|
Кристаллизация и структурообразование сплавов.
УЧЕБНЫЕ ПОСОБИЯ
1. КЛАССИФИКАЦИЯ МАРКИРОВКА И ПРИМЕНЕНИЕ
КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
1.1. КЛАССИФИКАЦИЯ МАТЕРИАЛОВ
В технике и быту применяется очень много разнообразных по составу, происхождению, свойствам и назначению материалов. И самой первой и самой простой классификацией всех материалов на группы является деление их на металлы и неметаллы. Поскольку круг рассматриваемых материалов в данной разработке ограничен металлами и их сплавами, приведем отличительные признаки металлов и неметаллов.
Отличительной особенностью металлов является их кристаллическое упорядоченное строение и способность деформироваться ковкой, что было отмечено еще М.В. Ломоносовым. Однако, более типичными свойствами металлов и их сплавов являются высокие тепло - и электропроводность, увеличивающиеся с понижением температуры. Теория твердого тела выбирает в качестве главного физического критерия металлического состояния температурный ход электросопротивления r(Т): у металлов при Т®о, r®0, а у неметаллов r®¥. В ассортимент неметаллов включаются пластмассы, волокна, пленки, резины, клеи, древесина, стекло, керамика, лакокрасочные покрытия и т.д.
Из известных к настоящему времени 111 химических элементов 83 относят к металлам, хотя некоторые с оговоркой (Вi, Sb,Si), поскольку имеют свойства металлов и неметаллов. Заметное производство и применение нашли около 30 металлов, при этом на долю железа приходится более 90%, а на долю всех остальных менее 10%. Кроме того, следует иметь в виду, что в чистом виде металлы применяются редко. Чаще всего используются сплавы на их основе, так как сплавы имеют более высокие механические свойства и обладают комплексом специальных свойств: жаропрочностью, кислотостойкостью, магнитными свойствами и т.д. На основе железа производят сталь и чугун. Объем производства стали является важнейшим показателям технической и экономической мощи страны.
Число металлических сплавов, применяемых в технике, очень велико, при этом оно постоянно возрастает в связи с растущими требованиями многих отраслей промышленности. Классифицировать эти сплавы по одному признаку не удается, так как их состав, свойства, назначение и способы производства слишком многообразны. Поэтому существуют несколько признаков, по которым классифицируют сплавы: по химическому составу, по назначению, по свойствам, по способу выплавки, по степени раскисления, по структуре, качеству и т.д.
По химическому составу классификация основана на указании главного или основного компонента сплава, на основе которого сплав составлен: железо, медь, алюминий и т.д. Такая классификация позволяет распределить сплавы на небольшое число основных классов: а) сплавы на основе железа (стали, чугуны), б) медные сплавы (бронзы и латуни), в) алюминиевые сплавы (авиали, дюрали, силумины), г) магниевые сплавы, д) титановые сплавы, е) оловянистые и свинцовистые сплавы для подшипников (баббиты) и т.д. А самая большая группа сплавов - стали, в свою очередь, делится по химическому составу на 2 группы: углеродистые (нелегированные) стали и легированные.
По назначению стали делятся на 3 основные группы: конструкционные, инструментальные и стали специального назначения. Конструкционные стали должны обладать высокими прочностью, пластичностью и вязкостью в сочетании с хорошими технологическими свойствами: легко обрабатываться давлением, резанием, хорошо свариваться и т.д. Стали конструкционные используются для изготовления деталей машин, механизмов в машиностроении и металлоконструкций в строительстве. Инструментальные стали должны обладать повышенной или высокой твердостью и износостойкостью, которые должны сохраняться при нагреве. Инструментальные стали применяются для изготовления инструмента для обработки металлов резанием, давлением, для изготовления мерительного инструмента. Специальные стали должны обладать какими-либо особыми свойствами: кислотостойкостью, жаропрочностью, магнитными или ,наоборот, немагнитными свойствами и т.д. Основными потребителями сталей с особыми свойствами являются приборостроение, химические производства, ракетостроение, авиастроение, военная спецтехника и т.д.
По качеству стали подразделяют на стали обыкновенного качества, качественные и высококачественные. Основными признаком качества является содержание вредных примесей в сталях: серы и фосфора. Предельно допустимое содержание примесей в сталях разных категорий качества следующее:
| Р
| S
| сталь обыкновенного качества
| 0,040%
| 0,050%
| Качественная сталь
| 0,035%
| 0,035%
| Высококачественная сталь
| 0,025%
| 0,025%
| Особовысокачественная сталь
| 0,025%
| 0,015%
|
Категория обыкновенного качества относится только к сталям простым углеродистым (нелегированным), а две остальные категории относятся и к углеродистым, и к легированным сталям.
