Программа для чтения pdfфайлов. Загл с этикетки диска
 Скачать 5.98 Mb.
|
|
79 температура A 3 при повышенной концентрации легирующего элемента понижается до нормальной температуры [1]. Таким образом, все сплавы, в которых концентрация легирующего элемента превышает значение, обозначенное точкой Y на рисунке 4.9а, не испытывают α↔γ фазовых превращений и при всех температурах представляют собой твердый раствор легирующего элемента в γ-железе [1]. Такие сплавы называются аустенитными. Рисунок 4.9 – Влияние легирующих элементов на полиморфные превращения железа К элементам второй группы относятся Cr, Mo, W, V, Al, Si, Ti, Zr и Nb. Они в отличие от элементов первой группы, наоборот, понижают температуру A 4 и повышают температуру A 3 , в результате чего область существования α-фазы расширяется, а γ-фазы – сужается (рисунок 4.9, б). Из рисунка 4.9б видно, что при концентрации легирующих элементов, соответствующей точке X, интервалы критических точек A 3 и A 4 сливаются, замыкая тем самым область γ-фазы. Сплавы, в которых концентрация легирующего элемента превышает значение, обозначенное точкой X, представляют собой твердый раствор легирующего элемента в α-железе. Такие сплавы называются ферритными. Легирующие элементы оказывают влияние на температуру A 1 . Ni и Mn 80 снижают эту температуру, а Si, Mo, Ti, W и другие элементы, наоборот, повышают ее (рисунок 4.10). Рисунок 4.10 – Схема влияния легирующих элементов на критическую точку A 1 От легирующих элементов зависит концентрация углерода в перлите (рисунок 4.11) и предельная растворимость углерода в аустените [1]. Ni, Co, Si, W, Mo, Cr, Mn уменьшают эвтектоидную концентрацию углерода, сдвигая точки S и E влево, а V, Ti, Nb наоборот увеличивают содержание углерода в эвтектоиде. 81 Рисунок 4.11 – Схема влияния легирующих элементов на содержание углерода в эвтектоиде перлите – точка S Практически все легирующие элементы при введении их в состав стали в количестве 1 – 2 % за исключением никеля значительно упрочняют феррит (рисунок 4.12, а), но уменьшают его ударную вязкость (рисунок 4.12, б) и увеличивают склонность стали к хрупкому разрушению, повышая порог хладноломкости (рисунок 4.13). Рисунок 4.12 – Схема влияния легирующих элементов на свойства феррита: а – твердость; б – ударная вязкость 82 Рисунок 4.13 – Схема влияния легирующих элементов на порог хладноломкости железа По отношению к углероду легирующие элементы делятся на графитизирующие (некарбидобразующие) Si, Ni, Cu, Al, Co и карбидообразующие Fe→Mn→Cr→Mo→W→Nb→V→Zr→Ti (расположены по степени возрастания сродства к углероду и устойчивости карбидных фаз) [1]. Mn, Cr, Mo, W, присутствующие в стали в малом количестве, растворяются в цементите, заменяя в нем атомы железа и образуют так называемый легированный цементит, состав которого выражается формулой (Fe, M) 3 C (M – легирующий элемент). Повышенное содержание Cr, Mo, W способствует формированию специальных карбидов. Ti, Nb, V образуют самостоятельные карбиды, так как в феррите практически не растворяются. Образующиеся в легированных сталях карбиды подразделяются на две группы. Первая группа состоит из карбидов, имеющих сложную кристаллическую решетку и при нагреве легко растворимых в аустените (карбиды типа M 3 C, M 7 C 3 , M 23 C 6 и M 6 C(M 4 C)). Ко второй группе относятся карбиды типа MC и M 2 C, представляющие собой фазы внедрения, они имеют простую кристаллическую решетку и в условиях нагрева почти не 83 растворяются в аустените. Некарбидообразующие элементы, за исключением кобальта замедляют кинетику распада аустенита (рисунок 4.14, а). Карбидообразующие элементы способствуют формированию двух интервалов изотермического распада аустенита (рисунок 4.14, б): перлитное превращение (в пластинчатые структуры) и