Маркування сталей

В сучасній техніці. Класифікація легуючих елементів.

Значення легованих і спеціальних сталей і сплавів

Основні визначення і поняття. Класифікація легуючих елементів. Принципи класифікації легованих і спеціальних сталей і сплавів.

Леговані сталі займають у загальному обсязі виробництва металевих -ських матеріалів близько 25 %. З них виготовляють найбільш відповідальні деталі і вироби для галузей машинобудування та будівництва.

Знання принципів, що лежать в основі розробки окремих груп сталей і режимів їх обробки, дозволяє створювати більш ефективні та Економнолегированниє сталі з високими конструктивними властивостями і забезпечувати не -хідно довговічність і надійність виробів. В даний час в машинобудівній промисловості використовується близько 2000 сталей і сплавів. Спеціальні сталі - це сплави на основі заліза, що відрізняються від звичайних сталей особливими властивостями, зумовленими або їх хімічним складом, або способом виробництва, або способом їх обробки (Е.Гудремон). У більшості випадків спеціальні сталі містять легуючі елементи. Легуючими елементами називають хімічні елементи, спеціально введені в сталь для отримання необхідних будови, структури, фізико -хімічних властивостей, механічних властивостей і технологічних властивостей. Основними легуючими елементами в сталях є Mn, Cr, Si, Ni, Mo, W, V, Ti, Co, Al, Cu, Nb, Zr. У деяких сталях легуючими елементами можуть бути також H, S, N, Se, Te, Pb, La і ін Перераховані елементи, а також H, O, Sn, Sb, As, Bi можуть бути також домішками в сталі. Зміст легуючих елементів може коливатися від тисячних часток відсотка до десятків відсотків.

Домішками називають хімічні елементи, що перейшли до складу сталі в процесі її виробництва як технологічні добавки або як складові шихтових матеріалів. Вміст домішок в сталі зазвичай обмежується наступними межами: Mn ≤ 0,8 %, Si ≤ 0,4 %, Cr ≤ 0,3 %, Cu ≤ 0,3 %, Mo ≤ 0,10 %, W ≤ 0,2 %, P ≤ 0,025... 0,040 %, S ≤ 0,015... 0,050 %.

Необхідно розуміти, що домішками і легуючими добавками можуть бути одні і ті ж хімічні елементи, що віднесення їх до того чи іншою ознакою залежить від їх кількості та ролі в сталі.

Леговані сталі - сплави на основі заліза, в хімічний склад яких спеціально введені легуючі елементи, що забезпечують при певних способах виробництва та обробки необхідну структуру і властивості.

Деякі легуючі елементи (V, Nb, Ti, Zr, B) можуть чинити істотний вплив на структуру і властивості стали при утриманні їх в сотих частках відсотка (В - в тисячних частках відсотка).

Поняття спеціальні стали більш широке, ніж поняття леговані сталі, так як до спеціальних сталей, крім легованих, можуть ставитися і вуглецеві, якщо їм забезпечити спеціальні властивості (наприклад, інструментальні сталі).

Залізо і сплави на його основі відносяться до чорних металів, а всі інші метали і сплави на їх основі - до кольорових.

До металам залізної групи відносяться: кобальт, нікель, а також близький до них за властивостями марганець. До тугоплавким металів відносяться метали, що мають температуру плавлення вище, ніж у заліза (вище 1539 º С). З тугоплавких металів найбільш часто використовують для легування вольфрам, молібден, ніобій, ванадій, хром. З групи легких металів найбільш часто застосовують титан і алюміній.. До групи рідкоземельних металів (РЗМ) відносяться лантан, церій, неодим, ітрій і скандій. У сплавах залізо - вуглець класифікацію легуючих елементів можна проводити за ступенем спорідненості легуючих елементів до вуглецю порівняно зі спорідненістю до нього заліза. За цією ознакою розрізняють карбидообразующие і некарбідообразующіе елементи. Карбидообразующие легуючі елементи (Ti, Zr, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Mn), а також залізо можуть утворювати в сталі карбіди. Некарбідообразующіе елементи (Cu, Ni, Co, Si, Al) карбідів в сталі не утворюють.

Слід мати на увазі, що в даний час немає єдиної класифікації спеціальних і легованих сталей. Найбільш загальними ознаками класифікації сталей є: по хімічному складу, за призначенням, за структурою, за якістю.

За хімічним складом сталі і сплави чорних металів умовно поділяють на вуглецеві (нелегіровані) стали, низьколеговані сталі, леговані сталі, високолеговані стали, сплави на основі заліза. У низьколегованих сталях сумарний вміст легуючих елементів має бути не більше 2,5% (крім вуглецю), в легованих - від 2,5 до 10 %, в ​​високолегованих - більше 10 % при вмісті в них заліза не менше 45 %.

