О стали

чем отличаются углеродистые стали от легированных. Отличие легированной стали от углеродистой. Чем отличается углеродистая сталь от легированной стали

Влияние легирующих элементов

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% Мп.

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 Сг+Мо, Cr+Ni, Cr+Ni+Mo 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. Никель заметно повышает предел текучести стали, но делает сталь чувствительной к перегреву. В связи с этим для измельчения зерна одновременно с никелем в сталь вводят карбидообразующие элементы.

Читайте также:  Швеллер: размеры изделий или как выбрать подходящий профиль

Кремний является некарбидообразующим 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 комплекснолегированных сталях способствуют измельчению зерна, увеличивают прокаливаемость и улучшают некоторые другие свойства стали.

Ванадий и титан – сильные карбидообразущие 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, титана, молибдена и вольфрама в конструкционных сталях недопустимо из-за образования специальных труднорастворимых 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%).

Примеси

Теперь точно понятно, что такое легированная сталь. Но вместе с этим следует знать о наличии некоторых примесей, которые, вне зависимости от марки стали, в ней всегда присутствуют. В большинстве случаев это неметаллы:

Читайте также:  Какое давление выдерживает стальная труба

• Углерод.
• Сера.
• Фосфор.
• Кислород и Азот.
• Водород.

Углерод больше всего оказывает влияние на свойства стали. Если его содержится не более 1,2 %, то материал отличается высокой твердостью и прочностью. Также увеличивается предел текучести. Превышение этой нормы приводит к снижению прочности и пластичности.

Большое содержание серы тоже не на пользу. Более 0,65 % – снижается ударная вязкость, коррозионная стойкость, пластичность. Но, помимо этого, существенно снижается свариваемость стали.

С фосфором надо быть предельно внимательным, поскольку его превышение, даже незначительно, отрицательно сказывается на металле. Снижается вязкость и пластичность, в то же время хрупкость и текучесть возрастают. Все это может отразиться на обработке легированных сталей.

Превышение кислорода и азота приводит к излишней хрупкости материала, а также понижают его вязкость.

Высокое содержание водорода тоже наделяет металл хрупкостью, что нежелательно.

Легирующие элементы — легированная сталь

Легированная сталь

– это особая разновидность стали, содержащая вещества, которые обеспечивают дополнительные свойства сплава – легирующие добавки.
Основные легирующие элементы, применяемые в промышленности, — это хром, кремний, марганец. В легированных сталях этих веществ содержится 0,8-2 процента. Данные легирующие материалы делают сталь более упругой, твердой и прочной. Популярность перечисленных добавок объясняется еще и тем, что все они доступны по цене.
Основная задача, стоящая перед металлургами при легировании стали – это увеличить прочность готового материала, не прибегая к дополнительной термической обработке. В зависимости от того, на какие цели пойдет легированная сталь, воздействуют на ее твердость, жаропрочность, коррозионную устойчивость, прокаливаемость и другие параметры.

Свойства легированной стали зависят от следующих факторов: -свойств самих легирующих элементов; — их количества; -особенности их взаимодействия с железом и углеродом; -характера их взаимодействия друг с другом.

По тому, как именно легирующие элементы взаимодействуют с углеродом, их делят на те, что образуют соли карбиды (молибден, хром, ванадий и другие), и те, которые не образуют данное соединение (никель, кремний, алюминий и другие). Легирующие добавки, способные образовывать карбиды, придают стали повышенную твердость и механическую устойчивость.

Что касается взаимодействия с железом, то влияние легирующих элементов на образование аллотропических форм этого вещества может быть разным. Скажем, титан, молибден, хром увеличивают критическую точку А3 и сокращают область твердых растворов железа. А марганец, цинк, медь и некоторые другие элементы снижают точку А3 и увеличивают область твердых растворов, тем самым воздействуя на то, как происходит термическая обработка легированной стали.

Легирующие примеси оказывают влияние и на то, как происходят перлитное и мартенситное превращения стали.

