Alp22.ru

Промышленное строительство
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Углеродистые конструкционные стали

Углеродистые конструкционные стали

Широкое применение углеродистых сталей объясняется их относительной дешевизной и удовлетворительными механическими свойствами. Эти стали выпускают обыкновенного качества и качественные.

Углеродистые стали обыкновенного качества. Это наиболее дешевые стали, изготавливаемые в виде проката (прутки, листы, швеллеры, трубы и др.) и поковок. Углеродистые стали обыкновенного качества предназначены для изготовления различных металлоконструкций, а также слабонагруженных деталей машин и приборов. Состав и свойства сталей определяются по ГОСТ 380-94. В зависимости от гарантируемых свойств их поставляют трех групп − А, Б и В.

Стали маркируются сочетанием букв Ст, цифрой 0-6, показывающей номер марки, и индексами, указывающими степень раскисления стали (сп, пс, кп).

Стали группы «А» поставляются с гарантированными механическими свойствами. С увеличением номера марки повышается прочность и снижается пластичность стали. Стали этой группы используют для изделий, производство которых не сопровождается горячей обработкой, а, следовательно, в них сохраняется исходная прочность. Буква «А» в обозначении стали не указывается. Пример обозначения: Ст5сп.

Сталь группы «Б» поставляется с гарантированным химическим составом и предназначена для изделий, изготавливаемых с применением горячей деформации или термической обработки. Высокотемпературная обработка приводит к изменению первоначальных механических свойств, а для выбора режимов нагрева необходимо знание содержания углерода. Содержание углерода в стали повышается при увеличении номера стали. Первая буква марки указывает на способ получения стали (М – мартеновская, К – конверторная). Пример обозначения: МСт5пс.

Стали группы «В» поставляются с гарантированными механическими свойствами и химическим составом для производства сварных конструкций. Механические свойства сталей этой группы соответствуют нормам для сталей группы «А», а химический состав − нормам для тех же марок стали группы «Б». Знание химического состава необходимо для подбора сварочных материалов и режимов сварки, а гарантированные механические свойства стали сохраняются на не нагреваемых участках. Группу стали указывает буква «В» в начале марки стали. Пример обозначения: ВСт4сп.

В соответствии с ГОСТ 380-94 стали углеродистые обыкновенного качества на группы не подразделяются и маркируются только в соответствии с содержанием углерода.

Углеродистые качественные стали. Эти стали характеризуются более низким содержанием вредных примесей и неметаллических включений. Они поставляются в виде проката, поковок с гарантированным химическим составом и механическими свойствами. Стали маркируются словом «сталь» и двухзначными числами 05, 08, 10, 15, 20 . 85, обозначающими среднее содержание углерода в сотых долях процента (ГОСТ 1050-74). Спокойные углеродистые качественные стали маркируются без индекса, полуспокойные и кипящие с добавлением соответственно «пс» и «кп». Например, сталь 20кп.

Низкоуглеродистые стали типа:

а) 05, 08, 10 − малопрочные, высокопластичные, применяются для холодной штамповки различных изделий;

б) 15, 20, 25 − пластичны, хорошо штампуются и свариваются, применяются для изготовления крепежных деталей, втулок, осей, кулачков и др. Низкоуглеродистые стали могут насыщаться на поверхности углеродом (цементация).

Среднеуглеродистые стали типа:

а) 30, 35, 45, 50 имеют повышенную прочность, но меньшую вязкость и пластичность. Применяют эти стали для изготовления небольших валов, шатунов, зубчатых колес и др. Изделия после механической обработки подвергают закалке и высокому отпуску (термическому улучшению).

б) 60, 65, 70, 75, 80 и 85 применяют для изготовления рессорно-пружинных изделий.

Углеродная (углеродистая) сталь: виды, производство и применение

Углеродистая сталь - что это такое

Благодаря своим прочностным характеристикам и доступной цене углеродистая сталь является весьма распространенным сплавом. Его главные элементы — это железо и углерод с минимумом присесей. Из углеродной стали производят различную машиностроительную продукцию, детали трубопроводов и котлов, инструменты. В строительстве сплавы тоже нашли широкое применение.

Основные характеристики

В зависимости от основного своего назначения углеродистые стали делятся на инструментальные и конструкционные, легирующих элементов в их составе практически нет. От обыкновенных стальных сплавов они отличаются еще и тем, что имеют в составе значительно меньше базовых примесей: марганца, магния, кремния. Содержание главного элемента — углерода — варьируется в довольно широких пределах. В составе высокоуглеродистой стали содержится 0,6−2% C, среднеуглеродистой — 0,3−0,6%, низкоуглеродистой — до 0,25%.