Сплави на основі заліза містять заліза менше 45%, але його кількість більше, ніж будь-якого іншого легуючого елемента.

За призначенням спеціальні сталі підрозділяють на конструкційні, інструментальні, стали з особливими фізичними властивостями. Конструкційні стали підрозділяють на будівельні, машинобудівні і сталі і сплави з особливими властивостями - корозійностійкі теплотривкі, жароміцні, жаростійкі і т.д.

Вивчаючи цю тему необхідно враховувати, що стали за структурою класифікують в рівноважному стані (евтектоїдні, доевтектоїдних, заевтектоідние) і після охолодження на повітрі після високотемпературного нагріву (перлітні, бейнітного, мартенситні, ледебуритного, ферритні, аустенітні і змішані структурні класи).

За якістю сталі підрозділяються на сталі звичайної якості, якісні, високоякісні особовисококачественние (вимоги насамперед за змістом шкідливих домішок сірки і фосфору).

Знання впліву Вуглець на Властивості Сталі дозволяє оцініті Надійність в работе металовиробів. У міру Підвищення вмісту Вуглець зростає Міцність и твердість, альо зніжується пластічність и в'язкість. Вуглець підвіщує Верхній порігхладноломкості, розшірюючі тім самим Температурний Інтервал переходу стали в кріхке стан. Вуглець змінює технологічні Властивості Сталі. При збільшенні его змісту зніжується здатність сталей деформуватіся, утруднюється зварюваність.

Вуглець, концентрація якого в конструкційних сталях досягає 0,8 %, справляє визначальний вплив на їх властивості. Ступінь його впливу залежить від структурного стану сталі, її термічної обробки. Постійні домішки в сталі: Mn, Si, S, P, а також гази O2, N2, H2. Марганець і кремній - корисні домішки. Сірка і фосфор - шкідливі домішки. Кисень, азот і водень - шкідливі приховані домішки. Вплив легуючих елементів на механічні властивості сталі залежить від її структурного стану, який визначається термічною обробкою.

Знання впливу вуглецю на властивості сталі дозволяє оцінити надійність в роботі металовиробів. У міру підвищення вмісту вуглецю зростає міцність і твердість, але знижується пластичність і в'язкість. Вуглець підвищує верхній порігхладноломкості, розширюючи тим самим температурний інтервал переходу стали в крихке стан. Вуглець змінює технологічні властивості сталі. При збільшенні його змісту знижується здатність сталей деформуватися, утруднюється зварюваність.

Особливу увагу приділіть впливу постійних домішок на властивості легованих і спеціальних сталей і сплавів. Марганець - корисна домішка, вводиться в сталь для розкислення і залишається в ній у кількості 0,3... 0,8 %, зменшуючи шкідливий вплив сірки і кисню. Сірка - шкідлива домішка, що викликає красноломкость стали - крихкість при гарячій обробці тиском. Фосфор - шкідлива домішка, викликає хладноломкость - зниження в'язкості в міру зниження температури. Приховані шкідливі домішки - кисень, азот, водень - знижують пластичність і підвищують схильність стали до крихкого руйнування. Кисневі включення сприяють червоно- і хладноломкости. Підвищений вміст азоту викликає деформаційне старіння, сталь стає малопластичних. Необхідно зверне увагу, що крихкість, обумовлена ​​воднем, проявляється тим різкіше, чим вище міцність матеріалу і найбільш сильне охрупчивание спостерігається в загартованих сталях з мартенситной структурою. Підвищений вміст водню при виплавці сталі може призводити до флокенів.

Вплив легуючих елементів на механічні властивості стали після за - Калки на мартенсит і низького відпустки визначається концентрацією вуглецю в мартенсите. Чим вона вища, тим більше міцність і твердість, нижче ударна в'язкість, вище схильність до крихкого руйнування стали, карбидообразующие елементи (Cr, Mo, W, V) сприяють збільшенню концентрації вуглецю в мартенсите, тобто зміцненню. Некарбідообразующіе елементи (Ni, Si, Cu, Co) знижують концентрацію вуглецю в мартенсите. Особливо активно діє нікель, попереджаючи зайву крихкість мартенситу.

Після гарту і високого відпустки (поліпшення) структура стали являє собою сорбіт - ферито - карбідну суміш з зернистою формою фази карбіду. Високі механічні властивості сорбіту обумовлені впливом легуючих елементів на міцність фериту, а також дисперсність і кількість карбідної фази. Зміцнення фериту зростає в міру збільшення концентрації розчиненого легуючого елемента і відмінності в атомних радіусах заліза і цього елемента.

Лабораторна Робота №2

Дата добавления: 2015-05-06