Нужно отметить, что каждый легирующий элемент воздействует на характеристики стали по-своему. Так, кадмий и медь делают стальные изделия более устойчивыми к износу, поэтому такие стали используются для изготовления кабелей. Добавив в сталь марганец, металлурги повышают лимит текучести, делают материал более прочным, устойчивым к холоду, однако и более чувствительным к перегреванию. Чтобы справиться с этой проблемой, в легированную марганцем сталь добавляют вещества, образующие карбиды.

Наличие конкретного легирующего элемента, структура легированной стали влияют на то, как будет происходить ее обработка (сварка легированной стали, термическая обработка легированной стали и т.д.)

При изготовлении легированных сталей вводится один или несколько легирующих элементов для придания тех или иных свойств готового сплава.

Классификация легированных сталей строится на определенных признаках, например, наличии определенного легирующего вещества или назначении.

Выделяют хромистые, марганцовистые, кремнистые, хромоникелевые, хромомарганцовистые и другие легированные стали, в названии которых уже содержится указание на используемую легирующую добавку.

Читайте также:  Аргонодуговая сварка (TIG/WIG)

В зависимости от назначения стали подразделяют на инструментальные, конструкционные, быстрорежущие, шарикоподшипниковые и другие.

Каждый сорт легированной стали создается для выполнения конкретных задач и обладает уникальными характеристиками. Например, сталь инструментальная легированная применяется для изготовления режущего, измерительного инструмента, промышленного оборудования. Для придания стали выдающейся твердости и режущих свойств в нее вводят редкие, дорогостоящие ванадий, титан, кобальт. В группе инструментальных выделяется быстрорежущая сталь, производимая с добавкой вольфрама.

Маркировка легированных сталей предусматривает использование цифр и литер, которые указывают на состав материала. Марка легированных сталей состоит из букв (соответствие этих букв и обозначаемых ими элементов можно посмотреть в специальной табличке) и стоящих за буквой цифр, показывающих, какой именно процент того или иного вещества содержится в стали. На первом месте в маркировке легированных сталей стоит цифра, указывающая на процентное содержание углерода. Если сталь относится к какой-либо особой группе, то на первую позицию выносится литера: Р (быстрорежущая), Ш (шарикоподшипниковая) и т.д. Буква А, расположенная в середине аббревиатуры, указывает на наличие азота, в конце – на высокое качество стали.

Самыми распространенными являются следующие разновидности легированных сталей:

-хромистые. Обладают повышенной твердостью, прочностью, приемлемой ценой; -марганцевые. Главная характеристика – высокая износоустойчивость; -кремнистые и хромокремнистые. Твердые, упругие, поэтому широко используются для производства пружин и других упругих элементов; -хромованадиевые. Обладают уникальной прочностью, износоустойчивостью, применяются в производстве деталей автомобилей; -хромомолибденовые. Высокая прочность, податливость к сварке и штамповке позволяют использовать такие стали для изготовления деталей машин; — хромомарганцевокремнистые доступнее хромомолибденовых и при этом служат их полноценной заменой; -хромоникелевые. За счет высочайшей прочности и пластичности нашли свое применение в производстве коленчатых валов, поршней и других узлов в машиностроении.

Особенности сварки среднеуглеродистых сталей

Повышенное содержание C – причина проблем при сварке, таких как:

• вероятность образования кристаллизационных трещин;
• появление хрупких структур и трещинообразование;
• трудность получения одинаковой прочности шва и основного металла.

Устранить вероятные проблемы и получить качественное соединение помогут следующие мероприятия:

• Снижение количества C в металле шва. Для решения этой задачи используют низкоуглеродистые электродные стержни и проволоку.
• Обеспечение предварительного и сопутствующего обогрева шва. Подогрев обычно осуществляется до +250…+300°C. Это одна из мер по предотвращению образования хрупких закалочных структур. Чем выше содержание C, тем выше должна быть температура подогрева.
• Модифицирование металла шовной области. Снизить долю основного металла и повысить долю электродного металла в шве можно путем использования сварочной проволоки маленького сечения и низкого сварочного тока. Хорошие результаты показывает сварка на постоянном токе прямой полярности.
• Сварка стальных элементов значительной толщины горкой или каскадом и замедление охлаждения шва. Такие меры позволяют устранить условия для образования хрупких закалочных структур.
• Сварка термоупрочненных марок ведется длинными валиками по ранее проложенным и уже остывшим валикам. Эта технология обеспечивает равную прочность металла шва и околошовной зоны.

