Классификация и маркировка сталей и чугунов Применение. Лекция Классификация и маркировка сталей и чугунов

• Название: Лекция Классификация и маркировка сталей и чугунов
• Дата: 16.05.2022
• Размер: 74.5 Kb.
• Имя файла: Классификация и маркировка сталей и чугунов Применение.doc
• Тип: Лекция; #531435

Лекция: Классификация и маркировка сталей и чугунов.

 

 

Стали являются наиболее распространенными материалами. Обладают хорошими технологическими свойствами. Изделия получают в результате обработки давлением и резанием.

Достоинством является возможность, получать нужный комплекс свойств, изменяя состав и вид обработки. Стали, подразделяют на углеродистые и легированные.

 

• 
  Влияние углерода и примесей на свойства сталей
  

 

Углеродистые стали являются основными. Их свойства определяются количеством углерода и содержанием примесей, которые взаимодействуют с железом и углеродом.

 

Влияние углерода.

 

Влияние углерода на свойства сталей показано на рис. 10.1



Рис.10.1. Влияние углерода на свойства сталей

 

С ростом содержания углерода в структуре стали увеличивается количество цементита, при одновременном снижении доли феррита. Изменение соотношения между составляющими приводит к уменьшению пластичности, а также к повышению прочности и твердости. Прочность повышается до содержания углерода около 1%, а затем она уменьшается, так как образуется грубая сетка цементита вторичного.

Углерод влияет на вязкие свойства. Увеличение содержания углерода повышает порог хладоломкости и снижает ударную вязкость.

Повышаются электросопротивление и коэрцитивная сила, снижаются магнитная проницаемость и плотность магнитной индукции.

Углерод оказывает влияние и на технологические свойства. Повышение содержания углерода ухудшает литейные свойства стали (используются стали с содержанием углерода до 0,4 %), обрабатываемость давлением и резанием, свариваемость. Следует учитывать, что стали с низким содержанием углерода также плохо обрабатываются резанием.

 

Влияние примесей.

 

В сталях всегда присутствуют примеси, которые делятся на четыре группы. 1.Постоянные примеси: кремний, марганец, сера, фосфор.

Марганец и кремний вводятся в процессе выплавки стали для раскисления, они являются технологическими примесями.

Содержание марганца не превышает 0,5…0,8 %. Марганец повышает прочность, не снижая пластичности, и резко снижает красноломкость стали, вызванную влиянием серы. Он способствует уменьшению содержания сульфида железа FeS, так как образует с серой соединение сульфид марганца MnS. Частицы сульфида марганца располагаются в виде отдельных включений, которые деформируются и оказываются вытянутыми вдоль направления прокатки.

Содержание кремния не превышает 0,35…0,4 %. Кремний, дегазируя металл, повышает плотность слитка. Кремний растворяется в феррите и повышает прочность стали, особенно повышается предел текучести, . Но наблюдается некоторое снижение пластичности, что снижает способность стали к вытяжке

Содержание фосфора в стали 0,025…0,045 %. Фосфор, растворяясь в феррите, искажает кристаллическую решетку и увеличивает предел прочности и предел текучести , но снижает пластичность и вязкость.

Располагаясь вблизи зерен, увеличивает температуру перехода в хрупкое состояние, вызывает хладоломкость, уменьшает работу распространения трещин, Повышение содержания фосфора на каждую 0,01 % повышает порог хладоломкости на 20…25^oС.

Фосфор обладает склонностью к ликвации, поэтому в центре слитка отдельные участки имеют резко пониженную вязкость.

Для некоторых сталей возможно увеличение содержания фосфора до 0,10…0,15 %, для улучшения обрабатываемости резанием.

S – уменьшается пластичность, свариваемость и коррозионная стойкость. Р–искажает кристаллическую решетку.

Содержание серы в сталях составляет 0,025…0,06 %. Сера – вредная примесь, попадает в сталь из чугуна. При взаимодействии с железом образует химическое соединение – сульфид серы FeS, которое, в свою очередь, образует с железом легкоплавкую эвтектику с температурой плавления 988^oС. При нагреве под прокатку или ковку эвтектика плавится, нарушаются связи между зернами. При деформации в местах расположения эвтектики возникают надрывы и трещины, заготовка разрушается – явление красноломкости.

Красноломкость – повышение хрупкости при высоких температурах

Сера снижает механические свойства, особенно ударную вязкость а и пластичность ( и ), а так же предел выносливости. Она ухудшают свариваемость и коррозионную стойкость.