бейнитное превращение (в игольчатые структуры). Рисунок 4.14 – Схема диаграмм изотермического распада аустенита: а – углеродистая сталь (1) и сталь, легированная некарбидообразующими элементами (2); б – углеродистая сталь (1) и сталь, легированная карбидообразующими элементами (2) Как видно из рисунка 4.14, легирующие элементы, замедляя скорость распада аустенита, смещают линии на диаграмме вправо, что способствует более глубокой прокаливаемости стали. Также легирующие элементы изменяют температурный интервал мартенситного превращение (рисунок 4.15, а), влияя тем самым и на 84 количество остаточного аустенита (рисунок 4.15, б). Рисунок 4.15 – Схема влияния легирующих элементов на температуру мартенситного превращения (а) и количество остаточного аустенита (б) Все легирующие элементы, кроме марганца и бора, уменьшают склонность аустенитного зерна к росту. При этом элементы, которые не образуют карбидов, оказывают слабое влияние на рост зерна, а карбидообразующие элементы способствуют формированию мелкозернистой структуры. Если легирующие элементы, содержаться в стали в высоком количестве, то они образуют с железом или друг с другом интерметаллические соединения. Классификация сталей Стали классифицируются по следующим основным признакам: по химическому составу; по качеству; по степени раскисления; по структуре; по назначению 85 По химическому составу стали делятся на: углеродистые; легированные. Углеродистые стали, в свою очередь, классифицируются в зависимости от содержания углерода (таблица 4.5). Таблица 4.5 – Классификация углеродистых сталей Стали Массовая доля углерода, % Низкоуглеродистые менее 0,025% Среднеуглеродистые 0,025 – 0,6% Высокоуглеродистые более 0,6% Легированные стали классифицируются в зависимости от количества легирующих элементов (таблица 4.6). Таблица 4.6 – Классификация легированных сталей Стали Содержание легирующих элементов, % Низколегированная менее 2,5% Среднелегированная 2,5 – 10% Высоколегированная более 10% По качеству, которое определяется содержанием вредных примесей (серы и фосфора), стали делятся на четыре группы (таблица 4.7). Таблица 4.7 – Классификация сталей по качеству Группа сталей S,% P,% Обыкновенного качества 0,045 – 0,060 0,040 – 0,070 Качественные не более 0,040 0,035 – 0,040 Высококачественные не более 0,025 не более 0,025 Особовысококачественны не более 0,015 не более 0,025 86 е По степени раскисления стали делятся на: кипящие (характеризуется большой степенью выделения газов при затвердевании стали в изложнице); спокойные (характеризуется полным раскислением); полуспокойные (раскисляется только частично). По структуре стали классифицируются на классы в отожженном (равновесном) и нормализованном (после охлаждения на воздухе) состоянии. После отжига: доэвтектоидные (с избыточными ферритными включениями); эвтектоидные (имеющие перлитную структуру); заэвтектоидные (с включениями вторичных карбидов); ледебуритные (с включениями первичных карбидов); аустенитные; ферритные. Углеродистые бывают первых трех классов, а легированные – всех шести. После нормализации: перлитные (с низким содержанием легирующих элементов и невысокой устойчивостью переохлажденного аустенита); мартенситные (со средним содержанием легирующих элементов и высокой устойчивостью аустенита); аустенитные (с высоким содержанием легирующих элементов и аустенитной структурой при комнатной температуре). По назначению стали делятся на следующие группы: Конструкционные (машиностроительные и строительные); Инструментальные (быстрорежущие и штамповые); 87 Стали с особыми физическими и химическими свойствами (коррозионностойкие, жаропрочные, электротехнические, магнитные и др.). Маркировка сталей Углеродистые стали обыкновенного качества маркируются в соответствии с