Основной элемент определяет свойства и структуру. Во внутренней структуре сплавов с менее чем 0,8% C (сталь доэвтектоидная) — преимущественно перлит и феррит, а при увеличении концентрации главного элемента формируется вторичный цементит.

Особенностей лезвий из углеродистой стали

Представленные стали с преобладанием ферритной структурой высоко пластичны и имеют низкую прочность. Если в структуре преобладает цементит, металл характеризуется высокой прочностью, однако и большой хрупкостью. При повышении содержания C до 0,8−1% растет прочность и твердость, но сильно ухудшается вязкость и пластичность.

Количественное содержание углерода сказывается на технологических характеристиках, в частности, на свариваемости, легкости обработки резанием и давлением.

  • Из низкоуглеродистых сталей изготавливают детали и конструкции, не предназначенные для значительных нагрузок.
  • Характеристики среднеуглеродистых сталей делают их основным конструкционным материалом, который используется в производстве конструкций и деталей для транспортного и общего машиностроения.
  • Высокоуглеродистые сплавы оптимальны для изготовления деталей, которые должны иметь повышенную износостойкость, в производстве измерительного и ударно-штампового инструмента.

Металл, как и иные стальные сплавы, в составе содержат примеси:

  • кремний;
  • фосфор;
  • марганец;
  • азот;
  • серу;
  • водород;
  • кислород.

Из углеродистой стали делают качественные саморезы и другие крепежи

Кремний и марганец — это полезные примеси, которые вводятся в состав на стадии выплавки для раскисления. Фосфор и сера — вредные примеси, ухудшающие качественные характеристики сплава.

Читайте так же:
Мастер по пайке медных труб

Считается, что легирование и углеродистые виды несовместимы, тем не менее с целью улучшения их технологических и физико-механических характеристик может выполняться микролегирование с помощью добавления различных добавок:

  • бора;
  • титана;
  • циркония;
  • редкоземельных элементов.

С их помощью не удастся превратить металл в нержавейку, но значительно улучшить свойства получится.

Классификация по степени раскисления

На разделение на типы влияет, в частности, степень раскисления. В зависимости от этого параметра наши сплавы делят на полуспокойные, спокойные и кипящие.

Химический состав углеродистых сталей обыкновенного качества

Более однородную внутреннюю структуру имеют спокойные стали, чье раскисление достигается путем добавления в расплавленный металл алюминия, ферросилиция и ферромарганца. Благодаря тому, что сплавы нашей категории полностью раскислились в печи, в их составе отсутствует закись железа. Остаточный алюминий, препятствующий росту зерна, обеспечивает мелкозернистую структуру. Она и практически абсолютное отсутствие растворенных газов позволяет получить качественный металл для изготовления из него самых ответственных деталей и конструкций. Наряду с плюсами у спокойных сплавов есть большой минус — достаточно дорогая выплавка.

Есть более дешевые, хотя и менее качественные, углеродистые сплавы, при выплавке которых используют минимум специальных добавок. В структуре такого металла из-за того, что процесс раскисления в печи не довели до конца, есть растворенные газы, негативно отражающиеся на характеристиках. Азот, например, плохо влияет на свариваемость и провоцирует образование трещин в области шва. Развитая ликвация в структуре сплавов приводит к тому, что металлопрокат, сделанный из них, отличается неоднородностью по структуре и механическим характеристикам.

У полуспокойных сталей промежуточное положение по свойствам и степени раскисления. Перед заливкой в изложницы в состав их вводится немного раскислитилей, благодаря которым затвердеванием металла происходит практически без кипения, но выделение газов в нем продолжается. В результате получается отливка, в структуре которой меньше газовых пузырей, чем в кипящих сталях. Эти внутренние поры при последующей прокатке металла завариваются практически полностью.

Большая часть полуспокойных углеродистых сталей используется как конструкционные материалы.

Производство и деление по качеству

Углеродистые стали получают путем использования разных технологий. Различают:

  • качественные углеродистые стали;
  • высококачественные стальные сплавы;
  • углеродистые стальные сплавы обыкновенного качества.

Классификация углеродистой стали

Сплавы обыкновенного качества получают в мартеновских печах, а из них формируются большие слитки. К плавильному оборудованию, использующемуся для получения таких сталей, относятся, в частности, кислородные конвертеры. В сравнении с качественными стальными сплавами, в металле может содержаться много вредных примесей, что отражается на характеристиках и стоимости производства.

Сформированные и застывшие слитки прокатывают горячими или холодными. Горячей прокаткой получают сортовые и фасонные изделия, тонколистовой и толстолистовой металл, широкие металлические полосы. Холодной прокаткой получают тонколистовой металл.

