большей частью растворяются в цементите. Молибден в количе­стве 0,2-0,4% и вольфрам в количестве 0,8-1,2% в комплексно-легиро­ванных сталях способствуют измельчению зерна, увеличивают прокаливаемость и улучшают некоторые другие свойства стали.

    Ванадий и титан —сильные карбидообразующие элементы, которые вводят в небольшом количестве (до 0,3% V и 0,1% Ti)в стали, содержащие хром, марганец, никель, для измельчения зерна. Повышенное со­держание ванадия, молибдена и вольфрама в конструкционных сталях недопустимо из-за образования специальных трудно растворимых при нагреве карбидов. Избыточные карбиды, располагаясь по границам зе­рен, способствуют хрупкому разрушению и снижают прокаливаемость стали.

    Борвводят для увеличения прокаливаемости в очень небольших коли­чествах (0,002-0,005%).

    Маркировка легированных сталей.Марка легированной качественной ста­ли состоит из сочетания букв и цифр, обозначающиxее химический cocтав. Легирующие элементы имеют следующие обозначения: хром (X), никель (Н), марганец (Г), кремний (С), молибден (М), вольфрам (В), титан (Т), алю­миний (Ю), ванадий (Ф), медь(Д),бор(Р), кобальт(К), ниобий (Б), цирко­ний (Ц). Цифра, стоящая после буквы, указывает на содержание легирую­щего элемента в процентах. Если цифра не указана, то легирующего эле­мента содержится до 1,5%. В конструкционных качественных легированных сталях две первые цифры марки показывают содержимое углерода в сотых долях процента. Кроме того, высококачестненные легированные стали име­ют в конце букву А, а особо высококачественные — Ш. Например, сталь марки ЗОХГСН2А: высококачественная легированная стальсодержит0,30% углерода, до 1% хрома, марганца, кремния и никеля до 2%; сталь марки 95Х18Ш: особо высококачественная, выплавленная методом электрошла­кового переплава с вакуумированием, содержит 0,9— 1,0% углерода; 17— 19% хрома, 0,030% фосфора и 0,015% серы.

    studfiles.net

    3.2. Легированные конструкционные стали

    Легирующие элементы вводят в стали для повышения конструкционной прочности. Наиболее дешёвыми легирующими элементами являются кремний и марганец, относительно дорогими – хром, никель, титан, ещё более дорогими – молибден и вольфрам. Поэтому последние из указанных легирующих элементов добавляются в небольших количествах к конструкционным сталям, содержащим другие легирующие элементы.

    По легированности стали делятся на группы: 1) низколегированные (менее 5 % легирующих элементов в сумме), 2) среднелегированные (от 5 до 10 %) и 3) высоколегированные (более 10 % легирующих элементов).

    Легирующие элементы, снижая скорость диффузии всех компонентов, снижают критическую скорость охлаждения при закалке, повышают устойчивость аустенита, улучшают прокаливаемость сталей. Возможность использования масла в качестве закаливающей среды, снижает коробление деталей, поэтому масло целесообразно использовать при закалке изделий малых размеров.

    Присутствие легирующих элементов в сталях отмечается в маркировке буквами русского алфавита: А – азот (но буква обязательно ставится в середине марки, потому что буква А в конце означает, что сталь высокого качества), Б – ниобий, В – вольфрам, Г – марганец, Д – медь, Е – селен, К – кобальт, М – молибден, Н – никель, П – фосфор, Р – бор (ставится обязательно в конце марки), С – кремний, Т – титан, Ф – ванадий, Х – хром, Ц – цирконий, Ч – редкоземельные элементы, Ю – алюминий. Содержание компонентов в процентах записывается цифрами, стоящими в маркировке после обозначения элемента. Если содержание элемента менее 1,5, то за буквенным обозначением цифра не ставится. Содержание углерода в легированных сталях обозначается двузначным числом, соответствующим сотым долям процента, например, сталь 40ХН означает, что в ней содержится 0,4 % углерода и примерно по 1-1,5 % хрома и никеля. Сталь 18Х2Н4МА – содержит 0,18 % углерода, 2 % хрома, 4 % никеля, менее 1 % молибдена и относится к высококачественным сталям (буква А в конце маркировки).

    Хотя наибольшая относительная экономическая эффективность достигается при применении высоколегированных и сложнолегированных сталей вместо нелегированных, более широкое распространение и абсолютную экономическую выгоду даёт применение низколегированных сталей. К числу низколегированных конструкционных сталей относятся 17ГС (0,17 % С, 1-1,2 % МП, до 0,7 %Si), 14ХГС, 35ХМ, 40ХН, 30ХГСА и др. Хромистые стали 15Х, 20Х относятся к числу дешёвых сталей нормальной прочности (sв= 700 МПа,d= 12 %). Эти стали подвергаются цементации, в результате чего твёрдость поверхностных слоёв достигает 58 – 62 единиц НRС. Их используют для изготовления небольших деталей (сечением до 25мм), работающих при средних нагрузках.

    Более высокие прочностные свойства достигаются в хромоникелевых сталях 20ХНЗА, 12Х2Н4А. После закалки и отпуска прочность этих сталей достигает 850-860 МПа, при d= 10-11 %.

    Ещё более высокая прочность достигается в сталях 18Х2Н4ВА и 1Х2Н4М (до sв=950 МПа,d= 12 %).