По степени раскисления (удаление кислорода из металла) стали могут быть спокойные (сп), полуспокойные (пс), и кипящие (кп), что указывается в марке. При одинаковом содержании углерода, спокойные, полуспокойные и кипящие стали имеют практически одинаковую прочность. Главное их различие в пластичности, что отражается на штампуемости в холодном состоянии. Это обусловлено содержанием остаточного кремния в стали:
Кипящая < 0,05%;
Полуспокойная сталь 0,05-0,15%;
Спокойная сталь 0,15 - 0,35%.
Чем больше кремния в стали, тем хуже штампуемость. Легированные стали выплавляются только спокойными в мартеновских или электрических печах. В качестве раскислителей металлурги используют марганец, кремний, алюминий.
По способу производства различают стали конверторные, мартеновские, электросталь и стали особых методов выплавки: электрошлаковый переплав (ЭШП), вакуумно-индукционная плавка (ВИП), вакуумно-диффузионная плавка (ВДП), электронно-лучевой переплав (ЭЛП), плазменно-дуговая плавка (ПДП). Применение особых методов выплавки позволяет получить более чистый качественный материал.
Наряду с приведенными классификациями по общим признакам, относящимся к различным сталям, существуют более частные классификации отдельных групп сталей, которые требуют специальных знаний в области материаловедения и будут рассмотрены в соответствующих разделах этой дисциплины, например, классификация сталей по микроструктуре.
1.2.СПОСОБЫ МАРКИРОВКИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
Обозначение марок сталей и других сплавов в нашей стране производят по буквенно-цифровой системе. Но для различных металлов и сплавов способы маркировки различаются информацией, заложенной в марке. Известны 3 принципиально различных способа маркировки.
Самым распространенным способ является "марка-состав", когда в марке заложена информация о составе по основным компонентам, входящим в сплав. Так обозначаются качественные углеродистые и легированные стали, медные сплавы, твердые сплавы, часть алюминиевых сплавов.
Более узкое применение имеет способ "марка-свойство". Таким способом обозначаются графитосодержащие чугуны. В марке заложена информация о прочности и пластических свойствах чугунов.
Следует отметить, что это два наиболее простых и одновременно информативных способа. Специалисту для начала уже достаточно этой информации, чтобы получить представление о возможностях данного сплава. К тому же по сравнению с принципами обозначения сплавов в других странах наша система считается наиболее наглядной и простой, чего нельзя сказать о третьем способе маркировки "марка-каталог". Согласно этому способу сплавам присваиваются номера, перед которыми для углеродистых сталей общего назначения стоят буквы "Ст" (сталь), для высоколегированных сталей сложного состава - индексы "ИЭ" или "ЭП" (марки исследовательские или пробные). В этом случае для расшифровки состава или свойств нужны соответствующие ГОСТы, технические условия или каталоги марок.
1.3.УГЛЕРОДИСТЫЕ СТАЛИ
Основный продукцией черной металлургии является сталь-сплав железа с углеродом. Содержание углерода в стали колеблется в широких пределах от 0,1 до 2%. Сталь промышленного производства является сплавом сложным по химическому составу. Кроме основы-железа в ней содержится много элементов, наличие которых обусловлено различными причинами:
а) невозможностью их полного удаления: S,Р, О2, N2, Н2;
б) технологическими особенностями производства: марганец и кремний, например, вводятся как раскислители;
в) случайные примеси из руды или шихты: Сr, Мn, Ni, Сu, Аs и др.
Содержание всех этих примесей будет зависеть от состава шихты и способа выплавки стали: конверторный, мартеновский, электроплавка, специальные способы выплавки.
Один элемент - углерод вводится в простую сталь намеренно, умышленно. Объясняется это тем, что углерод очень сильно влияет на свойства сталей даже при незначительном изменении его содержания. Поэтому углерод и является основным элементом, изменяющим свойства сталей. С увеличением содержания углерода растут твердость - НВ, прочность - sв, уменьшается пластичность d и вязкость (рис.1.1.)
Количество постоянных примесей в углеродистой стали ограничивается следующими пределами:
Мn ≤ 0,7%
Si ≤ 0,5%
Р ≤0,05%
S 0, ≤05%
При большем содержании этих элементов сталь следует отнести к сорту легированных сталей, где эти элементы специально вводятся с целью изменения свойств стали.
Рис.1.1. Влияние углерода на механические свойства сталей.
| |
Марганец и кремний в углеродистой стали являются технологическими добавками, без них невозможно выплавить сталь. Их вводят при выплавке как раскислители, элементы, удаляющие кислород из стали. Марганец к тому же устраняет вредное действие серы, называемое красноломкостью, переводя серу в тугоплавкое соединение МnS.