Для производства качественной и высококачественной стали используются мартеновские печи и конвертеры, а также плавильные печи, которые работают на электричестве.

К составу, а именно к наличию в структуре вредных и неметаллических примесей, ГОСТ предъявляет жесткие требования. В высококачественных сталях должно быть не более 0,04% серы и не более 0,035% фосфора. Высококачественные и качественные стальные сплавы благодаря строгим требованиям к способу выплавки и характеристикам имеют повышенную чистоту структуры.

Применение и маркировка

Производство высокоуглеродистой стали

Инструментальные сплавы, в которых 0,65−1,32% C, используются для изготовления различного инструмента. Для улучшения механических свойств инструментов делают закалку материала изготовления.

Из конструкционных сплавов делают детали для разного оборудования, элементы конструкций строительного и машиностроительного назначения, крепежные детали и прочее. Из конструкционной стали делается проволока углеродистая, которая используется в быту, в производстве крепежа, в строительстве, для изготовления пружин. После цементации конструкционные сплавы успешно используются в производстве деталей, подвергающихся при эксплуатации серьезному поверхностному износу и испытывающих большие динамические нагрузки.

Маркировка говорит о химическом составе сплава и о его категории. В обозначении углеродистой стали обыкновенного качества есть буквы «ст». ГОСТ оговаривает семь условных номеров марок (0−6), также указывающихся в обозначении. Степень раскисления обозначают буквы «кп», «пс», «сп», проставленные в конце маркировки. Марки высококачественных и качественных сталей обозначаются цифрами, которые указывают на содержание в сплаве C в сотых долях процента.

О том, что сплав инструментальный, можно понять по букве «У» в начале маркировки. Цифра, следующая за этой буквой, говорит о содержании C в десятых долях процента. Литера «А», если таковая присутствует в обозначении инструментальной стали, указывает на улучшенные качественные характеристики сплава.

Стали с повышенным содержанием углерода могут быть менее склонными к образованию структур малой пластичности. При воздействии структурных и сварочных напряжений металл малой пластичности может разрушиться. Этому способствует наличие в нем и его сварочном шве диффузионного водорода. Для предупреждения появления холодных трещин применяются способы, позволяющие устранить факторы, способствующие появлению таких недостатков.

Углеродистая сталь – высокая прочность

Углеродистой сталью называют конструкционную или инструментальную сталь, в состав которой входит железо (до 99%) и углерод (до 2%), при этом в сплаве нет или почти нет легирующих добавок.

Нормы содержания различных химических элементов в сплавах углеродистой стали указаны на изображении ниже:

Виды сплавов углеродистой стали подразделяются по содержанию углерода, качеству и степени раскисления.

Виды углеродистых сталей по содержанию углерода

Углерод – основной элемент углеродистой стали, и его содержание в сплаве может варьироваться в достаточно широких пределах: от 0,25% до 2%.

Читайте так же:
Чем клеить акриловое стекло

Низкоуглеродистые стали с содержанием углерода до 0,25%

Большая часть такого типа стали выпускается в виде холоднокатаных и отожжённых полос и листов. Её свойства варьируются в зависимости от содержания основных химических элементов:

  • C до 0,1%, Mn менее 0,4%. Материал обладает высокой способностью к горячей деформации и холодному волочению. Используется при производстве проволоки, очень тонких листов, тары и корпусов автомобилей.
  • C от 0,1% до 0,25%. Такой материал более прочен и твёрд, чем описанный выше, а его способность к деформации ниже. Часто применяется для производства деталей с цементируемым поверхностным слоем.
  • C около 0,25%, Mn и Al до 1,5%. Материал с высокой вязкостью. Подходит для металлов, предназначенных для ковки, штамповки, производства бесшовного трубного проката и листа для котлов.
  • C около 0,15%, Mn менее 1,2%, Pb до 0,3% (или без него), минимальное количество Si. Применяется в массовом производстве на автоматических линиях деталей, которые не предназначены для восприятия серьёзных механических и температурных нагрузок.

Среднеуглеродистые стали с содержанием углерода от 0,2% до 0,6%

Обычно в таких видах стали содержание марганца находится на уровне 0,6-1,65%. Они подходят для производства продукции, которая будет эксплуатироваться при высоких нагрузках. Могут подвергаться ковке. Подходят для машиностроения.

Высокоуглеродистые стали с содержанием углерода от 0,6% до 2%

С повышением количества углерода до 1% сталь становится более прочной и твёрдой, одновременно снижаются пределы её текучести и пластичности. Дальнейшее увеличение углерода более 1% приводит к началу формирования грубой сетки из вторичного мартенсита, что снижает прочность материала.