    Вместо приведённых, сравнительно дорогих, марок сталей высокой прочности можно добиваться в дешёвых хромомарганцевых сталях, легированных титаном, после цементации. Примером может служить сталь 18ХГТ. Присутствие титана в ней в количестве 0,06-0,12 % приводит к образованию мелких частиц карбида титана и существенному измельчению зерна. После закалки и отпуска в сердцевине изделия получают прочность 1150 МПа при d= 10 %. Легирование стали 18ХГТ бором (марка 18ХГТР) приводит к ещё большему измельчению зерна, увеличению устойчивости аустенита (вероятность протекания мартенситного превращения зависит от размеров зерна), повышает прокаливаемость изделий до диаметра ~ 40мм.

    Из низколегированных конструкционных сталей в пищевой промышленности изготавливают днища теплообменных аппаратов, различные трубы и трубные решётки, фланцы и различные крепежные детали. Стали 20Х, 40ХН, 30ХГСА и др. разрешены для изготовления деталей непосредственно контактирующих с пищевыми средами.

    studfiles.net

    Лекция 10. Легированные конструкционные стали. Инструментальные легированные стали. Конструкционные стали

    Конструкционные стали должны обладать высокой конструктивной прочностью, обеспечивать длительную и надежную работу конструкции в условиях эксплуатации.

    Материалы, идущие на изготовление конструктивных элементов, деталей машин и механизмов, должны наряду с высокой прочностью и пластичностью хорошо сопротивляться ударным нагрузкам, обладать запасом вязкости. При знакопеременных нагрузках должны обладать высоким сопротивлением усталости, а при трении - сопротивлением износу. Во многих случаях необходимо сопротивление коррозии, сопротивление хрупкому разрушению и т.д.

    Помимо высокой надежности и конструктивной прочности конструкционные материалы должны иметь высокие технологические свойства – хорошие литейные свойства, обрабатываемость давлением, резанием, хорошую свариваемость.

    Строительные стали

    К строительным относятся конструкционные стали, применяемые для изготовления металлических конструкций и сооружений, для армирования железобетона.

    К низколегированным строительным сталям относятся низкоуглеродистые свариваемые стали, содержащие недорогие и недефицитные легирующие элементы и обладающие повышенной прочностью и пониженной склонностью к хрупким разрушениям по сравнению с углеродистыми сталями. Применение низколегированных сталей позволяет уменьшить массу строительных конструкций, получить экономию металла, повысить надежность конструкций. Низколегированные строительные стали содержат до 0,25% углерода, 2-3% легирующих элементов (Cr, Si, Mn), микродобавки (Y, Nb, Ti, Al, N) и др.

    Требования к сталям:

    - определенное сочетание прочностных и пластических свойств,

    - малая склонность к хрупким разрушениям (низкий порог хладноломкости)

    - коррозионная стойкость,

    - хорошая свариваемость

    - обработка резанием.

    Строительные стали для металлических конструкций подразделяются по категориям прочности на: стали нормальной прочности, повышенной прочности и высокой прочности. Каждый класс прочности характеризуется минимально гарантированными значениями временного сопротивления разрыву и предела текучести.

    Временное сопротивление при растяжении и предел текучести являются основными расчетными характеристиками при проектировании металлоконструкций и сооружений. От их значений зависит сечение элементов конструкций, а, следовательно, их масса.

    Не менее важным критерием, определяющим эксплуатационную надежность строительных конструкций, является их склонность к хрупким разрушениям (порог хладноломкости). По хладостойкости строительные стали делят на стали без гарантированной хладостойкости, стали хладостойкие до -40ºС и стали для эксплуатации конструкций ниже -40 ºС.

    Детали строительных конструкций обычно соединяют сваркой, поэтому основным требованием к строительным сталям является хорошая свариваемость. Стали этого класса не должны давать горячих и холодных трещин. Склонность к образованию трещин зависит от содержания углерода. Горячие трещины образуются в сварном шве в период кристаллизации. Образованию горячих трещин способствует расширение интервала кристаллизации металла шва. Интервал кристаллизации растет с увеличением содержания углерода. Металл шва и около шовной зоны нагревается выше критических точек. При охлаждении протекает процесс распада аустенита, сопровождающийся объёмными изменениями. Чем выше содержание углерода, тем выше объёмные изменения, тем больше опасность образования холодных трещин. Поэтому стали, используемые для изготовления строительных конструкций, не должны содержать более 0,25%С и устанавливается тем ниже, чем более легирована сталь.

    Строительные стали могут быть углеродистыми и низкоуглеродистыми низколегированными.

    Низкоуглеродистые низколегированные стали обычной прочности в горячекатаном или нормализованном состоянии применяют для строительных конструкций, армирования железобетона, магистральных нефте- и газопроводов. Стали поставляются в горячекатаном состоянии с феррито-перлитной структурой. Прочностные свойства этих сталей обеспечиваются на стадии производства.

    К низколегированным строительным сталям повышенной прочности относятся стали марок 14Г2, 17ГС, 9Г2С и др. Введение в сталь небольших добавок ванадия и ниобия обеспечивает дополнительное упрочнение за счет образования карбонитридов этих элементов и измельчения зерна. К сталям такого типа (стали повышенной прочности) относятся стали марок 14Г2АФ, 17Г2АФБ, и другие с σ0,2 = 450 МПа после нормализации. Такие стали используются в виде сортового проката для изготовления конструкций без дополнительной термической обработки. В эту же группу входят атмосферостойкие стали, в состав которых вводят в малом количестве Cu, P, Ni, Cr, Si. Они образуют на поверхности продукты коррозии с высокой плотностью и прочностью, обладающие лучшим сцеплением с поверхностью, чем антикоррозийные покрытия (10ХНДП, 15ХСНД).