ГОСТ 380-2005 [8]. Массовая доля серы и фосфора в стали всех марок, кроме Ст0, не должна превышать 0,050% и 0,040% соответственно. В стали Ст0 массовая доля этих элементов не должна превышать 0,060% для серы и 0,070% для фосфора. В более ранних публикациях данного ГОСТа (ГОСТ 380-71 [9]) углеродистую сталь обыкновенного качества подразделяли на три группы: А – с гарантированными механическими свойствами (не подвергаемая горячей обработке) – Ст0, Ст1, Ст2, Ст3, Ст4, Ст5, Ст6; Б – с гарантируемым химическим составом (подвергаемая горячей обработке) – БСт0, БСт1, БСт2, БСт3, БСт4, БСт5, БСт6; В – с гарантируемыми механическими свойствами и химическим составом – ВСт0, ВСт1, ВСт2, ВСт3, ВСт4, ВСт5, ВСт6; Нелегированные конструкционные качественные и специальные стали маркируются в соответствии с ГОСТ 1050-2013 [10]. Ст 3 Г сп Условный номер марки (от 0 до 6) в зависимости от химического состава (с увеличением номера повышается содержание углерода, растет прочность и снижается пластичность) Обозначает сталь Обозначается марганец, если его массовая доля в составе стали 0,80% и более Степень раскисления: кипящая (кп), полуспокойная (пс), спокойная (сп). У стали Ст0 она не обозначается 88 Нелегированные конструкционные качественные стали обозначаются двузначными цифрами (от 05 до 20), которые показывают содержание углерода в сотых долях процента, и степенью раскисления («кп» - кипящая сталь, «пс» - полуспокойная сталь, отсутствие букв – спокойная сталь). Примеры: 05кп, 15, 20пс. Нелегированные конструкционные специальные стали обозначаются двузначными цифрами (от 25 до 60), которые показывают содержание углерода в сотых долях процента, и возможным наличием следующих букв: А – обозначает высококачественную сталь с содержанием серы и фосфора менее 0,025%; пп – обозначают технологию горячего прокатывания (продольную прокатку); «селект» - выборка партий металла с наименьшим разбросом параметров, а значит с более точными прогнозируемыми механическими свойствами (для наиболее ответственных конструкций). Также в обозначении некоторых нелегированных специальных сталей после двузначной цифры ставится Г или Г2, что определяет массовую долю марганца в стали менее 1% или около «% соответственно. Примеры: 30, 50А, 60пп, 60пп «селект», 40Г, 50Г2. Углеродистые инструментальные стали маркируются в соответствии с ГОСТ 1435-99 [11]. Легированные стали маркируются цифрами и буквами. Двузначные цифры в начале обозначают среднее содержание углерода в сотых долях У 8 Г Углеродистая сталь Массовая доля углерода в десятых долях процента Высококачественная сталь с содержанием серы и фосфора менее 0,025% А Повышенная массовая доля марганца 89 процента. Буквы русского алфавита определяют легирующий элемент (таблица 4.8). Цифры, следующие за буквами, показывают примерное содержание соответствующего легирующего элемента в целых процентах. Отсутствие цифры после буквы указывает на то, что содержание легирующего элемента составляет не более 1%. Таблица 4.8 – Обозначение легирующих элементов [12] Обозначение в марке стали Элемент Обозначение в марке стали Элемент Х хром (Cr) Д медь (Cu) Н никель (Ni) Ф ванадий (V) М молибден (Mo) С кремний (Si) В вольфрам (W) П фосфор (P) К кобальт (Co) Р бор (B) Т титан (Ti) Б ниобий (Nb) А азот (N) только в середине обозначения Ц цирконий (Zr) Г марганец (Mn) Ю алюминий (Al) Е селен (Se) Ч редкоземельные металлы Большинство конструкционных легированных сталей выплавляется качественными (38ХМ, 60С2Г, 13ХФЮ). Высококачественные легированные стали определяются буквой «А», размещенной в конце обозначения (38ХНЗМА, 30ХГСА, 60ХФА). Литейные конструкционные нелегированные и легированные стали (ГОСТ 977-88 [13]) маркируются добавлением буквы «Л» в конце обозначения. Примеры: 20Л, 