Сварка под флюсом для среднеуглеродистых сталей не распространена, поскольку в данном случае она теряет главное преимущество – высокую производительность. Для выравнивания характеристик прочности и пластичности шва и основного металла применяют термообработку, обычно закалку+отпуск.

Краткая характеристика легированных, инструментальных, жаростойких сталей

Справочная информация

Легированные стали в отличие от углеродистых кроме углерода, железа и обычных примесей содержат определенное количество добавок (лигирующие элементы): хром — X, вольфрам — В, молибден — М, медь — Д, кремний — С, алюминий — Ю, бор — Р, цирконий — Ц, никель — Н, ванадий — Ф, марганец — Г, кобальт — К, титан — Т, фосфор — П, ниобий — Б. Каждый легирующий элемент имеет свое назначение.

Свойства легированных сталей зависят от содержания в них легирующих элементов. Никель и хром улучшают механические свойства, повышают жаростойкость и коррозионную стойкость сталей. Вольфрам повышает твердость, прочность, улучшает режущие свойства стали при высоких температурах (красностойкость). Марганец повышает твердость, износостойкость, сопротивление ударным нагрузкам сталей. Кремний повышает упругие свойства стали, увеличивает кислотостойкость сталей. Титан увеличивает жаропрочность и кислотостойкость стали. Молибден улучшает механические свойства при нормальной и повышенной температурах, несколько повышает свариваемость сталей. . Ванадий улучшает пластические свойства стали, измельчает ее микроструктуру. Кобальт увеличивает ударную вязкость и жаропрочность сталей.

Легированные стали по назначению подразделяются: *конструкционные, *инструментальные, *стали со специальными свойствами. Конструкционные стали (низколегированные). Большинство низколегированных сталей содержат углерод нe более 0,6%. Основные легирующие элементы низколегированных сталей — хром, никель, кремний, марганец. Другие легирующие элементы вводят в сталь в небольших количествах, чтобы дополнительно улучшить ее свойства. Общее количество легирующих элементов у большинства сталей не превышает 5%.

Конструкционные низколегированные стали (ГОСТ 19281-73, 19282-73) обладают наилучшими механическими свойствами после термической обработки. При маркировке легированных сталей первые две цифры показывают содержание углерода в сотых долях процента, следующая за ними буква — условно обозначение легирующего элемента, входящего в сталь. Если количество легирующего элемента составляет 2% и более, то после буквы ставится еще цифра, указывающая это количество. (пример: ст.15Х — сталь содержит 0,15% углерода и до 1% хрома, ст.20Х2Н4А — сталь содержит 0,20% углерода, около 2% хрома, 4% никеля, высококачественная (А), т. е. содержит меньше вредных примесей серы и фосфора). Конструкционные легированные стали ст.19Г, ст.14Г, ст.17ГС, ст.14ХГС наиболее широко применяют при строительстве нефтегазопроводов высокого давления диаметром до 820 мм. Сталь 14Г2 используют для крупных листо-сварных конструкций доменных печей, пылеуловителей, воздухонагревателей. Сталь 17ГС предназначается для корпусов аппаратов, днищ, фланцев и других деталей паровых котлов, работающих при температурах до 475° С.

Хромокремненикелевые стали ст.10ХСНД, ст.15ХСНД используют для сварных ферм, конструкций мостов, вагонов, рам, аппаратов и сосудов химической промышленности. Стали ст.35ГС и ст.25Г2С применяются для изготовления арматуры гладкого и периодического профилей, для армирования обычных и предварительно напряженных железобетонных конструкций.

Конструкционные легированные стали хорошо свариваются, не образуют при сварке горячих и холодных трещин. Механические свойства сварных соединений аналогичны свойствам основного металла.

В машиностроении применяют большое количество марок конструкционных легированных сталей, главным образом для изготовления ответственных деталей машин и металлических конструкций: *валов двигателей, *тяжелонагруженных зубчатых колес экскаваторов, автокранов и других строительных машин, *деталей и арматуры, работающих при повышенных температурах. Из кремнистых сталей изготовляют рессоры и пружины.