Сера и фосфор являются вредными примесями железа и попадают в сталь из руды. Сера придает стали красноломкость, образуя соединение, плавящееся в районе температур горячей обработки давлением. Фосфор сообщает стали хладноломкость, что делает его опасным для изделий, работающих в районах с холодным климатом.
Вредными примесями в стали являются газы, особенно такие как кислород и водород. Кислород образует окислы, снижающие усталостную прочность сталей, а водород может образовать трещинки-надрывы, называемые флокенами.
Углеродистые стали по назначению могут быть конструкционными и инструментальными. По качеству конструкционные стали делятся на стали обыкновенного качества и качественные, а инструментальные на качественные и высококачественные.
1.3.1. КОНСТРУКЦИОННЫЕ УГЛЕРОДИСТЫЕ СТАЛИ
ОБЫКНОВЕННОГО КАЧЕСТВА ОБЩЕГО НАЗНАЧЕНИЯ.
К этой группе относят стали, содержащие до 0,5% углерода, при производстве которых не предъявляют высоких требований. Эти стали поставляются по ГОСТ380-94. Стали маркируются порядковым номером от 0 до 6 после букв "Ст", обозначающих слово "сталь". Для обозначения степени раскисления после номера марки добавляют индексы: кп - кипящая, пс - полуспокойная, сп - спокойная.
Стали согласно этому ГОСТу поставляются по химическому составу, который должен соответствовать нормам, указанным в таблице 5.1. Гарантируются: содержание углерода, которое растет с увеличением номера стали от 0,06 до 0,49%, содержание марганца колеблется от 0,25% до 0,8%. Имеются 3 марки с повышенным содержанием марганца (0,8 - 1,2%), в маркировку этих сталей входит буква Г, обозначающая повышенное его содержание: Ст3Гпс, Ст3Гсп, Ст5Гпс. Содержание кремния колеблется в зависимости от степени раскисления: для кипящих сталей не более 0,05%, для полуспокойных 0,05% - 0,15%, для спокойных сталей 0,15-0,30%. Ограничивается содержание вредных примесей серы и фосфора, а также случайных примесей, вносимых в сталь из шихты, - хрома, никеля, меди, мышьяка.
СОТАВ УГЛЕРОДИСТЫХ КОНСТРУКЦИОННЫХ СТАЛЕЙ ОБЫКНОВЕННОГО КАЧЕСТВА, % (ГОСТ 380-94)
Таблица 1.1
Марка
стали
| Углерод
| Марганец
| Кремний
| Сера
| Фосфор
| Ст0
| Не более 0,23
| -
| -
| Не более 0,06
| Не более 0,07
| Ст1кп
| 0,06-0,12
| 0,25-0,50
| Не более 0,05
| Не более 0,05
| Не более 0,04
| Ст1пс
| "
| "
| 0,05-0,15
| "
| "
| Ст1сп
| "
| "
| 0,15-0,30
| "
| "
| Ст2кп
| 0,09-0,15
| "
| Не более 0,05
| "
| "
| Ст2пс
| "
| "
| 0,05 - 0,15
| "
| "
| Ст2сп
| "
| "
| 0,15-0,30
| "
| "
| Ст3кп
| 0,14-0,22
| 0,30-0,60
| Не более 0,05
| "
| "
| Ст3пс
| "
| 0,40-0,65
| 0,05-0,15
| "
| "
| Ст3сп
| "
| "
| 0,15-0,30
| "
| "
| Ст3Гпс
| "
| 0,80-1,10
| Не более 0,15
| "
| "
| Ст3Гсп
| 0,14-0,20
| "
| 0,15-0,30
| "
| "
| Ст4кп
| 0,18-0,27
| 0,40-0,70
| Не более 0,05
| "
| "
| Ст4пс
| "
| "
| 0,05-0,15
| "
| "
| Ст4сп
| "
| "
| 0,15-0,30
| "
| "
| Ст5пс
| 0,28 - 0,37
| 0,50-0,80
| 0,05-0,15
| "
| "
| Ст5сп
| "
| "
| 0,15-0,30
| "
| "
| Ст5Гпс
| 0,22-0,30
| 0,80-1,20
| Не более 0,15
| "
| "
| Ст6пс
| 0,38-0,49
| 0,50-0,80
| 0,05-0,15
| "
| "
| Ст6сп
| "
| "
| 0,15-0,30
| "
| "
| Массовая доля хрома, никеля, меди должна быть не более 0,30%, а мышьяка не более 0,08%.
|
Конструкционные стали обыкновенного качества выплавляются в крупных мартеновских печах и кислородных конвертерах. Эти стали дешевые и используются для металлоемких строительных конструкций в виде горячекатанного сортового фасонного и листового проката: балок, прутков, швеллеров, уголков, листов, труб и т.д., а также для малоответственных деталей машин: осей, валов, шестерен, втулок, болтов, гаек и т.д.