    Строительные стали высокой прочности марок 12Х2СМФ, 12ХГН2МФБАЮ применяются в особо ответственных конструкциях, в которых прочность достигается карбонитридным упрочнением, термическим упрочнением и контролируемой прокаткой. Термическое упрочнение этих сталей заключается в закалке от 850 – 9200С и высоком отпуске при 600 – 6800С. После этого получается высокодисперсная смесь продуктов распада мартенсита и нижнего бейнита. Прочность после такой обработки достигает σв = 700МПа.

    Присутствие частиц карбонитридов и нитридов способствует заметному измельчению зерна. Стали с карбонитридным упрочнением применяют для ответственных металлоконструкций, пригодных для эксплуатации при температурах ниже – 400С, а также для магистральных газопроводных труб северного исполнения.

    studfiles.net

    1. Углеродистые и легированные конструкционные стали: назначение, термическая обработка, свойства. Материаловедение: конспект лекций [litres]

    1. Углеродистые и легированные конструкционные стали: назначение, термическая обработка, свойства

    Из углеродистых качественных конструкционных сталей производят прокат, поковки, калиброванную сталь, сталь—серебрянку, сортовую сталь, штамповки и слитки. Эти стали являются основным материалом для изготовления таких деталей машин, как валы, шпиндели, винты, гайки, упоры, тяги, цилиндры гидроприводов, звездочки цепных передач, т. е. деталей различной степени нагружения. Различные специальные виды термообработки углеродистых сталей проводятся с целью обеспечения необходимых параметров вязкости, упругости и твердости. В конечном итоге термическая обработка данных сталей и деталей приводит к увеличению их износостойкости и надежности. Углеродистые качественные конструкционные стали обладают более высокими механическими свойствами, чем стали обыкновенного качества, за счет меньшего содержания в них фосфора, серы и других неметаллических включений. По видам обработки углеродистые конструкционные стали подразделяются на горячекатаные, кованые, калиброванные и серебрянку (со специальной отделкой поверхности). В зависимости от состояния материала указанные стали выпускаются без термической обработки, термически обработанные (Т) и нагартованные (Н). В соответствии с назначением горячекатаная и кованая углеродистые конструкционные стали делятся на подгруппы: «а» – для горячей обработки давлением; «б» – для механической обработки резанием на станках; «в» – для холодного волочения.

    Легированными называют стали, которые, кроме обычных примесей (марганца, кремния, серы и фосфора), содержат ряд элементов, специально вводимых в сталь при ее выплавке для получения заданных свойств. Эти элементы называют легирующими. В качестве легирующих элементов чаще всего применяют никель, хром, вольфрам, молибден, титан, ванадий, алюминий. Конструкционные легированные стали подразделяются на горячекатаную, кованую, калиброванную и сталь—серебрянку, применяемую в термически обработанном состоянии. Горячекатаная и кованая стали поставляются как в термически обработанном состоянии (отожженные, вы—сокоотпущенные, нормализованные или нормализованные с высоким отпуском), так и без термообработки, стали калиброванная и серебрянка – нагартованными или термически обработанными (отожженными, отпущенными, нормализованными, закаленными с отпуском). Стандартом (ГОСТом) предусмотрен выпуск и изготовление 13 групп конструкционных легированных сталей, каждая из которых получила название по преобладающему в ней легирующему элементу. Например, хромистые легированные стали – 15Х, 15Ха, 20Х, 30Х, 30ХРА, 35Х, 38ХА, 40Х, 45Х, 50Х; из этих сталей изготовляют детали, от которых наряду с высокой износостойкостью требуется минимальная деформация при термообработке, улучшенные и закаленные детали, работающие при средних скоростях и высоких удельных давлениях (шестерни, кольца, зубчатые рейки и т. д.), нагруженные детали автомобилей и тракторов, а также крупные детали, требующие высокой прокаливаемости и общей повышенной прочности.

    Поделитесь на страничке

    Следующая глава >

    tech.wikireading.ru

    Легированные конструкционные стали

    Основными легирующими элементами конструкционных сталей является хром в количестве до 1,8 % (чаще 0,8-1,1%), от 1 до 4,5% никеля и от 0,8 до 1,8% марганца. Вольфрам, молибден, ванадий, титан, бор и другие легирующие элементы не применяют как самостоятельные присадки, а вводят в сталь в сочетании с хромом, никелем и марганцем для дополнительного улучшения свойств.

    В конструкционных сталях обычно содержится 0,15- 0,45% Мо, 0,5-1,2% W, 0,1-0,3% V, 0,06-0,12% Ti, 0,002-0,005% В.

    В последнее время выплавляются автоматные стали с повышенным содержанием свинца (~0,25%).

    Большинство конструкционных сталей, содержащих от 0,12 до 0,45% С, относятся к перлитному классу, а в равновесном состоянии представляют собой по структуре доэвтектоидную.

