Легирование чугунов, их маркировка и область применения

Область применения легированных сталей.

Общие сведения о легированных сталях. Легирование сталей, их классификация и маркировка.

Тема 9. Легированные стали.

Вопросы:

1. Сталь, содержащая, кроме постоянных при­месей (марганец, кремний), один или несколько спе­циальных элементов или повышенные концентрации марганца и кремния (>1 %), называется легированной. В качестве легирующих специальных элементов исполь­зуют Сг, Ni, W, Мо, Тi, V, Со и др.

Легированные стали обозначают по буквенно-цифровой системе; леги­рующие элементы – буквами: никель – Н, хром – X, вольфрам – В, ванадий – Ф, молибден – М, титан – Т, кобальт – К, кремний – С, марганец – Г, алюминий – Ю, медь – Д, ниобий – Б, бор – Р.

Классификация легированных сталей. Леги­рованные стали классифицируют по назначению, хими­ческому составу и структуре.

По назначению легированные стали делят на три группы.

1) конструкционные стали (хромистые, марганцовистые);

2) инструментальные стали (хромистые, быстрорежущие);

3) стали с особыми свойствами (коррозионно - стойкие, жаростойкие).

В зависимости от общего содержания легирующих элементов различают низколегированные (с общим со­держанием легирующих элементов не выше 3 %), среднелегированные (с общим содержанием легирующих эле­ментов 3...10 %) и высоколегированные (с общим содер­жанием легирующих элементов более 10%) стали.

В зависимости от химического состава и свойств легированная конструкционная сталь делится на сле­дующие категории: качественная, высококачествен­ная – А, особо высококачественная – Ш. К особо высо­кокачественной стали относят сталь электрошлакового переплава. В этой стали количество серы составляет 0,015 %, а фосфора – 0,025 %.

По структуре в отожженном состоянии легирован­ные стали подразделяют на доэвтектоидные, имеющие в структуре свободный феррит; заэвтектоидные – избы­точные карбиды и ледебуритные – первичные карбиды, выделившиеся из жидкой фазы.

По структуре после охлаждения на воздухе легиро­ванные стали подразделяют на три основных класса: перлитный, мартенситный и аустенитный. Эта класси­фикация чрезвычайно важна, поскольку по структуре сталей полностью устанавливают их свойства. Напри­мер, сталь, имеющая перлитную структуру, обладает небольшой твердостью и высокой пластичностью, а сталь, имеющая мартенситную структуру, весьма твер­дая и хрупкая.

Общее правило расшифровки марок легированных сталей:

1. Если марка легированной стали начинается с двузначной цифры, то сталь конструкционная и углерода в ней содержится в сотых долях процента (60ХСГ – 0,60% С).

2. Если марка легированной стали начинается с однозначной цифры, то сталь инструментальная и углерода в ней – в десятых долях процента (9ХГС – 0,9% С).

3. Если марка легированной стали начинается с буквы, то сталь инструментальная и углерода в ней содержится до 1 % (Х8ГА – до 1% С).

4. Если в марке легированной стали после легирующего элемента стоит цифра, то она обозначает его процентное содержание (Х8ГА – хрома 8 %).

5. Если в марке легированной стали после легирующего элемента отсутствует цифра, то этого легирующего элемента в данной марке до 1,5 % (Х8ГА – марганца до 1,5 %).

6. Если в конце марки легированной стали стоит буква А, то сталь высококачественная, а если отсутствует – то качественная (Х8ГА – сталь высококачественная, 60ХСГ – качественная).

7. Если в марке легированной стали какого-то одного легирующего элемента 10 и более процентов, то сталь специальная (ШХ15 – хрома 15% - сталь специальная).

8. Если марка легированной стали начинается с буквы Р, то сталь быстрорежущая (от латинского rapid – «скорость»). Цифра после буквы Р обозначает процентное содержание вольфрама. В любом другом месте марки буква Р обозначает бор (Р6М5 – быстрорежущая сталь, 20ХГР – содержание бора до 1,5 %).

Последовательность расшифровки марки стали:

1. Определить сталь по химическому составу (углеродистая или легированная).

2. Определить сталь по назначению (конструкционная, инструментальная или специальная).

3. Определить сталь по качеству (обыкновенного качества, качественная или высококачественная).

4. Расшифровать шифр марки стали (что обозначают буквы и цифры).

Примеры расшифровки:

4Х2В5ФМ - 1.Легированная; 2. Инструментальная; 3. Качественная; 4. 4 – С = 0,4 %; Х2 – Cr = 2 %; В5 – W = 5%; Ф – V = 1,5 %; М – Мо = 1,5 %; остальное – Fe.

50ХФА - 1.Легированная; 2. Конструкционная; 3. Высококачественная; 4. 50 – С=0,50 %; Х – Cr = 1,5 %; Ф – V = 1,5 %; А – высококачественная; остальное – Fe.