1.3.2.КАЧЕСТВЕННЫЕ КОНСТРУКЦИОННЫЕ УГЛЕРОДИСТЫЕ СТАЛИ ДЛЯ ДЕТАЛЕЙ МАШИН
Качественные конструкционные углеродистые стали поставляются по химическому составу и механическим свойствам в соответствии ГОСТ 1050-88. К этим сталям по сравнению со сталями обыкновенного качества предъявляют более жесткие требования по содержанию вредных примесей (серы не более 0,04%, фосфора не более 0,035%).
Качественные углеродистые стали маркируют двузначными цифрами, указывающими среднее содержание углерода в сотых долях процента: 08, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60. При обозначении кипящей или полуспокойной стали в конце марки указывается степень раскисления: кп, пс или сп. В случае спокойной стали степень раскисления не указывается.
СОСТАВ УГЛЕРОДИСТЫХ КОНСТРУКЦИОННЫХ КАЧЕСТВЕННЫХ СТАЛЕЙ, % (ГОСТ 1050-88)
Таблица 1.2
Марка
стали
| Массовая доля элементов, %
|
| Углерода
| Кремния
| Марганца
| Хрома, не более
| 05кп
| Не более 0,06
| Не более 0,03
| Не более 0,40
| 0,10
| 08кп
| 0,05-0,12
| Не более 0,03
| 0,25-0,50
| "
| 08пс
| 0,05-0,11
| 0,05-0,17
| 0,35-0,65
| "
|
| 0,05-0,12
| 0,17-0,37
| "
| "
| 10кп
| 0,07-0,14
| Не более 0,07
| 0,25-0,50
| 0,15
| 10пс
| "
| 0,05-0,17
| 0,35- 0,65
| "
|
| 0,07-0,14
| 0,17-0,37
| "
| "
| 11кп
| 0,05-0,12
| Не более 0,06
| 0,30-0,50
| "
| 15кп
| 0,12-0,19
| Не более 0,07
| 0,25-0,50
| 0,25
| 15пс
| "
| 0,05-0,17
| 0,35-0,65
| "
|
| "
| 0,17-0,37
| "
| "
| 18кп
| 0,12-0,20
| Не более 0,06
| 0,30-0,50
| 0,15
| 20кп
| 0,17-0,24
| Не более 0,07
| 0,25-0,50
| 0,25
| 20пс
| "
| 0,05-0,17
| 0,35-0,65
| "
|
| "
| 0,17-0,37
| "
| "
|
| 0,22-0,30
| "
| 0,50-0,80
| "
|
| 0,27-0,35
| "
| "
| "
|
| 0,32-0,40
| "
| "
| "
|
| 0,37-0,45
| "
| "
| "
|
| 0,42-0,50
| "
| "
| "
|
| 0,47-0,55
| "
| "
| "
|
| 0,52-0,60
| "
| "
| "
| 58(55пп)*
| 0,55-0,63
| 0,10-0,30
| Не более 0,20
| 0,15
|
| 0,57-0,65
| 0,17-0,37
| 0,50-0,80
| 0,25
| | | | | | | | |
МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА УГЛЕРОДИСТЫХ КОНСТРУКЦИОННЫХ КАЧЕСТВЕННЫХ СТАЛЕЙ
Таблица 1.3
Марка
стали
| Механические свойства, не мене
|
| Предел текучести sт, Н/мм2
(кгс/мм2)
| Временное
сопротивление
разрыву sв, Н/мм2 (кгс/мм2)
| Относительное
удлинение, d5, %
| Относительное
сужение Y,%
|
|
|
| %
|
| 196 (20)
| 320 (333)
|
|
|
| 205 (21)
| 330(34)
|
|
|
| 225(23)
| 370(38)
|
|
|
| 245(25)
| 410(42)
|
|
|
| 275(28)
| 450(46)
|
|
|
| 295(30)
| 490(50)
|
|
|
| 315(32)
| 530(54)
|
|
|
| 335(34)
| 570(58)
|
|
|
| 355(36)
| 600 (61)
|
|
|
| 375(38)
| 630(64)
|
|
|
| 380(39)
| 650(66)
|
|
| 58(55пп)
| 315(32)
| 600(61)
|
|
|
| 400(41)
| 680(69)
|
|
|
Низкоуглеродистые стали марок 05кп, 08, 08кп, 10, 10кп обладают высокой пластичностью и невысокой прочностью. Эти стали без термообработки применяются для малонагруженных деталей (прокладки, шайбы, змеевики, штампованные детали, капоты тракторов, кузова автомобилей, элементы сварных конструкций и т.д.). Низкоуглеродистые стали с повышенным количеством углерода (15, 20, 20кп, 25) применяются после цементации и закалки с отпуском для деталей, работающих на износ: оси, втулки, шестерни, шпиндели, вилки и т.д.