    Легированные стали обладают наилучшими механическими свойствами после термической обработки. Это объясняется тем, что легирующие элементы задерживают диффузионные процессы и оказывают, поэтому большое влияние на фазовые превращения, протекающие при закалке и отпуске, задерживая распад мартенсита и огрубление частиц карбидов.

    Для получения требуемой твердости их подвергают отпуску при более высокой температуре, чем углеродистые. Это позволяет, не только полностью снять закалочные напряжения, но и получить лучшее сочетание прочности и вязкости.

    Повышение механических свойств достигается также в результате того, что многие легирующие элементы способствуют измельчению зерна и упрочняют феррит.

    Механические свойства легированных сталей мало отличаются от механических свойств углеродистой в малых сечениях. Механические свойства в крупных сечениях выше механических свойств углеродистых. Легирующие элементы особенно сильно повышают при этом предел текучести σ0,2, относительное сужение ψ и ударную вязкость αн. Это объясняется тем, что они обладают меньшей критической скоростью закалки, а следовательно, большей прокаливаемостью.

    По этой же причине замена углеродистой стали легированной позволяет проводить закалку в менее резких охладителях, что уменьшает деформацию изделий и опасность образования трещин. Поэтому их применяют и для изделий небольшого сечения, имеющих сложную форму.

    Легированные конструкционные стали маркируют цифрами и буквами, например 15Х, 45ХФ, 12ХНЗА, 20Х2Н4А, 18ХГТ и так далее. Двузначные цифры, приводимые в начале марки, указывают среднее содержание углерода в сотых долях процента; буквы оправа от цифры обозначают легирующий элемент: Г - марганец, С - кремний, X - хром, Н - никель, В - вольфрам, Ф - ванадий, М - молибден, Ю - алюминий, Т - титан, Р - бор, Д - медь и П - фосфор. Цифры после букв указывают примерное содержание соответствующего легирующего элемента в целых процентах; отсутствие цифры указывает, что содержание легирующего элемента примерно 1 - 1,5% и менее. Основную массу выплавляют качественными (S ≤ 0,035%; Р ≤ 0,035%).

    Высококачественные стали содержат меньше вредных примесей (не более 0,025% S и 0,025% Р), неметаллических включений, растворенных газов и так далее и их обозначают буквой А, помещенной в конце марки.

    Чем меньше в ней растворенных газов (азота, водорода, кислорода) и неметаллических включений (нитридов, оксидов, сульфидов и другие), тем выше механические свойства, особенно пластичность и вязкость.

    Конструкционные стали чаще выплавляют в основных мартеновских печах, реже в электропечах.

    Для снижения содержания в ней газов, современная металлургия использует вакуумную плавку и электрошлаковый переплав. Уменьшение количества серы, оксидных и сульфидных включений достигается раскислением синтетическими шлаками.

    Поставляются без термической обработки и термически обработанные (низкотемпературный отжиг - высокий отпуск или нормализация с высоким отпуском).

    В зависимости от термической обработки, которую стали проходят на машиностроительном заводе, их часто делят на две группы: 1) цементуемые и 2) улучшаемые.

    Для цементуемых изделий применяют низкоуглеродистые стали (0,1-0,25% С). После цементации, закалки и низкого отпуска цементованный слой имеет твердость 58-62 HRC, а сердцевина 30- 35 HRC. Сердцевина должна иметь высокие механические свойства, особенно повышенный предел текучести. Ее применяют наследственно мелкозернистую.

    Для изделий небольших размеров, работающих на износ и не требующих высокой прочности сердцевины, применяют углеродистые стали марок 10, 15, 20. Они из-за небольшой прокаливаемости имеют в сердцевине после закалки структуру феррит +отерлит и механические свойства. Цементованный слой из-за чувствительности к перегреву не обладает также повышенной прочностью.

    Легированные стали применяют для более сильно нагруженных и особенно крупных изделий, сердцевина которых должна иметь высокий предел текучести, а цементованный слой - высокую прочность (три высокой износостойкости). Для изделий несложной формы и небольшого сечения (втулки, пальцы, валики, некоторые зубчатые колеса), цементуемых на глубину 1,0-1,5 мм, применяют хромистые марок 15Х, 15ХА и 20Х, содержащие 0,7-1,0% Сr.

    almet1973.ru

    Конструкционные легированные стали

    Количество просмотров публикации Конструкционные легированные стали - 593

    Классификация легированных сталей

    Легированные стали классифицируются по нескольким признакам.

    По химическому составу сталь подразделяется исходя из того, какими элементами она легирована: хромистая (Cr), марганцовистая(Mn), хромоникелœевая (Cr и Ni), хромоникельмолибденовая (Cr, Ni, Mo) и т.д.

    По количеству легирующих элементов стали подразделяют на: низколегированные, при содержании легирующих элементов в сумме до 2,5%; среднелœегированные - 2,5 - 10%; высоколегированные - свыше 10%. В случае если сумма легирующих элементов превышает 50%, то получается сплав, а не сталь.

    По назначению стали подразделяются на: конструкционные, инструментальные и стали с особыми физическими и химическими свойствами. При этом, конструкционные стали подразделяют на цементуемые (с низким содержанием углерода - до 0,25-0,30%) и улучшаемые (при более высоких значениях содержания углерода).

    По структуре стали делятся на классы: ферритный, перлитный, бейнитный, мартенситный, аустенитный и ледебуритный (карбидный).