Р6М5 - 1.Легированная; 2. Инструментальная; 3. Качественная; 4. С = до 1 %; Р – быстрорежущая; W = 6%; М – Мо = 5 %; остальное – Fe.

Сталь 45 - 1.Углеродистая; 2. Конструкционная; 3. Качественная; 4. 45 - С = 0,45 %; остальное – Fe.

60Г - 1.Углеродистая; 2. Конструкционная; 3. Качественная; 4. С = 0,60 %; Г – повышенное содержание Мn (0,8 – 1,2 %); остальное – Fe.

А40Г - 1.Углеродистая; 2. Конструкционная; 3. Качественная; 4. А – автоматная; 40 - С = 0,40 %; Г – повышенное содержание Мn (0,8 – 1,2 %); остальное – Fe.

ВСт3Гпс3 - 1.Углеродистая; 2. Конструкционная; 3. Обыкновенного качества; 4. В – группа стали (с гарантированными механическими свойствами и химическим составом); Ст – сталь; 3 – условный номер марки; Г – повышенное содержание Мn; пс – полуспокойный разлив; 3 – категория марки стали; остальное – Fe.

20Х13 - 1.Легированная; 2. Специальная; 3. Качественная;

4. 20 – С = 0,20 %; Х13 – Cr = 13 %; остальное – Fe.

2. Конструкционные легированные стали (ГОСТ 4543–71).

Для деталей, работающих в условиях износа при трении (поршневые пальцы, шлицевые валы), применяют стали 15Х, 20Х, 15ХФ, 20ХФ, 18ХГ, а также стали повышенной прочности, вязкости и прокаливаемости марок 20ХН, 12ХН2, 12ХН2М и др. Для тяжело нагруженных зубчатых колес с высокой прочностью сердцевины зуба используют ста­ли 18ХГТ, 25ХГТ, 25ХГМ, 30ХГТ, а стали 20ХГР, 27ХТР, 20ХНР, 20ХГНР с микродобавками бора при­меняют для деталей, работающих на трение и при удар­ных нагрузках (червяки, кулаки шарнира). Азотируемые стали 38Х2Ю и 38Х2МЮА используют для изготовления деталей с большой твердостью и изно­состойкостью поверхности (валики водяных насосов, плунжеры, гильзы цилиндров двигателей внутреннего сгорания и др.).

В качестве сталей, упрочняемых поверхностной за­калкой с нагревом ТВЧ, выбирают среднеуглеродистые стали 40Х, 45Х, 47ГТ, которые применяют для изготов­ления зубчатых колес, крестовин, деталей подшипников качения, подвергающихся высоким изгибающим, крутя­щим и контактным нагрузкам.

Улучшаемые легированные стали (0,4...0,5 % С) при­меняют для большой группы деталей машин, работаю­щих не только при статических, но и в условиях цикли­ческих и ударных нагрузок (валы, штоки, шатуны и др.). Хромистые стали 40Х, 45Х, 50Х относятся к де­шевым конструкционным материалам. С увеличением содержания углерода в них повышается прочность, но снижаются пластичность и вязкость.

Хромокремнемарганцевые стали 30ХГСА, 35ХГСА содержат по 1 % Сr, Мn и Si и называются хромансилями. Эти стали, соче­тающие хорошие технологические и механические свой­ства, широко применяют в автомобилестроении (валы, детали рулевого управления). Хромоникелевые стали 40ХН, 45ХН, 50ХН имеют высокий температурный за­пас вязкости и меньшую склонность к хрупкому разру­шению в сравнении с хромистыми. Для изготовления пружин и рессор используют легированные стали 50С2, 55С2, 50ХФА, 60С2ХА и др., обладающие высокой упру­гостью, выносливостью, достаточной вязкостью и пластичностью. Предел выносливости рессор повышают пу­тем специальной обработки рессорных листов дробью (наклеп), что повышает срок службы в 5...8 раз. Под­шипниковые стали ШХ6, ШХ9, ШХ15, ШХ15СГ, служа­щие для изготовления подшипников качения, обладают высокой твердостью и выдерживают большое количество циклов высоких контактных напряжений.

Инструментальные стали.

Легированные инструментальные стали (ГОСТ 5950-63) марок 7ХФ, 8ХФ, 9ХФ и другие применяют для изготовления матриц, пуансонов, метчи­ков диаметром до 30 мм, спиральных сверл, роликовых ножей.

Из легированных сталей повышенной прокаливаемости марок X, 9ХС, ХГ, Х8Г и других (ГОСТ 5950-63) изготавливают инстру­менты, для которых необходима высокая твердость и износостойкость (сверла, фрезы, плашки, калибры и штампы для холодной штамповки).

Штамповые стали марок 7X3, 5ХНМ, 5ХНВ и другие обладают хорошей прокаливаемостью и износостой­костью, но невысокой вязкостью.

Из сталей марок 5ХНМ, 5ХНТ, содержащих никель и обладающих большой вязкостью и глубокой прокали­ваемостью, изготовляют кузнечные (молотовые) штам­пы. Для штампов горячего деформирования используют стали марок ЗХ2В8Ф, 4Х2В5ФМ и другие, обладающие высокой стойкостью при высоких температурах.