Среднеуглеродистые стали 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60 применяются в основном после закалки и высокого отпуска для изготовления, валов, осей, зубчатых колес, шестерен, штоков, бандажей и т.д.
Высокоуглеродистые стали, содержащие углерода более 0,6% поставляются по ГОСТ 14959-79 "Сталь конструкционные рессорно-пружинная". Эти стали марок 65, 70, 75, 80, 85используются для изготовления пружин, рессор, амортизаторов, прокатных валков, бандажей вагонов и т.д.
СОСТАВ И СВОЙСТВА КОНСТРУКЦИОННЫХ УГЛЕРОДИСТЫХ РЕССОРНО-ПРУЖИННЫХ СТАЛЕЙ (ГОСТ 14959-79)
Таблица 1.4
Марка
стали
| Состав сталей, %
| Механические свойства,
не менее
|
| С
| Мn
| Si
| Cr
| s0,2,
МПа
| sв,
Мпа
| d, %
| Y, %
|
| 0,62-0,70
| 0,50-0,80
| 0,17-0,37
| не более
0,25
|
|
|
|
|
| 0,67-0,75
| "
| "
| "
|
|
|
| "
|
| 0,72-0,80
| "
| "
| "
|
|
|
| "
|
| 0,77-0,85
| "
| "
| "
|
|
|
| "
|
| 0,82-0,90
| "
| "
| "
|
|
|
| "
|
Механические свойства сталей 75, 80и85 весьма высоки, так как определяются после закалки и среднего отпуска.
1.3.3. ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ УГЛЕРОДИСТЫЕ СТАЛИ
Инструментальные стали - это большая группа сталей, которые в результате термической обработки получают высокую твердость и износостойкость, необходимые при обработке материалов резанием или давлением. Углеродистые инструментальные стали содержат углерода от 0,65 до 1,35%. Эти стали подразделяются на качественные и высококачественные. Высококачественные стали отличаются от качественных меньшим содержанием вредных примесей серы (на 0,01%) и фосфора (на 0,005%). Меньшее количество серы требует уменьшения количества марганца. Кроме того, более жестко регламентируется содержание никеля и меди.
Маркируются эти стали следующим образом: впереди ставится буква "У", что значит углеродистая; за ней стоит цифра, обозначающая среднее содержание углерода в десятых долях процента. Если сталь высококачественная, то после цифры стоит буква "А"
СОСТАВ УГЛЕРОДИСТЫХ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ СТАЛЕЙ (ГОСТ 1435-90)
Таблица 1.5
Марка
стали
| С
| Мn
| Не более
|
|
|
| Ni
| S
| Р
| У7
У7А
|
0,65-0,74
| 0,17-0,33
0,17-0,28
| 0,25
0,20
| 0,028
0,018
| 0,030
0,025
| У8
У8А
|
0,75-0,84
| 0,17-0,33
0,17-0,28
| 0,25
0,20
| 0,028
0,018
| 0,030
0,025
| У9
У9А
|
0,85-0,94
| 0,17-0,33
0,17-0,28
| 0,25
0,20
| 0,028
0,018
| 0,030
0,025
| У10
У10А
|
0,95-1,04
| 0,17-0,33
0,17-0,28
| 0,25
0,20
| 0,028
0,018
| 0,030
0,025
| У11
У11А
|
1,05-1,14
| 0,17-0,33
0,17-0,28
| 0,25
0,20
| 0,028
0,018
| 0,030
0,025
| У12
У12А
|
1,15-1,24
| 0,17-0,33
0,17-0,28
| 0,25
0,20
| 0,028
0,018
| 0,030
0,025
| У13
У13А
|
1,25-1,35
| 0,17-0,33
0,17-0,28
| 0,25
0,20
| 0,028
0,018
| 0,030
0,025
| Для всех марок содержание кремния 0,17-0,33%, хрома - не более 0,20%
|
С увеличением количества углерода растет износостойкость стали при незначительном увеличении твердости и падает вязкость стали.