    К ферритному классу относится сталь с высоким содержанием элемента͵ расширяющего область α-желœеза и сужающего аустенитную γ-область, таким образом, что сталь при небольшом содержании углерода при комнатной температуре получает структуру чистого феррита. К сталям ферритного класса относится, к примеру, хромистая низкоуглеродистая нержавеющая сталь с содержанием хрома 13%.

    К перлитному классу относится большинство сренеуглеродистых и высокоуглеродистых конструкционных и инструментальных сталей с небольшим и средним содержанием легирующих элементов. Стали этого класса в нормализованном состоянии (после охлаждения на воздухе из аустенитного состояния) состоят преимущественно из перлита и при наличии других фаз в качестве избыточной структурной составляющей.

    К бейнитному классу относят стали, получающих после охлаждения на воздухе бейнитную структуру.

    Мартенситный класс составляют высоколегированные стали с высокой устойчивостью аустенита к распаду, в которых при охлаждении на воздухе образуется мартенсит.

    Стали ледебуритного (карбидного) класса характеризуются наличием в их структуре устойчивого ледебурита (карбидной эвтектики), образовавшегося при первичной кристаллизации, и сохраняющегося в слитке и промежуточной заготовке. В готовом прокате карбидная эвтектика, раздробившись, может образовывать карбидную неоднородность (строчечность) в инструментальной быстрорежущей и штамповой сталях.

    Необходимо иметь в виду, что, с учетом особенностей классификационных признаков одна и та же сталь может одновременно относиться к одному или нескольким классификационным группам. К примеру, хромоникелœевая нержавеющая сталь одновременно относится к группе сталей с особыми свойствами, и к группе конструкционных сталей. Стали инструментальные быстрорежущие ледебуритного (карбидного) класса одновременно можно отнести и к сталям мартенситного класса.

    Маркировка легированных сталей

    В соответствии с действующими государственными стандартами в России принят буквенно-цифровой принцип маркировки легированных сталей (таблица 6.1).

    Таблица 6.1 - Примеры марок сталей и их среднего химического состава

    Марка стали Химический состав и классификационные характеристики стали
    40Х 0,4% С, 1% Cr, сталь хромистая, конструкционная, улучшаемая, низколегированная, перлитного класса;
    18ХГТ 0,18% С, 1% Cr, 1% Mn, 0,1% Ti, сталь хромомарганцевотитановая, конструкционная, цементуемая, низколегированная, перлитного класса;
    9ХС 0,9% С, 1% Cr, 1% Si, сталь хромокремнистая инструментальная низколегированная перлитного класса;
    ХВГ 1% С, 1% Cr, 1% W, 1% Mn, сталь хромомарганцевовольфрамовая, инструментальная, перлитного класса

    Легирующие компоненты в марках сталей обозначаются большими буквами русского алфавита: Х - хром, Н - никель, В - вольфрам, Ф - ванадий, М - молибден, Т - титан, Ю - алюминий Д - медь, К - кобальт, Ц - цирконий, Р - бор, Б - ниобий, Г - марганец, С - кремний. Буква А, стоящая перед началом марки - обозначает марку автоматной стали с улучшенной обрабатываемостью резанием, что достигается введением в сталь повышенного содержания серы или свинца. В случае если буква А стоит в серединœе марки, то она обозначает азот, специально введенный в сталь. В случае если буква А стоит в конце марки, то это обозначает высококачественную сталь с пониженным содержанием серы и фосфора.

    Две цифры, стоящие перед буквенным обозначением, соответствуют количеству в стали углерода в сотых долях процента͵ а также показывают принадлежность стали этой марки к группе конструкционных сталей. В случае если впереди букв стоит одна цифра, то она обозначает содержание углерода в десятых долях процента͵ и то, что данная марка соответствует инструментальной стали. В случае если перед буквенным обозначением марки цифры нет, то это значит, что в инструментальной стали содержание углерода, в среднем 1,0%.

    Цифры, стоящие после каждой буквы, обозначают содержание в целых процентах того элемента͵ после которого они стоят. В случае если после буквы, обозначающей элемент в марке стали, цифры нет, то это значит, что количество этого элемента в стали равно или около одного процента. Исключение составляют: Mo, Ti, Zr, V, содержание которых в данном случае составляет от 0,1 до 0,3%.

    Стоит сказать, что для некоторых марок сталей применяются особые буквенные обозначения. Это в первую очередь относится к букве А, о которой говорилось выше. Быстрорежущие стали начинаются с буквы Р, шарикоподшипниковые - с буквы Ш, электротехнические - с буквы Э. Исследовательские марки, не внесенные в стандарты, имеют заводские маркировки, к примеру, ЭИ - завод "Электросталь" (ЭИ-69, ЭИ-914 и т.д.).

    Кроме углеродистых конструкционных сталей, рассмотренных в 5-й главе, в промышленности используются стали легированные. В связи с особенностями их химического состава, условиями их производства и поставки целœесообразно их разделить на следующие группы:

    строительные низколегированные стали;

    автоматные стали;

    конструкционные стали общего назначения, в том числе: цементуемые, улучшаемые, азотируемые;

    высокопрочные стали;

    пружинно-рессорные стали;

    стали для шариковых (роликовых) подшипников;

    стали литейные.