Инструментальные стали. Инструментальные легированные стали подразделяются: *низколегированные с содержанием легирующих элементов до 5%, *высоколегированные с содержанием легирующих элементов более 10%.

Низколегированные инструментальные стали (ГОСТ 5950-2000): ст.ХВГ, ст.9ХС, после термической обработки обладают более высокими показателями механических свойств по сравнению с углеродистыми инструментальными сталями: имеют более высокую твердость после термообработки (62-65 HRC), повышенные износостойкость и теплостойкость (до 200-250°С), меньшую чувствительность и склонность к перегреву и короблению при термообработке. Низколегированные инструментальные стали применяют для изготовления режущих инструментов большого сечения, работающих при небольших скоростях резания: ручных сверл, протяжек, разверток, гребенок.

Высоколегированные инструментальные стали (ГОСТ 19265-76) содержат большое количество легирующих элементов, образующих в структуре стали химические соединения с углеродом (преимущественно карбиды). Основной легирующий элемент таких сталей — вольфрам. Изделия, изготовленные из высоколегированных инструментальных сталей с большим количеством карбида, сохраняют высокие твердость, прочность и износостойкость при температурах 600-620° С, которые появляются в режущей кромке при резании металлов с большой скоростью. Такие стали называют быстрорежущими. В состав быстрорежущих сталей входят 0,7-0,95% углерода, 3,1-4,4% хрома, 8,5-19% вольфрама, 1-2,5% ванадия. Маркируются быстрорежущие стали следующим образом: ст.Р9, ст.Р18, ст.Р12, где буква Р обозначает, что сталь быстрорежущая, цифры 9, 18, 12 показывают среднее содержание вольфрама, предусмотренное стандартом.

Читайте также:  Современные двигатели с чугунным блоком цилиндров список лучших

У быстрорежущих сталей появляются высокие показатели механических свойств после сложной термической обработки. Из таких сталей изготовляют сверла, фрезы, долбяки, протяжки, развертки, пилы, напильники для твердых металлов и другой инструмент. К быстрорежующим относяться ст.Р14Ф4, кобальтовые ст.Р9К5, ст.Р9КЮ, кобальто-ванадиевые ст.Р10К5Ф5, ст.Р18К5Ф2 и вольфрамо-молибденовая ст.Р6МЗ. Эти стали обладают повышенной теплостойкостью, меньшей хрупкостью. Применяют их для изготовления режущих инструментов, предназначенных для обработки жаропрочных и нержавеющих сталей с высокой вязкостью, титановых сплавов и пластмасс.

Стали со специальными свойствами (ГОСТ 5632-72). В зависимости от основных свойств стали подразделяются на коррозионностойкие, жаростойкие, жаропрочные и износостойкие. Такие стали содержат большое количество легирующих элементов (10-35%).

Коррозионностойкие нержавеющие стали обладают высокой стойкостью против электрохимической коррозии. По основным легирующим элементам — хрому и никелю, коррозионностойкие стали бывают хромистые и хромоникелевые. (к этим сталям относят: ст.12Х18Н9Т, ст.5Х18Н9, ст.15Х25Н19С, ст.45Х17Г13НЗЮ, ст.55Х18П4СТ и другие) Коррозионностойкие стали применяют для изготовления арматуры, коллекторов выхлопных систем, деталей паровых и газовых турбин, деталей химического машиностроения и т.д. Жаростойкие стали, обеспечивающие длительную стойкость деталей в работе при небольших нагрузках, можно использовать при температурах выше 550° С. Такие стали устойчивы против химического разрушения поверхности в газовых средах. К жаростойким сталям относятся стали марок ст.25Х23Н7С, ст.30X21HI2C, ст.15Х6С10, ст.12X13, ст.09Х14Н16Б, ст.15X28. Применяют эти стали для изготовления клапанов двигателей внутреннего сгорания, лопаток компрессоров, деталей котельных установок, газовых турбин, труб пароперегревателей и других деталей, работающих при высоких температурах и небольшом давлении. Жаропрочные стали, обеспечивающие длительную стойкость деталей в работе, можно применять при высоких температурах и больших нагрузках; при этом они сохраняют жаростойкость и высокие показатели механических свойств (прочности, пластичности). К жаропрочным сталям относятся стали марок ст.12Х8ВФ, ст.10X11Н20ТЗР, ст.09Х16Н4Б; их применяют для изготовления деталей турбин, трубопроводов установок сверхвысокого давления и других деталей.