2. Скрытые примеси - газы (азот, кислород, водород) – попадают в сталь при выплавке.

Азот и кислород находятся в стали в виде хрупких неметаллических включений: окислов (FeO, SiO₂, Al₂O₃ ) нитридов (Fe ₂N), в виде твердого раствора или в свободном состоянии, располагаясь в дефектах (раковинах, трещинах).

Примеси внедрения (азот N, кислород О) повышают порог хладоломкости и снижают сопротивление хрупкому разрушению. Неметаллические включения (окислы, нитриды), являясь концентраторами напряжений, могут значительно понизить предел выносливости и вязкость.

Очень вредным является растворенный в стали водород, который значительно охрупчивает сталь. Он приводит к образованию в катанных заготовках и поковках флокенов.

Флокены – тонкие трещины овальной или округлой формы, имеющие в изломе вид пятен – хлопьев серебристого цвета.

Металл с флокенами нельзя использовать в промышленности, при сварке образуются холодные трещины в наплавленном и основном металле.

Если водород находится в поверхностном слое, то он удаляется в результате нагрева при 150…180 , лучше в вакууме мм рт. ст.

Для удаления скрытых примесей используют вакуумирование.

3. Специальные примеси – специально вводятся в сталь для получения заданных свойств. Примеси называются легирующими элементами, а стали - легированные сталями.

 

Классификация и маркировка сталей

 

Классификация сталей

 

Стали классифицируются по множеству признаков.

1. 
   По химическому: составу: углеродистые и легированные.
   
2. 
   По содержанию углерода:
   
   • 
     низкоуглеродистые, с содержанием углерода до 0,25 %;
     
   • 
     среднеуглеродистые, с содержанием углерода 0,3…0,6 %;
     
   • 
     высокоуглеродистые, с содержанием углерода выше 0,7 %
     
3. 
   По равновесной структуре: доэвтектоидные, эвтектоидные, заэвтектоидные.
   
4. 
   По качеству. Количественным показателем качества является содержания вредных примесей: серы и фосфора:
   
   • 
     , – углеродистые стали обыкновенного качества:
     
   • 
     – качественные стали;
     
   • 
     – высококачественные стали.
     
5. 
   По способу выплавки:
   
   • 
     в мартеновских печах;
     
   • 
     в кислородных конверторах;
     
   • 
     в электрических печах: электродуговых, индукционных и др.
     
6. 
   По назначению:
   
   • 
     конструкционные – применяются для изготовления деталей машин и механизмов;
     
   • 
     инструментальные – применяются для изготовления различных инструментов;
     
   • 
     специальные – стали с особыми свойствами: электротехнические, с особыми магнитными свойствами и др.
     

 

Маркировка сталей

 

Принято буквенно-цифровое обозначение сталей

 

Углеродистые стали обыкновенного качества (ГОСТ 380).

 

Стали содержат повышенное количество серы и фосфора

Маркируются Ст.2кп., БСт.3кп, ВСт.3пс, ВСт.4сп.

Ст – индекс данной группы стали. Цифры от 0 до 6 - это условный номер марки стали. С увеличением номера марки возрастает прочность и снижается пластичность стали. По гарантиям при поставке существует три группы сталей: А, Б и В. Для сталей группы А при поставке гарантируются механические свойства, в обозначении индекс группы А не указывается. Для сталей группы Б гарантируется химический состав. Для сталей группы В при поставке гарантируются и механические свойства, и химический состав.

Индексы кп, пс, сп указывают степень раскисленности стали: кп - кипящая, пс - полуспокойная, сп - спокойная.

 

Качественные углеродистые стали

 

Качественные стали поставляют с гарантированными механическими свойствами и химическим составом (группа В). Степень раскисленности, в основном, спокойная.

Конструкционные качественные углеродистые стали Маркируются двухзначным числом, указывающим среднее содержание углерода в сотых долях процента. Указывается степень раскисленности, если она отличается от спокойной.

Сталь 08 кп, сталь 10 пс, сталь 45.

Содержание углерода, соответственно, 0,08 %, 0,10 %, 0.45 %.

Инструментальные качественные углеродистые стали маркируются буквой У (углеродистая инструментальная сталь) и числом, указывающим содержание углерода в десятых долях процента.

Сталь У8, сталь У13.

Содержание углерода, соответственно, 0,8 % и 1,3 %

Инструментальные высококачественные углеродистые стали. Маркируются аналогично качественным инструментальным углеродистым сталям, только в конце марки ставят букву А, для обозначения высокого качества стали.

Сталь У10А.

 Автоматные стали.