    Строительные стали.Строительные стали можно разделить на две подгруппы: стали доля сварных металлоконструкций и арматурная для армирования желœезобетонных конструкций. Свариваемые строительные стали предназначены для изготовления конструкций мостов, ферм, котлов, газо- и нефтепроводов и т.д. Важнейшим отличительным свойством таких сталей является высокая технологичность сталей при сварке, или свариваемость.

    Свариваемость стали определяется углеродным эквивалентом, который зависит в основном от содержания углерода. Для того чтобы стали хорошо сваривались, значение углеродного эквивалента не должно превышать 0,3 (Сэкв ≤0,3). В связи с этим содержание углерода в строительных сталях не должно бвть более 0,22 %.

    Кроме углеродистых сталей обыкновенного качества по ГОСТ 380-94 и проката из качественной стали по ГОСТ 1050-88 (см. гл. 5), в качестве свариваемых строительных сталей используют малолегированные малоуглеродистые стали: 09Г2; 09Г2Д; 14Г2; 17ГС; 17Г1С; 09Г2С; 10Г2С1; 15ГФ; 14Г2АФ; 14Г2АФД; 16Г2АФ; 10Г2Б; 10ХСНД по ГОСТ 19281-89. Поставка сталей в горячекатанном и термически обработанном состоянии. Предел текучести, исходя из марки стали, не менее 290 - 390 МПа, при относительном удлинœении не менее 21 - 19%.

    В качестве арматурных сталей при изготовлении желœезобетонных конструкций чаще всœего используют стали углеродистые обыкновенного качества по ГОСТ 380-94 (Ст3кп, Ст3пс, Ст3сп, Ст5сп, Ст5пс). К недостаткам углеродистых свариваемых строительных сталей относят низкую хладностойкость, что приводит к снижению механических характеристик, особенно при эксплуатации их в Сибири и районах крайнего Севера. Повышение прочности и надежности при эксплуатации является проблемой, решаемой с помощью применения легированных сталей. Применяют низколегированные стали 18Г2С; 25Г2С; 35ГС; 80С по ГОСТ 5781-82. Учитывая зависимость отмарки стали и применяемой технологии упрочнения легированные стали могут иметь предел текучести не менее 290 - 590 МПа, при относительном удлинœении не менее 19 - 6%.

    Автоматные стали. Обрабатываемость резанием характеризуется способностью получения высокой чистоты поверхности деталей при обработке режущими инструментами при высоких скоростях резания с минимальными усилиями, за счёт исключения налипания на инструмент трудноломающейся длинной стружки. Автоматные стали специально созданы для изготовления массовых деталей, к материалу которых не предъявляется высоких требований по механическим свойствам, но которые должны с высокой степенью технологичности и высокой производительностью изготавливаться на металлорежущих станках-автоматах с высокими требованиями по размерам и чистоте поверхности. Такие стали используются, к примеру, для крепежных деталей.

    Автоматные стали созданы на базе введения в сталь присадок S, Se, Ca, Fe, Pb, которые приводят к образованию включений, способствующих получению легко ломающейся стружки. Введение в сталь этих элементов понижает конструктивную прочность сталей, уменьшает предел выносливости после цементации до 40 %. Углеродистые автоматные стали маркируют буквой ʼʼАʼʼ и цифрами, обозначающими содержание углерода в сотых долях процента: А12, А20, А30. При повышенном содержании Mn (до 1 %): А12Г. При введении других элементов они указываются буквами, к примеру: АС11, АС14 – стали, содержащие свинœец до 0,15 – 0,3 %. Важно заметить, что для сохранения высоких механических свойств автоматные стали могут легироваться марганцем, кремнием, хромом, молибденом и др. Размещено на реф.рфВ этом случае марки стали следующие: АС38Г2, АС30ХМ, АС38ХГМ. Их используют в деталях двигателœей.

    Кальций вводится в виде силикокальция, глобулирует сульфидные включения, что повышает обрабатываемость. Сера способствует образованию вытянутых вдоль направления прокатки сульфидов марганца, которые оказывают смазывающее действие, и нарушают сплошность металла в зоне резания, образуя короткую и ломкую структуру стружки. Стали с повышенным содержанием серы (0,08 – 0,3 %) обладают повышенной анизотропией механических свойств. Свинœец, при содержании до 0,15 – 0,3 % повышает обрабатываемость резанием при средних и пониженных скоростях резания (до 100 об/мин).

    Конструкционные стали общего назначения, в том числе: цементуемые, улучшаемые, азотируемые.Углеродистые стали для машиностроения и других отраслей промышленности используются только в тех случаях, в случае если к материалу изделий не предъявляются высокие требования по механическим свойствам, а также для изготовления мелких деталей, что связано с малой прокаливаемостью углеродистых сталей. Высокий комплекс механических свойств должна быть получен на сталях с оптимальной степенью легирования исходя из размеров изделия и ответственности изделия в процессе эксплуатации. Конструкционные легированные стали общего назначения, преимущественно, поставляются по ГОСТ 4543-88.

