Стали углеродистые специального назначения

Стали углеродистые качественные конструкционные

От сталей обык­новенного качества они отличаются меньшим содержанием серы, фос­фора и других вредных примесей, более узкими пределами содержания углерода в каждой марке и большинстве случаев более высоким содер­жанием кремния (Si) и марганца (Мn).

Сталь маркируют двузначными числами, которые обозначают содер­жание углерода в сотых долях процента, и поставляют с гарантирован­ными показателями химического состава и механических свойств. По степени раскисления сталь подразделяют на кипящую (кп), полу­спокойную (пс), спокойную (без указания индекса). Буква Г в марках сталей указывает на повышенное содержание марганца (до 1%).

Сталь углеродистую качественную поставляют катаной, кованой, ка­либрованной, круглой с особой отделкой поверхности (серебрянка).

К этой группе относят ста­ли с хорошей и повышенной обрабатываемостью резанием (автоматные стали). Они предназначены а основном для изготовления деталей массо­вого производства. При обработке таких сталей на станках-автоматах об­разуется короткая и мелкая стружка, снижается расход режущего инст­румента и уменьшается шероховатость обработанных поверхностей.

Автоматные стали с повышенным содержанием серы и фосфора имеют хорошую обрабатываемость. Обрабатываемость резанием улучшают так­же введением в стали технологических добавок селена, свинца, теллура.

Автоматные стали маркируют буквой А и цифрами, показывающими среднее содержание углерода в сотых долях процента. Применяют сле­дующие марки автоматной стали: А12,А20, АЗО, А40Г. Из сталиА12 из-ГОТОВ1ЯЮТ неответственные детали, из стали других марок — более ответ­ственные детали, работающие при значительных напряжениях и повы­шенных давлениях. Сортамент автоматной стали предусматривает изго­товление сортового проката в виде прутков круглого, квадратного и шес­тигранного сечений. Эти стали не применяют для изготовления сварных конструкций.

Стали листовые для котлов и сосудов, работающих под давлением, применяют для изготовления паровых котлов, судовых топок, камер горе­ния газовых турбин и других деталей. Они должны работать при пере­менных давлениях и температуре до 450"С. Кроме того, котельная сталь должна хорошо свариваться. Для получения таких свойств в углеродис­тую сталь вводят технологическую добавку (титан) и дополнительно раскисляют ее алюминием. Выпускают следующие марки углеродистой котельной стали 12К, 15К, 16К, 18K.20K.22Kc содержанием в них угле­рода от 0,08 до 0,28%. Эти стали поставляют в виде листов с толщиной до 200 мм и поковок в состоянии после нормализации и отпуска

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.

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.

Хром оказывает 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%.

Марганец вводят 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.

Кремний является 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 вольфрам являются 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.

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

Марка легированной качественной ста­ли состоит из сочетания букв и цифр, обозначающиx ее 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.

ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ СТАЛИ

Инструментальные стали предназначены для изготовления следующих основных групп инструмента: режущего, измерительного и штампов. По условиям работы инструмента к таким сталям предъявляют следующие требования:

стали для режущего инструмента (резцы, сверла, метчики, фрезы и др.) должны обладать высокой твердостью, износостойкостью и теплостойкостью.

Стали для измерительного инструмента должны быть твердыми, износостойкими и длительное время сохранять размеры и форму инструмента.

Стали для штампов (холодного и горячего деформирования) должны иметь высокие механические свойства (твердость, износостойкость, вязкость), сохраняющиеся при повышенных темпера­турах. Кроме того, стали для штампов горячего деформирования должны обладать устойчивостью против образования поверхностных трещин при многократном нагреве и охлаждении.

Инструментальные углеродис­тые стали выпускают следующих марок: У7.У8.У8Г, У9, У 10, У 11, У 12 и У 13. Цифры указывают на содержание углерода в десятых долях процента. Буква Г после цифры означает, что сталь имеет повышенное содержание марганца. Марка инструментальной углеродистой стали высокого ка­чества имеет букву А, например У12А: инструментальная углеродистая сталь высокого качества, содержащая 1,2% С.

Инструменты, применение которых связано с ударной нагрузкой, на­пример зубила, бородки, молотки, изготовляют из сталей У7А, У8А. Ин­струменты, требующие большей твердости, но не подвергающиеся уда­рам, например сверла, метчики, развертки, шаберы, напильники, — из сталей У12А, У13А. Стали У7—У9 подвергают полной, а стали У10—У13 неполной закалке.

Недостатком углеродистых инструментальных сталей является их низкая теплостойкость — способность сохранять большую твердость при высоких температурных нагревах. При нагреве выше 200°С инструмент из углеродистой стали теряет твердость.

Легирующие элементы, вводи­мые в инструментальные стали, увеличивают теплостойкость (вольфрам, молибден, кобальт, хром), закаливаемость (марганец), вязкость (никель), износостойкость (вольфрам).

В сравнении с углеродистыми легированные инструментальные стали имеют следующие преимущества: хорошую прокаливаемость; большую пластичность в отожженном состоянии, значительную прочность в за­каленном состоянии (см. гл. V), более высокие режущие свойства.

Для изготовления измерительных инструментов применяют X, ХВГ стали. Для измерительного инструмента (особенно высоких классов точности) большое значение имеет постепенное изменение размеров закаленного инструмента в течение длительного времени, что связано с уменьшением и перераспределением внутренних напряжений. Поэтому при термической обработке измерительного инструмента большое внимание уделяется стабилизации напряженного состояния. Это дос­тигается соответствующим режимом низкого отпуска — при темпера­туре 120-130°С в течение 15-20 ч. и обработкой при температурах ниже нуля (до-60°С).

СПЕЦИАЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИОННЫЕ СТАЛИ

Специальные стали — это высоколегированные (свыше 10%) стали, обладающие особыми свойствами - коррозионной стойкостью, жаро­стойкостью, жаропрочностью, износостойкостью и др.

Дата добавления: 2015-05-07