Износостойкая сталь (ГОСТ 2176-77) марки ст.110Т13Л, получившая наибольшее распространение, содержит в среднем 1,1% углерода и 13% марганца. Такая сталь очень трудно обрабатывается режущим инструментом, поэтому ее используют для получения деталей, требующих незначительной механической обработки. Детали изготовляют методом литья, поэтому в маркировке стали на конце стоит буква Л. Из этой стали отливают стрелки железнодорожных путей, гусеницы бульдозеров, щеки каменных дробилок, зубья ковшей экскаваторов, черпаки и козырьки землечерпательных машин, драг и другие детали.

yaruse.ru

Маркировка легированных сталей

Марка легированной качественной стали состоит из сочетания букв и цифр, обозначающих ее химический состав. Легирующие элементы имеют следующие обозначения (ГОСТ4547-71): 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 содержание углерода в сотых долях процента. Кроме того, высококачественные легированные стали имеют в конце марки букву А, а особо высококачественные – Ш.

Например, сталь марки 30ХГСН2А: высококачественная легированная сталь содержит 0,30% углерода, до 1% хрома, марганца, кремния и до 2% никеля; 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.

Легированные конструкционные стали делят на цементуемые, улучшаемые и высокопрочные.

Состав стали

Легированная сталь в своём составе использует элементы:

Марганца (Mn) — Г; кремния (Si) — С; хрома (Cr) — Х; никеля (Ni) — Н; меди (Cu) — Д; азота (N) — А; ванадия (V) — Ф; ниобия (Nb) — Б; вольфрама (W) — В; селена (Se) — Е; кобальта (Co) — К; бериллия (Be) — Л; молибдена (Mo) — М; бора (B) — Р; титана (Ti) — Т; алюминия (Al) — Ю.

Читайте также:  Быстрорежущая сталь Р18. Расшифровка, состав и обработка

Помимо того, что входят основные элементы, сделано добавление таких, как:

Главный из наиболее важных параметров, по которым сталь делят на разнообразные классы – это их химический состав элементов.

Остальные добавления задают металлу отличительные качества. Добавленный хром задаёт сплаву повышенный уровень на прочности и текучести, несмотря на это, сохраняя приемлемый уровень вязкости. Добавление вольфрама обеспечивает сплаву норму твёрдости и задаёт хороший уровень устойчивости во время отпуска. Добавление молибдена задаёт уровень прокаливаемости и повышает уровень пластичности и вязкости.

Различия состава варьируются от общего процента легирующих элементов:

• На высоколегированные – больше 10%.
• На среднелегированные – больше 2.5 – 10%.
• На низколегированные – не более 2.5%.

Конструкционные легированные стали имеют определённое преимущество после термообработки, в отличие от углеродистых. Это говорит о том, что элементы легирования значительно влияют на диффузионные процессы, что протекают при термообработке. В материал добавлено большее количество элементов легирования, потому они приходят под видом сортовых прокатов, это круглые, квадратные, шестигранные, а иногда как калибровочные листы, поковки и прочие полуфабрикаты.

Основное отличие — легированная сталь против углеродистой стали

Сталелитейная промышленность является одной из крупнейших отраслей промышленности в мире. Сталь производится в основном путем смешивания железа с другими металлическими или неметаллическими элементами. Целью производства стали является получение различных свойств путем смешивания железа с другими элементами. Легированная сталь и углеродистая сталь — это два вида стали, которые отличаются друг от друга по своему составу. Основное различие между легированной сталью и углеродистой сталью состоит в том, что легированная сталь имеет большое количество других элементов, кроме железаи углерод в то время как углеродистая сталь имеет следовые количества других элементов, кроме железа и углерода.