    Для изготовления цементуемых и нитроцементуемых деталей используются малоуглеродистые (до 0,25% С) мало и среднелœегированные стали. Легирование одним компонентом (к примеру, хромом) позволяет применять после цементации закалку в масло против закалки в воде углеродистых сталей, что уменьшает коробление и устраняет опасность образования трещин (стали, 15Х, 20Х). Увеличение степени легирования хромом, а также дополнительное легирование никелœем, молибденом, вольфрамом увеличивает прокаливаемость и позволяет получать после цементации, нитроцементации и окончательной термической обработки высокий комплекс механических свойств не только в поверхностном цементованном слое но и в сердцевинœе крупногабаритных изделий (стали 20ХН, 12ХН3А, 12Х2Н4А, 18Х2Н4МА, 18Х2Н4ВА). Легирование титаном уменьшает склонность к росту зерна стали при цементационном нагреве (стали 18ХГТ, 25ХГТ).

    Улучшаемые стали - это стали, для которых основным методом упрочнения изделий по всœему сечению является улучшение, ᴛ.ᴇ. закалка с высоким отпуском. После улучшения изделия по всœему сечению имеют сочетание высоких прочностных (предел прочности, предел текучести) и пластических характеристик (относительное удлинœение, относительное сужение, ударная вязкость). Создание высокопрочного состояния по всœему сечению требует особого подхода к легированию для изделий с разными размерными характеристиками. Для изделий малых сечений в качестве улучшаемых сталей можно применять и углеродистые стали, к примеру, 35, 40, 45, 50. Эти стали составляют первую группу улучшаемых сталей. Οʜᴎ прокаливаются насквозь при диаметре до 10 мм.

    Вторую группу составляют хромистые стали (30Х, 40Х), у которых критический диаметр при закалке в масле составляет 15-20 мм. В третью группу входят стали типа 30ХМ, 35ХМА, 40ХГ, 30ХГТ, 30ХГС, у которых критический диаметр 20-25 мм. Четвертую группу составляют стали типа 40ХН, 40ХНМ Дкр=35-40мм. К пятой группе относятся комплексно легированные стали, к примеру, 38ХН3МФА, у которых Дкр превышает 100 мм.

    Азотируемые стали относятся к группе улучшаемых сталей, поскольку, они перед азотированием подвергаются предварительной термической обработке для упрочнения сердцевины. При этом они должны иметь способность к образованию высокопрочных нитридных слоев при насыщении поверхности изделия азотом. В этой связи азотируемые стали содержат, кроме хрома, молибден и алюминий (марки 38ХМЮА, 38ХЮА, 38Х2МЮА).

    Высокопрочные стали. В группу высокопрочных сталей относят такие стали, гарантированный предел прочности которых превышает 1500 МПа. К этому классу относятся, к примеру, комплексно легированные мартенситностареющие стали (МСС) и стали с пластичностью, наведенной превращением (ПНП-стали, трип-стали). МСС марки 03Н18К9М5Т - практически безуглеродистая сталь (0,03% С) после закалки с температуры 800 - 850 ˚С с охлаждением на воздухе получает структуру безуглеродистого мартенсита͵ а упрочняется (σв = 2000МПа, δ = 12%) в результате дисперсионного твердения распадающегося мартенсита за счёт выделœения дисперсных включений Ni3Ti, Fe2Mo и др. Размещено на реф.рфТакое явление принято называть старением мартенсита͵ а сталь в связи с этим - мартенситностареющей. Такие стали применяются в самолето- и ракетостроении, в криогенной технике и при повышенных температурах, вплоть до 450 ˚С.

    ПНП стали - это стали аустенитного класса. Примером сталей является сталь марки 30Х9Н8М4Г2С2. После закалки от 1000-1100 ˚С сталь имеет аустенитную структуру, поскольку точка начала мартенситного превращения лежит ниже 0 ˚С. Последующая пластическая деформация при температурах 400 - 600 ˚С вызывает явления наклепа и выделœение карбидов, что упрочняет сталь (σв = 1800 - 2000Мпа, δ ≥ 20% ). Высокие значения относительного удлинœения обусловлены тем, что деформация стали в шейке образца при растяжении вызывает развитие мартенситного превращения, упрочняющего металл в шейке, благодаря чему шейка растягивающегося образца перемещается по длинœе образца до тех пор, пока не произойдет критической концентрации внутренних напряжений. А это оказывается возможным только после распространения зоны шейки через всю рабочую зону образца.

    Область применения стали: детали авиаконструкций, броневой лист и др.

    Пружинно-рессорные стали. Основным требованием к пружинно-рессорным сталям являются высокие значения пределов упругости, выносливости, ударной вязкости, что обеспечивается повышенным содержанием в стали углерода при умеренной степени легированности. В качестве пружинных сталей широко применяются углеродистые стали марок 65, 70, 75, 80, которые для достижения комплекса свойств, соответствующих пружинам, подвергаются специальной обработке - "патентированию", при котором процессы холодного волочения чередуются с изотермической обработкой на троостит. Такая обработка позволяет получать предел прочности на тонкой пружинной патентированной проволоке до 4000-5000МПа, что недостижимо на сталях никакими другими методами обработки. Ограничением применения такой проволоки или ленты является размерный фактор, поскольку проволока диаметром 1,0 мм уже может иметь предел прочности 2 - 3 раза ниже указанных предельных значений.

    Пружины более крупных размеров, изготавливаемых методами горячей навивки, а также рессоры изготавливаются из легированных пружинных сталей 65Г, 55С2, 60С2А, 70С3, 50ХГА. Для клапанных пружин, работающих при повышенных температурах, используют сталь 50ХФА. Крупные тяжело нагруженные пружины изготавливают из сталей 60СХФА, 65С2ВА. Пружины холодной навивки из патентированной проволоки требуют проведения после навивки только низкотемпературного отпуска при температуре 300-320 ˚С, а после горячей навивки или гибки рессор требуется проведение упрочняющей термической обработки, состоящей из закалки и среднетемпературного отпуска при температурах 400-500 ˚С.