55СЛ, 08ГДНФЛ. В начале марки инструментальных легированных сталей (ГОСТ 5950- 2000 [14]) либо указывается однозначное число, которое показывает содержание углерода в десятых долях процента, либо число не указывается совсем, когда массовая доля углерода составляет не более 1%. Все 90 инструментальные легированные стали высококачественные, поэтому буква «А» в конце обозначения не ставится. Примеры: 9Х5ВФ, Х12МФ, 4Х4ВМФС. Быстрорежущие инструментальные легированные стали (ГОСТ 19265-73 [15]) маркируются буквой «Р» в начале обозначения, а цифра стоящая после буквы «Р» указывает на среднюю массовую долю основного легирующего элемента – вольфрама. Массовая доля углерода в таких сталях не превышает 1%. Примеры: Р6М5, Р18, Р12Ф3. Стали специального назначения. Автоматные стали (конструкционные стали высокой обрабатываемости резанием) ГОСТ 1414-75[16] маркируются буквами, указывающими название стали: «А», – автоматная сернистая, «АС» - автоматная свинецсодержащая и двухзначной цифрой, которая показывает среднее значение углерода в сотых долях процента. Примеры: А12, АС35Г2, АС12ХН. Подшипниковые стали (ГОСТ 801-78 [17]) маркируется буквами «Ш» – индекс данной группы, «Х» – указывает на наличие хрома в стали и числом, показывающим содержание хрома в десятых долях процента, «С» и «Г» - означает легирование кремнием (до 0,85%) и марганцем (до 1,7%). Содержание углерода в такой стали составляет не более 1%. Примеры: ШХ15, ШХ15СГ, ШХ4, ШХ20СГ. Некоторые марки нелегированных сталей, применяемых для изготовления деталей и частей котлов и сосудов, работающих при повышенной температуре и под давлением (ГОСТ 5520-2017 [18]) в конце обозначения имеют букву «К», что указывает на назначение стали. Примеры: 15К, 18К, 22К. Строительные стали (ГОСТ 27772-2015 [19]) маркируются буквой «С», определяющей назначение стали и цифрами, обозначающими предел текучести в Н/мм 2 . В конце наименования могут присутствовать буквы «К» и «П», которые указывают на повышенную коррозионную стойкость и 91 повышенную огнестойкость соответственно, или цифра 1, показывающая вариант химического состава. Примеры: С235, С390, С390-1, С345К, С355П. Пример: ШХ6 - шарикоподшипниковая сталь с содержанием углерода 1% и хрома 0,6%. Примеры расшифровки маркировки стали Ст1кп Сталь конструкционная углеродистая обыкновенного качества, по степени раскисления – кипящая. Сталь 20пс Сталь конструкционная углеродистая (нелегированная) качественная, по степени раскисления полуспокойная, с массовой долей углерода около 0,20%. Сталь 50А Сталь конструкционная углеродистая (нелегированная) высококачественная (с содержанием серы и фосфора менее 0,025%), массовая доля углерода около 0,50%. Сталь 13ХФЮ Сталь конструкционная легированная качественная с массовой долей углерода около 0,13%, содержит следующие легирующие элементы: хром, ванадий и алюминий, присутствующие в составе стали в количестве не более 1% каждый. Сталь 55СЛ Литейная конструкционная легированная кремнием (не более 1%) сталь с массовой долей углерода около 0,55%. Сталь Р18 Быстрорежущая инструментальная легированная сталь с массовой долей углерода не более 1%, основной легирующий элемент – вольфрам, присутствующий в стали в количестве 18%. Сталь АС35Г2 92 Автоматная свинецсодержащая сталь, содержащая 0,35% углерода и легированная приблизительно 2% марганца. Сталь ШХ4 Конструкционная подшипниковая сталь, содержащая не более 1% углерода и около 0,4% хрома. Сталь 22К Конструкционная углеродистая качественная сталь, содержащая примерно 0,22% углерода, применяется для изготовления деталей и частей котлов и сосудов, работающих при повышенной температуре и под давлением. С345К Строительная сталь с пределом текучести 345 Н/мм 2 , обладает повышенной коррозионной стойкостью. |