Стали обыкновенного качества
Состав углеродистых сталей; влияние углерода и постоянных примесей, содержащихся в сталях на их свойства. Классификация сталей. Углеродистые стали обыкновенного качества, качественные, автоматные и инструментальные. Принцип маркировки, свойства, применение.
Углеродистая сталь — нелегированная конструкционная или инструментальная сталь, содержащая менее 2,14% углерода
Состав и Свойства
Для плавки стали используется углерод и дополнительные элементы. В зависимости от будущего назначения к материалу предъявляются определенные требования: твердость, пластичность, текучесть и т.д. Корректировку этих параметров можно осуществлять с помощью изменения % содержания углерода.
Его соотношение к общему объему является одним из основных условий разделения стали на виды.
Их отличительные качества и особенности описаны в нормативных документах:
Обыкновенного качества – ГОСТ 380-85.
Конструкционная – ГОСТ 380-88.
Инструментальная – ГОСТ 1435-54 и ГОСТ 5952-51.
Содержание углерода определяет показатель твердости. Чем его больше – тем прочнее будет изделие. Однако нужно учитывать, что одновременно с этим возрастает хрупкость.
В зависимости от этого показателя сталь разделяют на несколько видов:
Низкоуглеродистая – до 0,25%. Отличается хорошей пластичностью, относительно легко поддается деформации, как в холодном состоянии (годна для холодной ковки), так и под воздействием высоких температур.
Среднеуглеродистые – от 0,3% до 0,6%. Обладает достаточной прочностью, но также имеет хорошие показатели пластичности и текучести, что важно для обработки. Область применения – элементы конструкций, эксплуатация которых подразумевает нормальные условия.
Высокоуглеродистые – от 0,6% до 1,4%. Из нее изготавливают высокопрочный инструмент, приборы для измерения.
Каждый из этих видов стали имеет определенную область применения.
ТАБЛИЦА В ПРЕЗЕНТАЦИИ
Влияние примесей стали на ее свойства.
Кремний – увеличивает прочность, износостойкость и придает упругие и антифрикционные качества. При содержании более 2 % снижает пластичность. Повышает прокаливаемость, но увеличивает температуру закалки, нормализации и отжига.
Марганец – повышает прокаливаемость и механические, в особенности упругие, свойства. При содержании более 1,5 % сообщает склонность к отпускной хрупкости. При содержании около 13 % и выше придает стали аустенитную структуру, противоударную стойкость, высокую износостойкость при сухом трении. При нагреве способствует росту зерна.
Сера является вредной примесью. Сера находится в стали главным образом в виде FeS. Это соединение сообщает, стали хрупкость при высоких температурах (красноломкость). Сера увеличивает истираемость стали, понижает сопротивление усталости и уменьшает коррозионную стойкость. Увеличение хрупкости стали при повышенном содержании серы используется иногда для улучшения обрабатываемости на станках.
Фосфор является вредной примесью. Он образует с железом соединение Fe3P, которое растворяется в железе. Кристаллы этого химического соединения очень хрупки. Обычно они располагаются по границам зерен стали, резко ослабляя связь между ними, вследствие чего сталь приобретает очень высокую хрупкость в холодном состоянии (хладноломкость).
Влияние углерода на свойства углеродистых сталей.
Главным элементом стали, является углерод. С повышением содержания углерода прочность стали существенно возрастает из-за увеличения количества цементита в фазовом составе стали.
К низкоуглеродистым относятся, стали, содержащие до 0,25 % углерода. Это достаточно мягкие, пластичные, хорошо деформируемые в холодном и горячем состоянии стали.
Среднеуглеродистые стали содержат 0,3 – 0, 6 % углерода. Они обладают хорошими прочностными свойствами при небольшой пластичности и вязкости. Стали с таким содержанием углерода являются широко распространенным конструкционным материалом для деталей, работающих в условиях обычных силовых нагрузок.
Высокоуглеродистые стали содержат свыше 0,6 % углерода (до 1,3 – 1,4 %), за счет чего они обладают высокой твердостью и очень низкой пластичностью и вязкостью.
Стали с содержанием углерода более 0,7 % в основном используются в штампово-инструментальном производстве холодного и горячего деформирования. Кроме того, из этих сталей изготавливают режущий и мерительный инструменты. С повышением содержания углерода увеличивается прочность и твердость стали, а пластичность и вязкость снижаются.
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 %
·По равновесной структуре:доэвтектоидные, эвтектоидные, заэвтектоидные.
· По качеству. Количественным показателем качества является содержания вредных примесей: серы и фосфора:
-
, 
– углеродистые стали обыкновенного качества: -
–качественные стали; -
–высококачественные стали.