Высокоуглеродистая сталь отличается высокой себестоимостью, низкой пластичностью и плохой свариваемостью. Такой материал имеет ограниченную область применения – его применяют для производства режущего инструмента, высокопрочной проволоки.

Виды углеродистой стали по виду и качеству

Углеродистая сталь производится по различным технологиям, что ведёт к их разделению по качественным характеристикам. Различают два вида стали:

  • конструкционная;
  • инструментальная.

Конструкционная углеродистая сталь содержит до 0,65-0,70% углерода (в виде исключения также выпускается конструкционная сталь с содержанием 0,85% углерода). Она достаточно прочная, хорошо сопротивляется удару, а также хорошо обрабатывается.

Конструкционные углеродистые стали широко применяются в промышленности: их применяются для изготовления элементов конструкций машиностроительного и строительного назначения, детали для оборудования, крепёжные детали и многое другое.

Её также делят по качеству на 3 вида:

  1. Обыкновенного качества – сталь широкого применения, которая подходит для производства крепёжных деталей, труб, строительных конструкций, листового проката и т.д.
  2. Повышенного качества – применяется для изготовления котлов, паровозных и вагонных осей, проволоки и т.д.
  3. Качественная – подходит для деталей, требующих высокой пластичности и сопротивления удару, применяемых при повышенном давлении, например, труб, болтов, винтов, зубчатых колёс и т.д.

Инструментальная углеродистая сталь отличается содержание углерода от 0,7% и выше. Такой тип стали твёрдый и прочный, что делает его подходящим для производства инструмента. Подразделяется на качественную (сера 0,03%, фосфор 0,035%) и высококачественную (сера 0,02%, фосфор 0,03%).

Сферы применения инструментальной стали

Тип сталиПрименение
У7, У7АДля обработки дерева: топоров, колунов, стамесок, долот; пневматических инструментов небольших размеров: зубил, обжимок, бойков; кузнечных штампов; игольной проволоки; слесарно-монтажных инструментов: молотков, кувалд, бородок, отверток, комбинированных плоскогубцев, острогубцев, боковых кусачек и др.
У8, У8А, У8Г, У8ГА, У9, У9АДля изготовления инструментов, работающих в условиях, не вызывающих разогрева режущей кромки; обработки дерева: фрез, зенковок, поковок, топоров, стамесок, долот, пил продольных и дисковых; накатных роликов, плит и стержней для форм литья под давлением оловянно-свинцовистых сплавов. Для слесарно-монтажных инструментов: обжимок для заклепок, кернеров, бородок, отверток, комбинированных плоскогубцев, острогубцев, боковых кусачек. Для калибров простой формы и пониженных классов точности; холоднокатаной термообработанной ленты толщиной от 2,5 до 0,02 мм, предназначенной для изготовления плоских и витых пружин и пружинящих деталей сложной конфигурации, клапанов, щупов, берд, ламелей двоильных ножей, конструкционных мелких деталей, в т. ч. для часов и т. д.
У10А, У12АДля сердечников
У10, У10АДля игольной проволоки
У10, У10А, У11, У11АДля изготовления инструментов, работающих в условиях, не вызывающих разогрева режущей кромки; обработки дерева: пил ручных поперечных и столярных, пил машинных столярных, сверл спиральных; штампов холодной штамповки (вытяжных, высадочных, обрезных и вырубных) небольших размеров и без резких переходов по сечению; калибров простой формы и пониженных классов точности; накатных роликов, напильников, шаберов слесарных и др. Для напильников, шаберов холоднокатаной термообработанной ленты толщиной от 2,5 до 0,02 мм, предназначенной для изготовления плоских и витых пружин и пружинящих деталей сложной конфигурации, клапанов, щупов, берд, ламелей двоильных ножей, конструкционных мелких деталей, в т. ч. для часов и т. д.
У12, У12АДля метчиков ручных, напильников, шаберов слесарных; штампов для холодной штамповки обрезных и вырубных небольших размеров и без переходов по сечению, холодновысадочных пуансонов и штемпелей мелких размеров, калибров простой формы и пониженных классов точности.
У13, У13АДля инструментов с пониженной износостойкостью при умеренных и значительных удельных давлениях (без разогрева режущей кромки); напильников, бритвенных лезвий и ножей, острых хирургических инструментов, шаберов, гравировальных инструментов.

Виды углеродистой стали по степени раскисления

Степень раскисления – это ещё один фактор, влияющий на разделение углеродистых сталей по типам. Всего их 3 типа: спокойные, полуспокойные и кипящие.