Наибольшее применение имеет сталь марки Р18. Аналогична ей по режущим свойствам сталь марки Р9, но она хуже подвергается термической обработке. Инст­румент из быстрорежущих сталей, содержащих кобальт (Р18К5Ф2, Р9К10 и др.), используют для работы с труд­нообрабатываемым материалом, нержавеющими и жаро­прочными сплавами.

Инструмент из быстрорежущих сталей с повышен­ным содержанием ванадия и кобальта (Р9Ф5, Р10К5Ф5 и др.), имеющих высокую износостойкость и красно­стойкость (640°С), применяют для отделочных опера­ций при обработке сплавов титана и материалов с абра­зивными свойствами (пластмасса, фибра, эбонит).

Нержавеющие стали. Коррозионно-стойкие стали для общего и химиче­ского машиностроения подразделяют на: стали (08X13, 12X13, 20X13 – ГОСТ 5632-72), применяемые в слабо­агрессивных средах (воздух, вода, пар) для изготовле­ния деталей с повышенной пластичностью, подвергаю­щихся ударным нагрузкам (клапаны гидравлических прессов, предметы домашнего обихода и т. д.); стали (09Х15Н8Ю, 07Х16Н6, 08Х17Н5МЗ – ГОСТ 5632-72) для изделий, работающих в атмосферных условиях, уксуснокислых и других солевых средах; стали (08Х17Т, 08Х18Т1, 15Х25Т –ГОСТ 5632-72), применяемые вере­дах средней агрессивности для изготовления оборудова­ния заводов пищевой и мясомолочной промышленности; стали (08Х18Н10Т, 08Х18Н12Т, 10Х17Н13М2Т, 10Х17Н13М3Т – ГОСТ 5632-72), применяемые в сре­дах повышенной и высокой агрессивности для изготов­ления сварных изделий, работающих в азотной кислоте и азотнокислых средах при повышенных температурах. Жаропрочные стали и сплавы классифицируют по температуре эксплуатации. Для работы при 500...550 °С используют стали марок 20X13, 15X11МФ, 13Х14Н3В2ФР, из которых изготавливают лопатки паровых турбин, тяжело нагруженные детали (диски, валы, стяжные бол­ты), работающие в условиях повышенной влажности. Для работы при 650...850 °С применяют стали марок 40Х9С2, 40Х10С2М, 45Х14Н14В2М, из которых изготав­ливают клапаны автомобильных, тракторных двигате­лей. Кроме жаропрочных сталей, для работы при 650...850 °С применяют сплавы (ХН35ВТ, ХН80ТБЮ, ХН77ТЮР) на никелевой и железоникелевой основе, из которых изготавливают рабочие лопатки и диски газо­вых турбин.

Для работы при 900...1100°С используют сплавы ма­рок ХН62МВКЮ, ХН56ВМКЮ, ХН60ВТ, из которых из­готавливают лопатки и листовые детали газовых турбин.

Широкое распространение в качестве износостойких сталей получили высокомарганцовистые литые аустенитные стали марки 110Г13Л с содержанием 1,0...1,4% С, 11…14% Мn. Они обладают высокой вязкостью, износо­стойкостью в условиях ударных нагрузок и больших давлений; эти стали применяют для изготовления гусе­ниц тракторов, черпаков и козырьков землечерпальных машин. Данные стали трудно обрабатываются резанием из-за способности наклепываться.

3. К легированным (специальным) чугунам относятся:

1. Износостойкие чугуны: их обозначают буквами ИЧ и они маркируются по содержанию легирующих элементов, как и стали.

Чугуны марок ИЧХ4Г7Д; ИЧХ3ТД; ИЧХ28Н2; ИЧХ15М3 и др. применяют для изготовления лопаток дробомётных турбин, шаров и броневых плит для мельниц, деталей насосов, лопастей шнеков.

2. Антифрикционные чугуны имеют в маркировке букву А. Они изготавливаются на основе серых, ковких и высокопрочных чугунов и предназначены для работы в узлах трения в паре с закалёнными контртелами.

Бывают следующих марок: АСЧ – 1 (с добавками Cr и Ni); АСЧ – 2 (с добавками Ti и Cu); АКЧ – 1; АКЧ – 2; АВЧ – 1; АВЧ – 2.

3. Жаростойкие чугуны ЖЧХ – 0,8; ЖЧХ – 2,5; ЖЧХ – 1,5 применяют для элементов конструкций доменных, термических и мартеновских печей, работающих при температуре до 650 °С. Высокохромистые чугуны ЖЧХ – 30 (28 – 30 % Cr) применяют для изготовления горелок, фурм и др., работающих при температурах до 900 °С.

4. Коррозионно – стойкие чугуны – они стойки в щелочах, растворах соды, морской воде.

Дата добавления: 2014-01-05