Ключевые области покрыты

1. Что такое легированная сталь
— Определение, свойства, использование
2. Что такое углеродистая сталь
— Определение, свойства, использование
3. В чем разница между легированной сталью и углеродистой сталью
— Сравнение основных различий

Ключевые термины: легированная сталь, углерод, углеродистая сталь, железо, сталь

Разница между легированной сталью и углеродистой сталью

Цементуемые легированные стали (ГОСТ 4543-71)

Цементуемые стали – это низкоуглеродистые (до 0,25 С), низко- (до 2,5%) и среднелегированные (2,5-10% суммарное содержание легирующих элементов) стали. Эти стали (табл. 4) предназначены для деталей машин и приборов, работающих в условиях трения и испытывающих ударные и переменные нагрузки. Работоспособность таких деталей зависит от свойств сердцевицы и поверхностного слоя металла. Цементуемые стали насыщают с поверхности углеродом (цементуют) и подвергают термической обработке (закалке и отпуску). Такая обработка (см. гл. V) обеспечивает высокую поверхностную твердость (HRC 58-63) и сохраняет требуемую вязкость и заданную прочность сердцевины металла.

Таблица 4. Цементуемые легированные стали

XIX. Стали инструментальные углеродистые: классификация, маркировка и применение

сталь с содержанием углерода от 0,7 % и выше. Эта сталь отличается высокой твёрдостью и прочностью (после окончательной термообработки) и применяется для изготовления инструмента. Инструментальная углеродистая сталь делится на качественную и высококачественную. Содержание серы и фосфора в качественной инструментальной стали — 0,03 % и 0,035 %, в высококачественной — 0,02 % и 0,03 % соответственно.

Инструментальные стали делятся на четыре категории:

Пониженной прокаливаемости (преимущественно углеродистые)

Повышенной прокаливаемости (легированные)

Выпускается по ГОСТ 1435-99 следующих марок: У7; У8; У8Г; У9; У10; У11; У12; У13; У7А; У8А; У8ГА; У9А; У10А; У11А; У12А; У13А

c У7, У7А Для обработки дерева ; У8, У8А, У8Г, У8ГА, У9, У9А Для изготовления инструментов, работающих в условиях, не вызывающих разогрева режущей кромки ; У10А, У12А Для сердечников ; У10, У10А Для игольной проволоки ; У10, У10А, У11, У11А Для изготовления инструментов, работающих в условиях, не вызывающих разогрева режущей кромки ; У12, У12А Для метчиков ручных, напильников, шаберов слесарных; У13, У13А Для инструментов с повышенной износостойкостью при умеренных и значительных удельных давлениях

Улучшаемые легированные стали (ГОСТ 4543-71)

Это среднеуглеродистые (0,25-0,6% С) и низколегированные стали. Для обеспечения необходимых свойств (прочности, пластичности, вязкости) эти стали (табл. 5) термически улучшают (см. главу 5), подвергая закалке и высокому отпуску (500-600°С).

Таблица 5. Улучшаемые легированные стали

Обработка углеродистых сталей

Основными видами обработки УС являются: отжиг, закалка, нормализация, старение и отпуск.

• Углеродистые стали обыкновенного качества. Сплав группы А поставляются для изделий, которые не подвергаются обработке. Группа Б – это материалы, которые предназначены для штамповки, ковке, а иногда и температурной обработке. Группа В – это сплавы, которые могут обрабатываться методом сварки.
• Сталь углеродистая качественная. Этот материал можно подвергать химикотермической обработке, нормализации, холодной механической обработке, высадке, штамповке и обработке давлением. Особенности технологического процесса зависят от конкретной марки.

Одним из главных преимуществ этого железного сплава является его невысокая стоимость. Именно этот фактор обуславливает широкую применяемость материала.

Требования к материалу

Требования к данным материалам предъявляются в зависимости от того, как именно они будут использоваться. Но есть общие требования к ним независимо от марок:

• высокий уровень твердости;
• высокий уровень прочности;
• износостойкость;
• хорошая вязкость, что особенно важно при изготовлении деталей, которые при использовании будут подвергаться ударам;
• низкий уровень чувствительности к перегреву, процессам прилипания и приваривания к деталям, которые подвержены обработке;
• хороший уровень обработки посредством резки металла;
• устойчивость к появлению трещин;
• восприимчивость к прокаливанию;
• пластичность в горячем виде;
• возможность шлифовки;
• возможность противостоять обезуглероживанию.