Читайте так же:
Литье по выплавляемым и выжигаемым моделям

Спокойные стали отличаются более однородной внутренней структурой – их расклисление осуществляется добавлением в расплавленный металл ферросилиция, ферромарганца и алюминия. В составе практически нет закиси железа. Структура мелкозернистая за счёт остаточного алюминия. В итоге получается качественный металл, подходящий для изготовления наиболее ответственных деталей и конструкций. Однако у сплавов этого типа есть существенный недостаток – их выплавка обходится достаточно дорого.

Кипящие углеродистые стали – более дешёвая, но и менее качественная альтернатива спокойным сплавам. При их выплавке используется минимальное количество специальных добавок, а процесс раскисления в печи не доводится до конца, в результате чего в структуре кипящей углеродистой стали присутствуют растворённые газы, негативно влияющие на её характеристики.

Полуспокойные стали занимают промежуточное положение и по свойствам, и по степени раскисления. Перед заливкой в изложницы в состав добавляется небольшое количество раскислителей – благодаря этому металл затвердевает практически без кипения, при этом в нём продолжается процесс выделения газов. В итоге, в структуре полуспокойной углеродистой стали меньше газовых пузырей, чем в кипящей стали. Чаще всего полуспокойные углеродистые стали применяют в качестве конструкционных материалов.

Конструкционные стали

Конструкционные стали представляют собой наиболее обширный класс сталей. Формально отличаясь двумя качествами – увеличенной площадкой текучести и определённым процентным содержанием углерода – они обладают хорошей механической обрабатываемостью, что позволяет производить из них детали и конструкции сколь угодно высокой степени сложности.

Классификация видов конструкционных сталей

Беря за основу отечественные марки, конструкционные стали целесообразно классифицировать следующим образом:

  1. Углеродистые стали без легирующих добавок, которые производятся в соответствии с техническими условиями ГОСТ 1050.
  2. Углеродистые стали с низким процентом легирования ( они используются преимущественно в строительстве и поставляются по ГОСТ 5058.
  3. Стали со средней степенью легирования, выпуск которых регламентируется ГОСТ 4543.
  4. Качественные рессорно-пружинные стали, выплавка которых осуществляется по ГОСТ 14959.
  5. Специальные конструкционные стали, в основном высоколегированные нержавеющие, а также стали с особыми свойствами. Большинство подобной продукции выпускается по ТУ предприятий-производителей, а её химический состав во многих случаях вынуждает относить такие материалы скорее к сплавам на основе железа, чем к сталям.

Конструкционные стали

Общим классификационным признаком, определяющим принадлежность стали к конструкционной, считается процентный состав углерода в готовом продукте. Причём, если нижняя граница данного химического элемента устанавливается довольно точно – 0,05% , то верхняя часто бывает размытой. Формально этим пределом считается значение 0,7…0,85%, но в некоторых случаях таким же процентным содержанием углерода обладают и инструментальные стали.

Характерным примером является сталь марки 60С2, которая у разных металловедов входит то в группу рессорно-пружинных, то в группу инструментальных сталей. Подобное же можно отнести и к таким сталям, как ШХ9, У7А или сталь 75Г.

Поэтому с целью уточнения верней границы содержания углерода в конструкционных сталях дополнительно рассматриваются также следующие два фактора:

  • Диапазон текучести, т.е., предельное значение деформации сжатия, при котором стальной образец не теряет своей целостности. При увеличенной длине площадки текучести сталь можно считать конструкционной, в противном случае – инструментальной;
  • Процентный диапазон некоторых химических элементов, неизбежно попадающих в сталь при её выплавке. Для примера стоит привести химический состав двух сталей с примерно одинаковым процентным содержанием углерода, но относящихся к разным группам (см. таблицу):

Таким образом, при одном и том же процентном вхождении углерода конструкционные стали в отличие от инструментальной, характеризуются менее жёсткими допусками на наличие примесей, что обуславливает их более высокую пластичность и, соответственно, меньшую твёрдость. Что является основным критерием улучшенной обрабатываемости рассматриваемых сталей.

Далее рассматривается более детальное подразделение конструкционных сталей на подгруппы, а также их особенности.

Нелегированные конструкционные стали

Нелегированные конструкционные стали

Подразделяются на три подгруппы: низко-, средне- и высокоуглеродистые. К первым можно отнести стали, содержащие до 0,20 % углерода включительно, ко вторым – стали, в составе которых углерода — до 0,45%, к третьим – все остальные.