· По способу выплавки:
- в мартеновских печах;
- в кислородных конверторах;
- в электрических печах: электродуговых, индукционных и др.
· 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.
Автоматные стали
Эти стали отличаются хорошей обрабатываемостью резанием за счет повышенного содержания серы и фосфора. Оба этих элемента повышают стойкость инструмента. Автоматные стали маркируют буквой А (автоматная) и цифрами, показывающими среднее содержание углерода в сотых долях процента. Если автоматная сталь легирована свинцом, то обозначение марки начинается с сочетания букв «АС». Чтобы не проявлялась красноломкость, в сталях увеличено количество марганца. Добавление в автоматные стали свинца, селена и теллура позволяет в 2-3 раза сократить расход режущего инструмента.
Стали А11, А12, А20 используют для крепежных деталей и изделий сложной формы, не испытывающих больших нагрузок, но к ним предъявляются высокие требования по точности размеров и чистоты поверхности.
Стали А30 и А40Г предназначены для деталей, испытывающих более высокие напряжения.
Свинецсодержащие стали широко применяют для изготовления деталей двигателя.
Инструментальные углеродистые стали. Инструментальной углеродистой называется сталь с содержанием углерода от 0,7 % и выше. Эта сталь отличается высокой твердостью и прочностью и применяется для изготовления инструмента. Инструментальная углеродистая сталь делится на качественную и высококачественную.
Углеродистые стали (ГОСТ 1435-90) производят качественные – (У7, У8, У9, …, У13) и высококачественные – (У7А, У8А, У9А,…, У13А).
Буква А в марке показывает, что сталь углеродистая, а цифра – среднее содержание углерода в десятых долях процента. Буква А в конце марки показывает что сталь высококачественная. Углеродистые стали поставляют после отжига на зернистый перлит. За счет невысокой твердости в состоянии поставки углеродистые стали хорошо обрабатываются резанием и деформируются, что позволяет применять накатку, насечку, и другие высокопроизводительные методы изготовления инструмента.
Стали У7 и У7А используют для инструментов и изделий, подвергающихся толчкам и ударам и требующих высокой вязкости при умеренной твердости (зубила, молотки, инструменты по дереву и т.д.).
У8 и У8А – для инструментов и изделий, требующих повышенной твердости и достаточной вязкости (кернеры, матрицы, ножи и ножницы по металлу, отвертки и т.д.).
У9, У9А – для инструментов, требующих высокой твердости при наличии некоторой вязкости.
У10, У10А – для инструментов, не подвергающихся сильным толчкам и ударам и требующих высокой твердости при незначительной вязкости (фрезы, метчики, развертки, строгальные резцы и т.д.).
У11, У11А, У12, У12А – для инструментов, требующих высокой твердости (напильники, шаберы, фрезы, сверла, острый хирургический инструмент, пилы по металлу и т.д.). У13,
У13А – для инструментов, которые должны иметь исключительно большую твердость – бритвы, шаберы, волочильный инструмент и др.
Недостатком инструментальной углеродистой стали является потеря прочности при нагреве выше 200ºС (отсутствие теплостойкости). Инструмент, изготавливаемый из этих сталей, принимают для обработки сравнительно мягких материалов при небольших скоростях резания.
При маркировке легированных сталей используют буквы русского алфавита для обозначения легирующего элемента:
А – азот П – фосфор Б – ниобий Р – бор В – вольфрам Т – титан Г – марганец У – углерод Д – медь Ф – ванадий Е – селен Х – хром К – кобальт Ц – цирконий М – молибден Ю – алюминий.
Цифры с левой стороны букв обозначают среднее содержание углерода: если две цифры, то в сотых долях процента, если одна, то в десятых. Если цифра отсутствует, то это значит, содержание углерода в стали составляет около 1%.
Цифры после букв (справа) обозначают содержание легирующего элемента, выраженное в целых процентах. Если содержание легирующего элемента 1-1,5 % и менее, то цифра после буквы не ставится. Например, 60С2 содержит 0,6 % С и 2,0 % кремния, 7Х3 содержит 0,7 % С и 3 % хрома.
Буква «А» в конце обозначения марки – высококачественная сталь. Пример Все инструментальные легированные и с особыми свойствами стали всегда высококачественные, и буква А в их маркировке не ставится. «Ш» в конце – особовысококачественная сталь, 30ХГСА-Ш.
Буква «А», обозначающая легирование азотом, всегда стоит в середине маркировки.16Г2АФ – 0,015 – 0,025 % азота.