 

Автоматными называют стали, обладающие повышенной обрабатываемостью резанием.

Эффективным металлургическим приемом повышения обрабатываемости резанием является введение в сталь серы, селена, теллура, кальция, которые изменяют состав неметаллических включений, а также свинца, который образует собственные включения.

Автоматные стали А12, А20 с повышенным содержанием серы и фосфора используются для изготовления малонагруженных деталей на станках автоматах (болты, винты, гайки, мелкие детали швейных, текстильных, счетных и других машин). Эти стали обладают улучшенной обрабатываемостью резанием, поверхность деталей получается чистой и ровной. Износостойкость может быть повышена цементацией и закалкой.

Стали А30 и А40Г предназначены для деталей, испытывающих более высокие нагрузки.

У автоматных сталей, содержащих свинец, (АС11, АС40), повышается стойкость инструмента в 1…3 раза и скорость резания на 25…50 %.

Легированные хромистые и хромоникелевые стали с присадкой свинца и кальция (АЦ45Г2, АСЦ30ХМ, АС20ХГНМ) используются для изготовления нагруженных деталей в автомобильной и тракторной промышленности.

Автоматные стали подвергают диффузионному отжигу при температуре 1100…1150^oС, для устранения ликвации серы.

• 
  
  

• 
  Состав и сорта чугунов.
  

Передельный чугун.
Предназначен для переработки в сталь.

Он отличается высокой твёрдостью и износостойкостью, он хрупок и плохо обрабатывается режущими инструментами, в изломе имеет мелкозернистое строение и зеркальную серебристо-белую поверхность. Углерода содержит более 4.3 %.
Литейный (серый) чугун.
Применяется для получения отливок. Цвет в изломе от светло-серого до тёмно-серого (чем темнее чугун, тем больше у него углерода в виде графита и тем он мягче). Отличается от передельного меньшей твёрдостью и хрупкостью, хорошо сопротивляется износу и обрабатывается режущими инструментами. В расплавленном состоянии обладает жидкотекучестью и хорошо заполняет форму. При остывании мало уменьшается в размерах, то есть имеет малую усадку.
Отливки из серого чугуна маркируются в зависимости от их прочности.

В марке буквы СЧ означают серый чугун, первое число - предел прочности на растяжение в кгс/мм² , второе – предел прочности на изгиб в кгс/мм².

При быстром охлаждении отливок из серого чугуна в поверхностном слое углерод сохраняется в виде цементита, т. е. имеет структуру белого чугуна. Такое литьё называется отбелённым.
Другие сорта чугуна.
В легированных чугунах, кроме обычных примесей, содержаться легирующие элементы – хром, молибден, никель. Ванадий, титан, улучшающие механические свойства чугуна и придающие ему особые физико-механические свойства. Содержание серы и фосфора в этих чугунах минимальное.

Высокопрочные чугуны получают специальной обработкой - модифицированием жидкого чугуна. Модифицирование заключается в добавлении в жидкий чугун модификаторов (магния, ферросилиция..) Модификаторы создают большое количество дополнительных центров кристаллизации.
Марки высокопрочных чугунов: ВЧ 42-12, ВЧ 45-5, ВЧ 80 -3…( первое число – предел прочности на растяжение, второе - относительное удлинение в %).
Ковкий чугун : КЧ 44-12, КЧ 36 -10……

Имеются также антифрикционные , жаростойкие, немагнитные, другие сорта чугунов.
Контрольные вопросы.

1. 
   В каком виде находится углерод в стали? Что представляет собой цементит?
   
2. 
   Как влияют кремний и марганец на свойства стали?
   
3. 
   Что называется красноломкостью и хладноломкостью? Какие химические элементы придают стали эти свойства?
   
4. 
   На какие группы делится сталь обыкновенного качества?
   
5. 
   Что означают в марке стали буквы кп, пс, сп?
   
6. 
   Как маркируются качественные углеродистые стали: конструкционные и инструментальные?
   
7. 
   Какие марки сталей относятся к низкоуглеродистым, средне- и высокоуглеродистым?
   
8. 
   Особенности и марки автоматных сталей.
   
9. 
   Содержание углерода в инструментальных сталях. Как изменяются свойства этих сталей с увеличением содержания углерода?
   
10. 
    Почему нельзя молотки изготавливать из стали У10, У12?
    
11. 
    Как маркируются отливки из серого чугуна? Что означают цифры в марке?
    

Задание.

Смотри приложение «Практическая работа №1 «Классификация и маркировка материалов: углеродистых и легированных сталей и чугунов»».