    Стали для шариковых и роликовых подшипников. Стали для изготовления шарико- и роликоподшипников поставляется по ГОСТ 801-78. Основной маркой является сталь ШХ15. Вместе с тем, известна экономно легированная сталь ШХ4 для мелких сортаментов, и сталь для тяжелонагруженных подшипников ШХ15СГ. Все эти стали содержат, в среднем, 1,0% углерода, и хром в количестве, соответствующем цифре после буквы Х в десятых долях процента͵ ᴛ.ᴇ. 0,4% в стали ШХ4 и 1,5% в сталях ШХ15 и ШХ15СГ. Последняя сталь содержит также повышенное количество марганца (1%) и кремния (0,4 - 0,65%). Подшипники, работающие в агрессивных средах, изготавливаются из высокохромистой стали 95Х18 с 18% хрома.

    Термическая обработка подшипниковых сталей состоит из закалки с температуры 830-840 ˚С с низкотемпературным отпуском при 160-200 ˚С. При этом достигается твердость не ниже HRC 62.

    referatwork.ru

    Конструкционная легированная сталь - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 2

    Конструкционная легированная сталь

    Cтраница 2

    Конструкционные легированные стали маркируются следующим образом: вначале ставится двузначное число, выражающее среднее содержание углерода в стали в сотых долях процента, затем русскими заглавными буквами перечисляются находящиеся в стали легирующие элементы. При этом приняты следующие обозначения: X-Сг, Н - Ni, M-Mo, Г - Мп, Д - Cu, В-W, Ф-V, Б - Nb, Р - В, К-Со, С-Si, Т - Ti, Ц - Zr, Ю - А1, П - Р, А-N. Проставляемая после буквы цифра означает среднее количество данного элемента в процентах. Если элемента менее I %, то цифра не ставится. Стоящая в конце маркировки буква А свидетельствует о высоком металлургическом качестве стали и прежде всего о том, что в ней серы и фосфора менее 0 02 % каждого.  [16]

    Конструкционные легированные стали могут быть разделены на строительные и машиностроительные. Строительные стали применяют для изготовления различного рода строительных металлоконструкций, машиностроительные - для изготовления деталей машин.  [17]

    Конструкционная легированная сталь содержит, кроме обычных элементов, еще и специальные легирующие элементы: хром, никель, ванадий, алюминий, кобальт и др. Легирующие элементы придают стали особые свойства. Например, хром повышает предел прочности и текучести стали при сохранении достаточной вязкости, вольфрам увеличивает твердость, сообщает большую устойчивость при отпуске, молибден увеличивает прокаливаемость, повышает пластичность и вязкость.  [18]

    Конструкционная легированная сталь делится на качественную и высококачественную.  [19]

    Конструкционные легированные стали, применяемые для изготовления разнообразных деталей машин и конструкций, должны обладать высокой прочностью и вязкостью.  [20]

    Конструкционные легированные стали в свою очередь делят на строительные ( или низколегированные) и машиностроительные общего назначения ( цементуемые и улучшаемые), а также рессорно-пружинные.  [21]

    Конструкционные легированные стали содержат больше легирующих элементов и поступают в виде сортового проката ( круглого, квадратного, шестигранного), нередко калиброванного, листов, поковок и других полуфабрикатов.  [22]

    Конструкционную легированную сталь применяют редко.  [23]

    Конструкционную легированную сталь подвергают термической обработке либо для умягчения перед обработкой резанием, либо для предотвращения появления флокенов.  [24]

    Конструкционную легированную сталь применяют для деталей особо ответственного назначения.  [25]

    Конструкционную легированную сталь принято делить на две основные группы: цементуемая и улучшаемая. Наиболее важной характеристикой для нее являются механические свойства. В деталях малых размеров, прокаливающихся при термической обработке насквозь, механические свойства стали определяются в основном количеством углерода и практически не зависят от содержания легирующих элементов. В связи с этим для изготовления различных изделий необходимо выбирать марки легированной конструкционной стали с учетом ее прокаливаемости.  [26]

    Конструкционную легированную сталь различают: качественную, высококачественную и особо высококачественную. Высококачественная обозначается буквой А в конце марки, а особо высококачественная - буквой Ш через черточку в конце марки. Например, сталь марки 12ХНЗА - высококачественная, а сталь марки ЗОХГС-Ш - особо высококачественная.  [27]

    Подобно конструкционным легированным сталям, инструментальные легированные стали обладают лучшей прокаливаемостью по сравнению с углеродистыми. Поэтому крупные по своим размерам инструменты, например большие штампы, изготовляются всегда из легированных сталей.  [28]

    Улучшаемые конструкционные легированные стали ( см. табл. 21) содержат от 0 30 до 0 45 % углерода и обычно подвергаются закалке с высоким отпуском.  [29]

    Чаще всего конструкционные легированные стали подвергают закалке в масле с последующим высоким или низким отпуском. Некоторые стали приобретают хорошие прочность и вязкость в результате изотермической закалки при температуре 300 - 400 С.  [30]

    Страницы:      1    2    3    4

    www.ngpedia.ru