Естественно, это не все требования. Так, марки, которые предназначаются для использования в условиях холодной деформации, дополнительно должны иметь гладкую рабочую поверхность, сохранять свою форму и размер и иметь предел текучести и упругости. А те материалы, которые должны применяться в условиях горячей деформации, должны иметь высокую теплопроводность, не допускать отпуска и быть устойчивыми к колебанию температур.

Разновидности ЛС

В зависимости от количества легирующих добавок сталь может разделяться на три вида:

• Низколегированная сталь – содержит не более 2,5 % добавок.
• Среднелегированная сталь – количество легирующих элементов варьируется от 2,5 до 10 %.
• Высоколегированная сталь – здесь речь идет о большем содержании 10 % и выше.

При этом учитывается именно суммарное количество легирующих добавок.

Чтобы получить определенные качества, легированные стали проходят процесс нормализации. Это когда материал нагревается до температуры 900 °C, а после этого он охлаждается на воздухе.

Исходя из этого, «маркировка» легированных сталей может выглядеть так:

• Перлитная – содержание легирующих добавок у таких сталей колеблется от 5 % до 7 %. Получаются следующие структуры: перлит, сорбит, тростит.
• Мартенситная – здесь легирующих элементов больше 7-15 %, углерода при этом не более 0,55 %.
• Аустенитная – помимо содержания легирующих элементов (более 15 %), здесь присутствует никель (8 %) и марганец (13 %). Содержание же углерода здесь не более 0,2 %.
• Ферритная – у такой структуры углерода также содержится не больше 0,2 %. В то время как хрома здесь 17-30 %, кремния 2,5 % (не менее). Такие стали можно отнести к малоуглеродистым.
• Карбидная (ледебуритная) – это уже высокоуглеродистые марки (0,7 % С). В основном содержат вольфрам, ванадий, молибден и хром.

Получение разной марки легированной стали, точнее ее структуры, зависит не только от скорости охлаждения металла на воздухе, но и от количества легирующих добавок и углерода.

Высокопрочные легированные стали

Улучшаемые и цементуемые стали после термической обработки дают прочность до σв=1300 МПа и вязкость до КС=0,8-1,0 МДж/м2. Для создания новых современных машин такой прочности недостаточно. Необходимы стали с пределами прочности σв=1500-2000 МПа. Для этих целей применяют комплексно-легированные и мартенситостареющие стали (табл. 6).

Таблца 6. Высокопрочные легированные стали

Примечания: 1) Показатели механических свойств в числителе – после закалки от 900°С и низкого отпуска при 250°С, в знаменателе – после изотермической закалки. 2) Показатели механических свойств для стали в состоянии после закалки на воздухе и последующего старения.

Комплексно-легированные стали – это среднеуглородистые (0,25-0,6% С) легированные стали, термоупрочняемые при низком отпуске или подвергающиеся термомеханической обработке (см. главу 5).

Мартенситостареющие стали – это новый класс высокопрочных легированных сталей на основе безуглеродистых (не более 0,03% С) сплавов железа с никелем, кобальтом, молибденом, титаном, хромом и другими элементами. Мартенситостареющие стали закаливают на воздухе от 800-860°С с последующим старением при 450-500°С.