В маркировке сталей в начале иногда ставят буквы, указывающие на их применение:
А – автоматные стали (А20 содержит 0,15-0,20 % С);
АС – автоматная легированная свинцом (АС35Г2 содержит 0,35 % С, 2 % марганца и свинец менее 1%);
Р – быстрорежущие стали (Р18 содержит 17,5-19 % вольфрама);
Ш – шарикоподшипниковые стали (ШХ15 содержит 1,3-1,65 % хрома);
Э – электротехнические стали (Э11 содержит 0,8-1,8 % кремния).
Ст.7 — рессоры, пружины.
Назначение инструментальной углеродистой стали различных марок следующее:
У7 и У7А — для инструментов и изделий, подвергающихся толчкам и ударам и требующих высокой вязкости при умеренной твердости (зубила, молотки слесарные и кузнечные, штампы, клейма, масштабные линейки, инструмент по дереву, центра токарных станков и т. д.); У8 и У8А — для инструментов и изделий, требующих повышенной твердости и достаточной вязкости (пробойники, зубила, кернеры, пуансоны, ножи и ножницы по металлу, отвертки, столярный инструмент, буры средней твердости);
У9 и У9А — для инструментов, требующих высокой твердости при некоторой вязкости (штемпеля, кернеры, зубила по каменным породам и столярный инструмент);
У10 и У10А — для инструментов, не подвергающихся сильным толчкам и ударам и требующих высокой твердости при незначительной вязкости (строгальные резцы, фрезы, метчики, развертки, плашки, буры по твердым породам, ножовочные полотна, фасонные штампы, зубила для насечки напильников, волочильные кольца, калибры, напильники, гребенки);
У11, У12 и У12А — для инструментов, требующих высокой твердости (напильники, шаберы, фрезы, сверла, метчики, острый хирургический инструмент, развертки, бритвы, плашки, часовой инструмент, пилы по металлу);
У13 и У13А — для инструментов, которые должны иметь исключительно высокую твердость (бритвы, шаберы, волочильный инструмент, сверла, зубила для насечки напильников, косы и др.)
подлежащих цементации: для сварных изделии.
группа I — с нормальным содержанием марганца,
группа II — с повышенным содержанием марганца.
Марки этой стали:
Состав углеродистых сталей; влияние углерода и постоянных примесей, содержащихся в сталях на их свойства. Классификация сталей. Углеродистые стали обыкновенного качества, качественные, автоматные и инструментальные. Принцип маркировки, свойства, применение.
Углеродистая сталь — нелегированная конструкционная или инструментальная сталь, содержащая менее 2,14% углерода
Состав и Свойства
Для плавки стали используется углерод и дополнительные элементы. В зависимости от будущего назначения к материалу предъявляются определенные требования: твердость, пластичность, текучесть и т.д. Корректировку этих параметров можно осуществлять с помощью изменения % содержания углерода.
Его соотношение к общему объему является одним из основных условий разделения стали на виды.
Их отличительные качества и особенности описаны в нормативных документах:
Обыкновенного качества – ГОСТ 380-85.
Конструкционная – ГОСТ 380-88.
Инструментальная – ГОСТ 1435-54 и ГОСТ 5952-51.
Содержание углерода определяет показатель твердости. Чем его больше – тем прочнее будет изделие. Однако нужно учитывать, что одновременно с этим возрастает хрупкость.
В зависимости от этого показателя сталь разделяют на несколько видов:
Низкоуглеродистая – до 0,25%. Отличается хорошей пластичностью, относительно легко поддается деформации, как в холодном состоянии (годна для холодной ковки), так и под воздействием высоких температур.
Среднеуглеродистые – от 0,3% до 0,6%. Обладает достаточной прочностью, но также имеет хорошие показатели пластичности и текучести, что важно для обработки. Область применения – элементы конструкций, эксплуатация которых подразумевает нормальные условия.
Высокоуглеродистые – от 0,6% до 1,4%. Из нее изготавливают высокопрочный инструмент, приборы для измерения.
Каждый из этих видов стали имеет определенную область применения.
ТАБЛИЦА В ПРЕЗЕНТАЦИИ
Влияние примесей стали на ее свойства.
Кремний – увеличивает прочность, износостойкость и придает упругие и антифрикционные качества. При содержании более 2 % снижает пластичность. Повышает прокаливаемость, но увеличивает температуру закалки, нормализации и отжига.
Марганец – повышает прокаливаемость и механические, в особенности упругие, свойства. При содержании более 1,5 % сообщает склонность к отпускной хрупкости. При содержании около 13 % и выше придает стали аустенитную структуру, противоударную стойкость, высокую износостойкость при сухом трении. При нагреве способствует росту зерна.
Сера является вредной примесью. Сера находится в стали главным образом в виде FeS. Это соединение сообщает, стали хрупкость при высоких температурах (красноломкость). Сера увеличивает истираемость стали, понижает сопротивление усталости и уменьшает коррозионную стойкость. Увеличение хрупкости стали при повышенном содержании серы используется иногда для улучшения обрабатываемости на станках.