Характерными особенностями низкоуглеродистых конструкционных сталей являются:

  1. Чрезвычайно высокая пластичность (например, допустимая степень деформации сталей типа сталь 05кп составляет 90..95%; немногим уступает ей и сталь 08кп).
  2. Малая склонность к деформационному упрочнению при повышенных степенях деформации (несмотря на то, что в условиях малых деформаций предел пластичности вначале заметно повышается, последующего прироста практически не происходит).
  3. Нечувствительность к упрочняющей термической обработке, из-за чего увеличения прочностных показателей у таких сталей можно добиться только их грамотным деформационным упрочнением.

Основными структурными составляющими низкоуглеродистых сталей являются феррит (являющийся твёрдым раствором углерода в α-железе) и незначительное количество цементита. Поскольку конструкционные стали с минимальным процентным содержанием углерода практически представляют собой чистое железо, то их всех марок они наиболее стойки против коррозии. Вторым эксплуатационным достоинством низкоуглеродистых конструкционных сталей является их повышенная свариваемость. Типичные представители низкоуглеродистых сталей – сталь 05 (используется преимущественно в электротехнической промышленности) и сталь 08 (низколегированное исполнение такой стали – сталь 08Ю, с повышенным содержанием алюминия, который облегчает процесс раскисления – применяется в автомобилестроении).

Особо популярны низкоуглеродистые стали при изготовлении сварных конструкций, поскольку обладают наилучшей свариваемостью.

Среднеуглеродистые нелегированные стали считаются наиболее универсальными, поскольку при повышенных прочностных характеристиках обладают всё ещё отличной пластичностью. Поэтому при изготовлении многих деталей промышленного оборудования, машиностроительной и бытовой техники методами холодной штамповки используются именно среднеуглеродистые конструкционные стали: сталь 10, сталь 15, сталь 20 и т.п. Их иногда дополнительно маркируют также по способу выплавки: так, сталь 10кп означает «кипящая», сталь 10пс – «полуспокойная», сталь 10сп – «спокойная». При этом кипящие стали выделяются своей повышенной пластичностью, но меньшей прочностью. Кроме того, себестоимость выплавки кипящих сталей – минимальная из всех сталей данного класса.

Читайте так же:
Что такое сплав металлов

Сталь ст 45 после резки лазером

Высокоуглеродистые стали обладают наивысшей прочностью, и, соответственно, наименьшей пластичностью из конструкционных сталей рассматриваемой подгруппы. Деформирующая обработка таких сталей сопряжена с повышенными сложностями, а поэтому выполняется преимущественно в горячем или полугорячем состоянии. Исключение составляют разделительные операции холодной штамповки – резка, вырубка, пробивка, что объясняется меньшей зависимостью деформационного упрочнения таких сталей от степени деформации исходной заготовки. Для таких сталей чаще применяется механическая обработка резанием, либо методы формообразования с применением высоких энергий (лазерная и дуговая резка, электроискровая обработка и т.д.). В то же время характерной особенность таких сталей – их способность заметно повысить прочность готовых изделий вследствие выполнения определённой высокотемпературной обработки: закалки, улучшения, либо нормализации.

Именно к среднеуглеродистым конструкционным сталям относится сталь 45 – наиболее универсальная и любимая конструкторами. Её выгодно отличают приемлемое в большинстве случаев сочетание неплохой пластичности и достаточно высокой твёрдости.

Конструкционные легированные стали

Изделия из легированной стали

Дальнейшее повышение конструкционной прочности рассматриваемых сталей возможно вследствие их легирования. Наиболее активно повышают твёрдость такие химические элементы (в порядке убывания), как марганец, кремний, никель, молибден, вольфрам и хром. Вместе с тем для конструкционных сталей такого типа существенно снижаются допуски на содержание примесей, в частности, серы и фосфора.

Из низколегированных конструкционных сталей наиболее распространена сталь 09Г2С. При достаточно высокой (по сравнению с нелегированными низкоуглеродистыми сталями) прочности, она обладает отличной свариваемостью, а потому особенно интенсивно применяется в строительстве при изготовлении различных сварных металлоконструкций. Штамповке сталь поддаётся только в полугорячем состоянии. Менее употребительны заменители данной стали — марки 09Г2 и 12ГС.

Номенклатура практически используемых средне- и высоколегированных конструкционных сталей значительно шире. Обычно максимальное число легирующих компонентов у сталей, выпускаемых по ГОСТ, а не ТУ, не превышает трёх: повышенная легирование заметно увеличивает стоимость сложнолегированных сталей. Поэтому такие стали используются преимущественно в авиакосмических технологиях, при производстве пищевых аппаратов и медицинского оборудования.