Назначение инструментальной углеродистой стали различных марок следующее: У7-У7А применяется для инструментов и изделий, подвергающихся толчкам и ударам и требующих высокой вязкости при умеренной твердости (зубила, молотки слесарные и кузнечные, штампы, клейма, масштабные линейки, инструмент по дереву, центра токарных станков и т.д.); У8-У8 - для инструментов и изделий , требующих повышенной твердости и достаточной вязкости (пробойники, зубила, кернеры, пуансоны, ножи и ножницы по металлу, отвертки, столярный инструмент); У9-У9А– для инструментов, требующих высокой твердости при некоторой вязкости (штемпеля, кернеры, зубила, столярный инструмент); У10-У10А - для инструментов, не подвергающихся сильным толчкам и ударам и требующих высокой твердости при незначительной вязкости (строгальные резцы, фрезы, метчики, развертки, плашки, буры по твердым породам, ножовочные полотна, фасонные штампы, зубила для насечки напильников, волочильные кольца, калибры, напильники); У11-У11А, У12-У12А- для инструментов, требующих высокой твердости (напильники, шаберы, фрезы, сверла, бритвы, плашки, часовой инструмент, пилы по металлу); У13-У13А - для инструментов, которые должны иметь исключительно высокую твердость (бритвы, шаберы, волочильный инструмент, сверла, зубила для насечки напильников, косы и др.).
1.4. МАРКИРОВКА ЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ
Легированной называют сталь, в которой наряду с обычными примесями и технологическими добавками содержатся специально вводимые легирующие элементы: марганец (более 0,8% ), кремний (более 0,5%), хром, никель, вольфрам, молибден, ванадий и др. Часто легирующие элементы определяют название легированной стали: хромистая, никелевая, хромоникелевая, кремнистая и т.д. Легирующие элементы значительно повышают механические свойства (прочность, вязкость, износостойкость), технологические (прокаливаемость) ,физические (энергосопротивление, магнитные) и специальные эксплуатационные характеристики: коррозионную стойкость, красностойкость, жаростойкость, жаропрочность и т.д. По назначению легированные стали делятся на три группы: конструкционные, инструментальные и стали с особыми физическими и химическими свойствами.
В основу обозначения марок легированных сталей положена буквенно-цифровая система. Буквенное обозначение легирующих элементов не совпадает с химическими символами.
ОБОЗНАЧЕНИЕ ЛЕГИРУЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ В СТАЛЯХ
Таблица 1.6.
Название
| Химический символ
| Маркировочное обозначение
| Название
| Химический символ
| Маркировочное обозначение
| Марганец
| Мn
| Г
| Кобальт
| Со
| К
| Кремний
| Si
| С
| Алюминий
| АI
| Ю
| Хром
| Сr
| Х
| Медь
| Сu
| Д
| Никель
| Ni
| Н
| Бор
| В
| Р
| Вольфрам
| W
| В
| Ниобий
| Nb
| Б
| Ванадий
| V
| Ф
| Цирконий
| Zr
| Ц
| Титан
| Тi
| Т
| Фосфор
| Р
| П
| Церий
| Cе
| Ч
| Азот
| N
| А (внутри марки)
| Молибден
| Мо
| М
|
|
|
|
Для конструкционных марок первые две цифры показывают содержание углерода в сотых долях процента. Если содержание легирующего элемента больше 1%, то после буквы указывается его среднее значение в целых процентах. Если содержание легирующего элемента около 1% или меньше, то после соответствующей буквы цифра не ставится.
В качестве основных легирующих элементов в конструкционных сталях применяют хром до 2%, никель 1-4%, марганец до 2% , кремний до 2%. Такие легирующие элементы, как Мо, W, V, и Тi, обычно вводят в сталь в сочетании с Сr и Ni с целью дополнительного улучшения физико-механических свойств. Их количество в конструкционных сталях не превышает 1%. Суммарное количество легирующих элементов в конструкционных сталях обычно не превышает 7-8%.
Поставляются конструкционные легированные стали по ГОСТ4543-71. По количеству углерода они делятся на две группы: малоуглеродистые цементуемые стали, содержащие углерода до 0,2% и подвергаемые поверхностному насыщению углеродом, и среднеуглеродистые улучшаемые стали, содержащие 0,25-0,5% углерода и подвергаемые упрочнению путем закалки и высокого отпуска (улучшению). Выплавляются легированные стали по количеству вредных примесей только качественными, содержащими серы и фосфора меньше 0,035% каждого и высококачественными, содержащими этих элементов менее 0,025%. Высококачественные обозначаются буквой "А" в конце марки.
СОСТАВ НЕКОТОРЫХ КОНСТРУКЦИОННЫХ ЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ (ГОСТ 4543-71)
Таблица 1.7.
Марка
стали
| Содержание элементов. %
|
| С
| Мn
| Si
| Сr
| Ni
| S
| Р
| Другие
|
|
|
|
|
|
| не более
|
| Цементуемые стали
| 15ХФ
| 0,12-0,18
| 0,40-0,70
| 0,17-0,37
| 0,80-1,10
| до 0,30
| 0,035
| 0,035
| 0,06-0,12V
| 20ХН
| 0,17-0,23
| ²
| "
| 0,45-0,75
| 1,0-1,4
| ²
| ²
| -
| 18ХГТ
| ²
| 0,80-1,10
| "
| 1,0-1,3
| до 0,30
| ²
| ²
| 0,03-0,09Тi
| 18Х2Н4МА
| 0,14-0,20
| 0,25-0,55
| "
| 1,35-1,65
| 4,0-4,4
| 0,025
| 0,025
| 0,30-0,40 Мо
| Улучшаемые стали
| 40Х
| 0,36-0,44
| 0,50-0,80
| "
| 0,80-1,10
| До 0,30
| 0,035
| 0,035
| -
| 30ХГС
| 0,28-0,35
| 0,80-1,10
| 0,9-1,2
| ²
| "
| "
| "
| -
| 40ХНМА
| 0,37-0,44
| 0,50-0,80
| 0,17-0,37
| 0,6-0,9
| 1,2-1,6
| 0,025
| 0,025
| 0,15-0,25 Мо
| 38ХН3МФА
| 0,30-0,42
| ²
| "
| 1,2-1,5
| 3,0-3,4
| "
| "
| 0,35-0,45Мо
0,1-0,2V
| В инструментальных сталях в начале ставится цифра, показывающая содержание углерода в десятых долях процента: 7ХФ, 3Х2В8Ф и т.д. Как правило, это однозначная цифра. Если углерода 1% или больше, то начальная цифра не ставится: ХГ, ХВГ. Исключение из этого правила составляют 2 марки: 11ХФ и 13Х.
СОСТАВ НЕКОТОРЫХ ЛЕГИРОВАННЫХ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ СТАЛЕЙ (ГОСТ5950-73)
Таблица 1.8
Марка
стали
| Содержание элементов. %
|
| С
| Si
| Мn
| Сr
| W
| Мо
| V
| Ni
| 8ХФ
| 0,70-0,80
| 0,15-0,35
| 0,15-0,40
| 0,40-0,70
| -
| -
| 0,15-0,30
| -
| ХВ4
| 1,25-1,45
| ²
| ²
| ²
| 3,50-4,30
| -
| 0,15-0,30
| -
| 9ХС
| 0,85-0,95
| 1,20-1,60
| 0,30-0,60
| 0,95-1,25
| -
| -
| -
| -
| ХВГ
| 0,90-1,05
| 0,15-0,35
| 0,80-1,10
| 0,90-1,20
| 1,20-1,60
| -
| -
| -
| Х12М
| 1,45-1,65
| ²
| 0,15-0,40
| 11,0-12,5
| -
| 0,40-0,60
| 0,15-0,30
| -
| 5ХНМ
| 0,50-0,60
| ²
| 0,50-0,80
| 0,50-0,80
| -
| 0,15-0,30
| -
| 1,40-1,80
| 4Х5МФС
| 0,32-0,40
| 0,80-1,20
| 0,15-0,40
| 4,50-5,50
| -
| 1,20-1,50
| 0,30-0,50
| -
| 3Х2В8Ф
| 0,30-0,40
| 0,15-0,40
| ²
| 2,20-2, 70
| 7,50-8,50
| -
| 0,20-0,50
| -
| 5ХВ2С
| 0,45-0,55
| 0,55-0,80
| ²
| 1,00-1,30
| 2,00-2,50
| -
| -
| -
| 11ХФ
| 1,05-1,15
| 0,15-0,35
| 0,40-0,70
| 0,40-0,70
| -
| -
| 0,15-0,30
| -
| 13Х
| 1,25-1,40
| ²
| 0,30-0,60
| ²
| -
| -
|
| -
| Содержание серы и фосфора не выше 0,030% каждого
|
Стали с особыми свойствами (жаростойкие, жаропрочные, нержавеющие) не имеют особого способа обозначения. Они маркируются по схеме, разработанной для конструкционных легированных сталей (в начале марки стоит двухзначная цифра, обозначающая процент углерода в сотых долях процента): 08Х13, 12Х17, 12Х18Н10Т, 40Х10С2М, 55Х20Г9АН4и т.д.
Если суммарная доля легирующих элементов в конструкционной машиностроительной стали не превышает 7-8%, то стали с особыми свойствами имеют суммарную долю легирующих элементов выше 10%, причем в большинстве случаев намного выше. Поставляются стали с особыми свойствами по стандарту: ГОСТ 5632-72.
1.5.ОСОБЫЕ СПОСОБЫ МАРКИРОВКИ СТАЛЕЙ
Указанная выше система маркировка является очень простой и наглядной. Она охватывает большинство углеродистых и легированных сталей. Но для некоторых групп сталей сделаны исключения - введены дополнительные элементы маркировки либо разработаны иные схемы маркировки.