Фосфор является вредной примесью. Он образует с железом соединение Fe3P, которое растворяется в железе. Кристаллы этого химического соединения очень хрупки. Обычно они располагаются по границам зерен стали, резко ослабляя связь между ними, вследствие чего сталь приобретает очень высокую хрупкость в холодном состоянии (хладноломкость).
Влияние углерода на свойства углеродистых сталей.
Главным элементом стали, является углерод. С повышением содержания углерода прочность стали существенно возрастает из-за увеличения количества цементита в фазовом составе стали.
К низкоуглеродистым относятся, стали, содержащие до 0,25 % углерода. Это достаточно мягкие, пластичные, хорошо деформируемые в холодном и горячем состоянии стали.
Среднеуглеродистые стали содержат 0,3 – 0, 6 % углерода. Они обладают хорошими прочностными свойствами при небольшой пластичности и вязкости. Стали с таким содержанием углерода являются широко распространенным конструкционным материалом для деталей, работающих в условиях обычных силовых нагрузок.
Высокоуглеродистые стали содержат свыше 0,6 % углерода (до 1,3 – 1,4 %), за счет чего они обладают высокой твердостью и очень низкой пластичностью и вязкостью.
Стали с содержанием углерода более 0,7 % в основном используются в штампово-инструментальном производстве холодного и горячего деформирования. Кроме того, из этих сталей изготавливают режущий и мерительный инструменты. С повышением содержания углерода увеличивается прочность и твердость стали, а пластичность и вязкость снижаются.
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 %
·По равновесной структуре:доэвтектоидные, эвтектоидные, заэвтектоидные.
· По качеству. Количественным показателем качества является содержания вредных примесей: серы и фосфора:
- , – углеродистые стали обыкновенного качества:
- –качественные стали;
- –высококачественные стали.
· По способу выплавки:
- в мартеновских печах;
- в кислородных конверторах;
- в электрических печах: электродуговых, индукционных и др.
· 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.
Стали обыкновенного качества
(ГОСТ 380-90) выпускаются в виде проката (прутки, балки, листы, уголки, швеллеры и т.п.) в нормализованном состоянии и в зависимости от назначения и комплекса свойств подразделяются на группы: А, Б, В. Стали маркируются сочетанием букв Ст и цифрой (от 0 до 6), показывающей номер марки (чем больше условный номер стали, тем больше содержание углерода и перлита в ней и тем выше ее прочность и ниже пластичность). Стали групп Б и В имеют перед маркой буквы Б и В, указывающие на их принадлежность к этим группам. Группа А в обозначении марки стали не указывается. Степень раскисления обозначается добавлением индексов: в спокойных сталях – «сп», полуспокойных – «пс», кипящих – «кп», а категория нормируемых свойств (кроме категории 1) указывается последующей цифрой. В их составе разное содержание кремния: спокойные – 0,12 – 0,30, полуспокойные – 0,05 – 0,17, кипящие – менее 0,07 %, например Ст3сп, БСт3пс или ВСт3сп5 (в конце 5-я категория). Спокойными и полуспокойными производят стали Ст1 – Ст6, кипящими – Ст1 – Ст4 всех трех групп. Сталь Ст0 по степени раскисления не разделяют.
Стали группы А поставляются с гарантированными механическими свойствами, без указания химического состава. Стали группы А используют в состоянии поставки для изделий, изготовление которых не сопровождается горячей обработкой. В этом случае они сохраняют структуру нормализации и механические свойства.
Стали группы Б поставляют с гарантированным химическим составом, но механические свойства не гарантируются. Стали этой группы применяют для изделий, изготавливаемых с применением горячей обработки, при которой исходная структура и механические свойства не сохраняются. Для таких сталей важны сведения о химическом составе, необходимые для определения режима горячей обработки.
Стали группы В поставляются с гарантированными механическими свойствами и химическим составом.
Стали группы В применяют для ответственных деталей (для производства сварных конструкций).
Углеродистые стали обыкновенного качества широко используются в строительстве при изготовлении железобетонных конструкций. Способностью к свариванию и холодной обработке давлением отвечают стали групп Б и В номеров 1 – 4, поэтому из них изготавливают сварные фермы, различные рамы и строительные металлоконструкции, кроме того, крепежные изделия, часть из которых подвергают цементации.
Среднеуглеродистые стали номеров 5 и 6, обладающие большой прочностью, предназначаются для рельсов, железнодорожных колес, а также валов, шкивов, шестерен и других деталей грузоподъемных и сельскохозяйственных машин.