Виды нелегированных углеродистых сталей по содержанию углерода

Низкоуглеродистые с содержанием C не более 0,25%

Большая часть этой продукции выпускается в виде холоднокатаных или отожженных листов и полос. Свойства, а следовательно области ее применения, зависят от процентного соотношения компонентов:

Читайте также:  Классификация и применение нержавеющих сталей

• До 0,1% C, Mn менее 0,4%. Высокая способность к горячей деформации и холодному волочению. Материалы востребованы при производстве проволоки, очень тонкого листа, используемого при изготовлении тары, а также для изготовления корпусов автомобилей.
• C 0,1-0,25%. Способность к деформированию ниже, чем у вышеописанной группы, но твердость и прочность выше. Часто эти марки востребованы для производства деталей с цементуемым поверхностным слоем. Процесс цементации позволяет получить износостойкий поверхностный слой в сочетании с вязкой сердцевиной. Это актуально для валов и шестерен.
• C на уровне 0,25%, Mn и Al – до 1,5%. Обладают высокой вязкостью. В металлы, предназначенные для штамповки, ковки, производства бесшовного трубного проката и листа для котлов, алюминий не добавляют.
• C на уровне 0,15%, Mn – до 1,2%, Pb до 0,3% или без него, минимальное количество Si. Эту группу применяют в массовом производстве на автоматических линиях деталей, не предназначенных для восприятия серьезных механических и температурных нагрузок. Для изделий с высокими требованиями по пластичности, вязкости, коррозионной стойкости сплавы не применяются.

Среднеуглеродистые с C0,2-0,6%

Содержание марганца обычно находится в пределах 0,6-1,65%. Применяются при производстве продукции, запланированной для эксплуатации при высоких нагрузках. Обычно их производят спокойными. Упрочняются нагартовкой или термообработкой. Все стали этой группы могут подвергаться ковке. Данная металлопродукция широко применяется в машиностроении. Марки с высоким содержанием углерода (0,4-0,6%) востребованы при производстве железнодорожных рельсов, колес и осей вагонов.

Высокоуглеродистые – 0,6-2,0%

Повышение количества углерода до 1% приводит к росту прочности и твердости при постепенном снижении предела текучести и пластичности. При росте процентного соотношения C выше 1% начинается формирование грубой сетки из вторичного мартенсита, приводящей к понижению прочности материала. Поэтому стали с содержанием C более 1,3% практически не изготавливают.

Высокоуглеродистые марки имеют высокую себестоимость изготовления, обладают низкой пластичностью, плохо свариваются. Область применения этой группы достаточно ограничена – производство режущего инструмента, в том числе предназначенного для землеройной и сельскохозяйственной техники, изготовление высокопрочной проволоки.

XX. Белые чугуны: получение, свойства, применение

Получение белого чугуна зависит от наличия в составе чугуна карбидо-образующих элементов и скорости охлаждения. Наличие марганца, хрома, ванадия, вольфрама, молибдена и ряда других элементов способствует образованию белого чугуна. Повышенные скорости охлаждения также способствуют образованию белого чугуна.

белый чугун обладает высокой твердостью (HB = 4500 – 5500 МПа), хрупок и практически не поддастся обработке резанием. Поэтому белый чугун имеет ограниченное применение, как конструкционный материал.

Белый чугун как конструкционный материал не применяется. Весь он идет на дальнейшую выплавку стали, поэтому называется иногда передельным чугуном

Свойства низкоуглеродистой стали

Свойства низкоуглеродистой стали не имеют высоких показателей прочности. Пластичность и вязкость напротив — высокие. Марки низкоуглеродистой стали иногда предназначаются для изготовления цементуемых изделий, которые нуждаются в дополнительной цементации для достижения необходимой твердости и придания им износоустойчивости посредством дальнейшей обработки. Изделия из такой стали достаточно хорошо свариваются и куются.

Свойства низколегированной стали не позволяют выполнять полноценные работы с этим металлом. Однако, если провести процесс нормализации и холодного волочения, значительно можно увеличить обрабатываемость поверхности. Благодаря хорошей пластичности (5 = 33…23%), низкоуглеродистые стали можно успешно подвергать холодной деформации, при этом не теряются механические свойства, так как местное перенапряжение равномерно распределяется и трещины не образуются. Такая сталь слабо поддается закаливанию и хорошо сваривается.

Свойства низкоуглеродистой стали имеют ряд недостатков:

• низкая прочность Те = 330…460 МПа, Сто,2 = 200…280МПа;
• малая ударная вязкость;
• очень чувствительная к механическому старению, так как при повторных нагрузках она чувствует концентрацию напряжения, поэтому из нее не изготавливают изделия, подвергающиеся повторным нагрузкам.