Различают следующие основные подгруппы конструкционных сталей, содержащие в значительном количестве легирующие добавки:

  1. Хромомарганцевые (типичные представители – стали 18ХГТ, 20ХГР, 35ХГФ и др.);
  2. Хромокремнистые (типичные представители – стали 40ХС, 20ХГС, 30ХГСА и др.);
  3. Хромоникельмолибденовые и хромоникельванадиевые (типичные представители – стали 20ХМ, 30ХМЮА, 35ХНМ, 40ХМФ, и др.).

Особенность конструкционных легированных сталей заключается в том, что они всегда до и после механической обработки (либо обработки давлением) проходят и термообработку. Чаще всего это закалка в воду или в масло с последующим отпуском.

Закалка металла

В результате механические свойства таких сталей существенно повышаются. Например, для стали 30ХГТ (применяется при изготовлении шестерён) они находятся в следующих пределах:

  • Предел текучести, МПа – не менее 1300;
  • Предел прочности, МПа – не менее 1500;
  • Относительное удлинение, % – не менее 10;
  • Ударная вязкость, кДж/м2, — не менее 700.

Особую группу конструкционных сталей составляют высокоуглеродистые, как легированные, так и нелегированные. При содержании углерода более 0,6% заметно увеличиваются упругие характеристики материала. Поэтому такие стали применяются для производства различного рода пружин, рессор и других деталей, где требуется повышенная прочность и твёрдость, при высокой жёсткости изделия.

Углеродистая конструкционная сталь.

Конструкционными называют стали, применяемые для изготовления деталей машин и механизмов, конструкций и сооружений. Эти стали могут быть углеродистыми и легированными.

Эти стали должны обладать хорошими технологическими свойствами: легко обрабатываться давлением, резанием, свариваться, прокаливаться, иметь малую склонность к деформации и трещинообразованию.

Углеродистые конструкционные стали делят на стали обыкновенного качества и качественные стали.

Стали обыкновенного качества. Они дешевле, чем качественные. В процессе выплавки они меньше очищаются от примесей (P, S, O, N). Стали отливают в крупные слитки, поэтому в них развита ликвация и они содержат большое количество неметаллических включений. Из них изготавливают детали менее ответственного назначения; горячекатанный сортовой прокат (прутки, швеллеры, уголки), листы, трубы, поковки, работающие при невысоких напряжениях. Их применяют для

строительных, сварных, клепанных и болтовых конструкций, для малоответственных деталей машин.

В зависимости от свойств стали обыкновенного качества подразделяют на три группы (ГОСТ 380-94):

Группа А – стали, поставляемые без уточнения их химического состава в виде листов и различных профилей без последующей обработки давлением, сваркой, или термической обработки.

Маркировка. Углеродистая сталь группы А обозначаются буквами «Ст» и цифрами 1, 2, 3,…6, например, Ст1, Ст2 и т.д. Чем выше число, тем выше прочность и ниже пластичность.

Группа Б – стали, поставляемые с гарантированным химическим составом.

Маркировка. Впереди ставится буква «Б», а в конце – степень раскисления: кп – кипящая сталь, сп – спокойная; пс – полуспокойная, Например, БСт1кп, БСт3 и т.д. Чем выше число, тем больше в стали углерода.

Группа В – стали повышенного качества. Их поставляют с гарантированным химическим составом и механическими свойствами.

Читайте так же:
Сколько заряжать шуруповерт 12 вольт

Маркировка. В обозначение сталей ставится буква «В», например, ВСт1, ВСт2 и т.д.

Стали групп Б и В применяют в тех случаях, когда при производстве применяют сварку, горячую деформацию или термическую обработку.

Углеродистую сталь обыкновенного качества применяют для изготовления деталей для автомобилей.

Качественные углеродистые стали. В соответствии с ГОСТ 1050-88 выплавляют с соблюдением более строгих условий в отношении сырья, ведения плавки и разливки. К ним предъявляются более высокие требования по химическому составу: содержание серы должно быть менее 0,04%; фосфора – менее 0,035-0,04%, а также неметаллических включений. Кроме того, регламентированы макро- и микроструктуры.

Маркировка. В обозначение качественных углеродистых сталей входят цифры 08, 10, 15, 20 и т.д. до 85, которые указывают среднее содержание углерода в сотых долях процентов; пере цифрами пишется слово «Сталь». Спокойные стали маркируют без букв сп после цифры; полуспокойные и кипящие стали записывают с индексами «пс» и «кп».

Эти стали можно разделить на низкоуглеродистые, среднеуглеродистые и высокоуглеродистые.