1.5.1. Маркировка сталей для отливок.
В первую очередь следует отметить большую и разнообразную по составу группу литейных сталей. Эти стали используют в виде фасонных отливок в тяжелом транспортном и энергетическом машиностроении для станин станков, маховиков, зубчатых колес, тормозных дисков, катков, траверс и т.д. Эти стали маркируются дополнительно буквой "Л", которая ставится после маркировки по стандартной схеме. По составу и назначению это могут быть стали простые углеродистые конструкционные: 15Л, 40Л, 50Л; легированные конструкционные машиностроительные: 40ХЛ, 35ХМЛ, 25ГСЛ, 35ХНЛ, а также стали с особыми свойствами: 10Х18Н9Л, 20Х13Л, 20Х20Н14С2Л, 40Х24Н12СЛ. Поставляются отливки из этих сталей по ГОСТ977-75 и ГОСТ2176-77. Литая сталь по сравнению с деформированной при одинаковом значении пределов прочности и текучести имеет меньшую пластичность и вязкость.
1.5.2. Маркировка автоматных сталей
Характерной особенностью автоматных сталей является хорошая обрабатываемость резанием на металлорежущих станках. Это достигается в первую очередь повышением в автоматных сталях содержания серы до 0,15¸0,35% и фосфора до 0,10¸0,15%. Безусловно эти элементы ухудшают механические свойства сталей, зато производство выигрывает в затратах на механическую обработку, так как получает возможность изготавливать неответственный крепеж (болты, винты, гайки) и мелкие детали в условиях массового производства на быстроходных автоматических линиях. Автоматными сталями являются как углеродистые так и легированные стали.
Маркируются автоматные стали буквой "А" , которая ставится в начале марки перед указанием количества углерода: А12, А20, А30, А40Г.
Помимо этих основных элементов (S и Р) в автоматные стали вводят свинец, селен, кальций. Введение этих элементов находит отражение в написании марки. Свинец обозначается буквой "С", а кальций буквой "Ц". Обе эти буквы ставятся после буквы "А" и перед цифрой, обозначающей углерод в марке. Свинецсодержащие марки: АС14, АС40, АС35Г2, АС45Г2, АС30ХМ, АС40ХГНМ. Свинец вводится в количестве 0,15¸0,30%. Кальцийсодержащие марки: АЦ20, АЦ40, АЦ60, АЦ40Х, АЦ35Г2, АЦ30ХМ и др. Количество кальция в марке ничтожно мало: 0,001-0,007%, т.е. не превышает одной сотой процента. А селен, обозначаемый в марке буквой "Е", ставится в конце марки: А35Е, А45Е, А40ХЕ. Количество селена не превышает десятой доли процента.
Автоматные стали поставляются по ГОСТ1414-75.
1.5.3. Стали для подшипников
Элементы подшипников (кольца, ролики, шарики) работают в условиях, которые требует от стали высокой твердости, износостойкости и контактной усталостной прочности. В качестве шарикоподшипниковой стали используют высокоуглеродистые (»1%) хромистые стали, а для массивных подшипников в хромистую сталь добавляют повышенное (до1%) количества марганца и кремния.
Стали для подшипников поставляются по ГОСТ 801-78. Особенности маркировки сталей для подшипников: в начале марки ставится буква "Ш", далее стоит индекс основного легирующего элемента хрома и последующая цифра, показывающая содержание хрома в десятых долях процента. Остальные легирующие элементы маркируют так, как принято для легированных сталей.
СОСТАВ ПОДШИПНИКОВЫХ СТАЛЕЙ (ГОСТ801-78)
Таблица 1.9.
Марка
Стали
| Химический состав, %
|
| Углерод
| Марганец
| Кремний
| Хром
| ШХ15
| 0,95-1,05
| 0,20-0,40
| 0,17-0,37
| 1,30-1,65
| ШХ15СГ
| 0,95-1,05
| 0,90-1,20
| 0,40-0,65
| 1,30-1,65
|
1.5.4. МАРКИРОВКА БЫСТРОРЕЖУЩИХ СТАЛЕЙ
Быстрорежущая сталь является инструментальной легированной сталью с особыми свойствами. Особым ее свойством является красностойкость - способность сохранять структуру, высокую твердость и износостойкость до температур порядка 600-620°, возникающих в режущей кромке при резании с большей скоростью. Поставляются быстрорежущие стали по ГОСТ19265-73.
Красностойкость стали придает вольфрам, являющийся основным легирующим элементом быстрорежущей стали. Маркируется быстрорез буквой "Р", после которой стоит цифра, обозначающая содержание вольфрама в целых процентах, остальные легирующие - Мо, Со, V - обозначаются обычным способом.
Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:
©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.
|