Низкоуглеродистые стали (05кп, 08, 07кп, 10, 10кп) обладают невысокой прочностью и высокой пластичностью. Можно изготавливать детали слабонагруженные и сложной конструкции.

Стали 15. 20, 25 применяют без термической обработки или в нормализованном виде, в виде проката, поковок, труб, листов, ленты и проволоки для менее ответственных деталей.

Среднеуглеродистые стали (30, 35, 40, 45, 50) применяют после нормализации, улучшения и поверхностной закалки для различных деталей. Они имеют более высокую прочность при более низкой пластичности. В отожженном состоянии эти стали хорошо обрабатываются резанием.

Высокоуглеродистые стали (60, 65. 70, 75, 80, 85) и стали с повышенным содержанием марганца (60Г, 65Г, 70Г) в основном используют для изготовления пружин, рессор, высокопрочной проволоки и других изделий с высокой упругостью и износостойкостью.

Качественную конструкционную сталь, предназначенную для повышенной обрабатываемости резанием на станках-автоматах (автоматная сталь), маркируют буквой «А» (А20, А40). Повышенная обрабатываемость резанием достигается увеличением в содержании стали серы, фосфора и свинца.

3.1.3 Инструментальные углеродистые стали. Эти стали предназначены для изготовления режущего, измерительного инструмента, работающего при температуре 150-200 О С вследствие нагревания режущей кромки. Основные качества этих сталей – износостойкость и теплостойкость.

Эти стали относятся к наиболее дешевым. Их применяют для малонагруженного режущего инструмента. Углеродистые стали (ГОСТ 1435-90) бывают качественными (У7, У8, У9, …У13) и высококачественными (У7А, У8А, У9А, … У13А). Буква «У» в марке указывают на то, что сталь углеродистая, а цифра – среднее значение углерода в десятых долях процента; буква «А» в конце обозначает – сталь высококачественная.

Из-за невысокой твердости в состоянии поставки (187-217НВ) углеродистые стали хорошо обрабатываются резанием и деформируются. Что позволяет применять к ним накатку, насечку и другие восокопроизводительные методы изготовления инструмента.

Контрольные вопросы:

1. По каким признакам классифицируют стали?

2. От чего зависит структура стали?

3. Назовите основные постоянные примеси в сталях и их влияние на свойства.

4. Какие виды углеродистых конструкционных сталей вам известны?

5. Назовите группы и способы маркировки сталей обыкновенного качества.

6. Как маркируют низкоуглеродистые стали?

7. Как маркируют среднеуглеродистые стали?

8. Как маркируют высокоуглеродистые стали?

9. Назовите отличительные свойства инструментальных углеродистых сталей.

Чугуны

3.2.1 Общие сведения. Чугун отличается от стали по составу более высоким содержанием углерода; по технологическим свойствам – лучшими литейными качествами, малой способностью к пластической деформации (в обычных условиях не поддается ковке).

Чугуны классифицируют по следующим показателям:

1) состоянию углерода:

ü белый чугун – весь углерод находится в связанном состоянии в виде карбиды;

ü серый чугун – углерод в значительной степени или полностью находится в свободном состоянии в форме пластинчатого или волокнистого графита;

ü высокопрочный чугун – углерод в значительной степени или полностью находится в свободном состоянии в форме шаровидного графита;

ü ковкий чугун – получают в результате отжига отливок из белого чугуна; весь углерод или значительная его часть находится в свободном состоянии в форме хлопьевидного графита;

3) по химическому составу:

ü легированный – специального назначения.

Таким образом, чугун (кроме белого) отличается от стали наличием в структуре графитовых включений, а между собой чугуны отличаются формой этих включений.

Механические свойства чугунов зависят от структуры, от формы и количества графитовых включений, их размера и характера распределения (см. рисунок 3.1). Графитовые включения определяют технологические и эксплуатационные свойства чугунов. Наличие графита облегчает обработку резанием и повышает износостойкость, а также придает хорошие антифрикционные свойства чугунам вследствие эффекта самосмазывния. Чугун хорошо переносит поверхностные дефекты, но плохо передает упругие колебания, поэтому можно его применять для изготовления деталей корпусов редукторов, когда необходимо гасить вибрацию и резонансные колебания.

Твердость чугунов мало зависит от формы графитовых включений и определяется структурой металлической основы. У ферритных чугунов твердость составляет примерно 150НВ; у ферритно-перлитных примерно 200НВ; перлитных – 250НВ.

а феррит; б феррит и перлит;

в перлит; 1 пластинчатая;

2 завихренная; 3 хлопьевидная;

4 шаровидная

Рисунок 3.1 Классификация чугуна по структуре металлической основы

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector