Конструкционные строительные и машиностроительные стали. Маркировка.
Конструкционные строительные стали по химическому составу относятся к низкоуглеродистым и низколегированным, а в равновесном состоянии — к доэвтектоидным. Кроме комплекса высоких механических свойств, определяемых при стандартных испытаниях, они должны иметь высокую конструктивную прочность, т.е. соответствовать свойствам конкретных изделий и конструкций. Углеродистые стали обыкновенного качества в зависимости от гарантируемых свойств объединены в группы А, Б и В. Стали обозначают марками Ст1, Ст2, СтЗ, Ст4, Ст5, Ст6, спереди добавляется буква группы стали, а после — индекс степени раскисления, (сп, пс и кп), например, АСтЗсп, ВСт4пс. По группе А стали поставляют с гарантированными механическими свойствами, по группе Б — химическими и по группе В — с теми и другими одновременно. С увеличением номера стали растет содержание углерода.
Сталь для строительных конструкций, учитывая указанные требования к ней, заказывается по группе ВСтЗсп (пс) и ВСтЗГпс. Она содержит обычно углерода 0,14 — 0,22%, марганца 0,4 — 0,65 %, кремния 0,05-0,17 % (сп) или 0,12-0,3 % (пс). Сталь марки ВСтЗГпс содержит марганца 0,8 — 1,1 % и кремния до 0,15 %. Ст1; Ст2 — проволока, гвозди, заклёпки. Ст3; Ст4 — крепёжные детали, фасонный прокат. Ст5; Ст6 — слабонагруженные валы, оси
Машиностроительные стали предназначены для изготовления различных деталей машин и механизмов.
Они классифицируются:
по химическому составу ( углеродистые и легированные);
по обработке (цементуемые, улучшаемые);
по назначению (пружинные, шарикоподшипниковые)
Легированные конструкционные стали: Две цифры вначале маркировки указывают на конструкционные стали (одна цифра — на инструментальные). Это содержание в стали углерода в сотых долях процента.
Буква без цифры — определённый легирующий элемент с содержанием в стали менее 1 %.(А-азот, Р-бор, Ф-ванадий, Г-марганец, Д-медь, К-кобальт, М-молибден, Н-никель, С-кремний, Х-хром, П-фосфор, Ч-редкоземельные металлы, В-вольфрам, Т-титан, Ю-алюминий, Б-ниобий)
Буква и цифра после неё — определённый легирующий элемент с содержанием в процентах (цифра).
Буква А в конце маркировки — указывает на высококачественную сталь.
Например 38Х2Н5МА — это среднелегированная высококачественная хромоникелевая конструкционная сталь. Химический состав: углерод — около 0,38 %; хром — около 2 %; никель — около 5 %; молибден — около 1 %.
Особенностью эксплуатации подшипников являются высокие локальные нагрузки. В связи с этим к чистоте стали предъявляются чрезвычайно высокие требования, особенно по неметаллическим включениям карбидной неоднородности. ШХ9, ШХ15.
Содержание углерода — около 1 %; Содержание хрома в десятых долях процента (например: ШХ15 — хром — около 1.5 %)
Общее требование, предъявляемое к рессорно-пружинным сталям, — обеспечение высокого сопротивления малым пластическим деформациям (предел упругости) и релаксационной стойкости (сопротивление релаксации напряжений). 14ХН4А, 38Х2Н5М, 20ХН3А.
30 Мартенситно-стареющие высокопрочные стали. Маркировка и применение.
Представляют собой сплавы железа и никеля (8…20%) с очень низким (до 0,03%) содержанием углерода и дополнительно легированные титаном и алюминием, а также часто кобальтом и молибденом. Стали закалывают при температуре 800-8600С на воздухе, т.к. никель и другие легирующие элементы стабилизируют твердый раствор, который благодаря этому переохлаждается до мартенситного превращения. Основное упрочнение сталей достигается при последующем отпуске (старении) при 450-5000С, когда из мартенсита выделяются мелкодисперсные частицы интерметаллидных фаз, когерентно связанные с матрицей. Разработаны составы мартенситно-стареющих сталей, удовлетворяющие различным требованиям по уровню прочности, пластичности, коррозионной стойкости, по температурной области применения. Большинство сталей создано на базе систем Fe—Ni—Mo, Fe-Ni—Со—Mo, Fe-Cr—Ni— Mo, Fe—Cr—Ni—Co—Mo. Стали типа 03H18K9M5T, 03H12K15M10. Применение: для наиболее ответственных деталей в авиации, ракетной технике, судостроении и как пружинный материал в приборостроении.
Рессорно-пружинные стали
Стали, предназначенные для изготовления пружин и рессор, должны допускать большие упругие деформации и иметь пластические свойства, обеспечивающие работу витых и других пружин без поломок при перегрузках,должны противостоять циклическим нагрузкам (особенно колебательного характера). В соответствии с этим стали для пружин и рессор должны обладать высоким пределом упругости и пределом выносливости, достаточной вязкостью и пластичностью. Предел текучести углеродистых пружинных сталей после окончательной термической обработки должен превышать 800 Н/мм2, а легированных –1000 Н/мм2. Показатели пластичности должны быть δ≥5 % и ψ≥20%. Углеродистые стали для пружин и рессор имеют низкую коррозионную стойкость и невысокую релаксационную стойкость. Малая прокаливаемость этих сталей ограничивает их применение – обычно только для изготовления пружин и рессор небольшого сечения. Легированные стали обладают более высокими прочностными свойствами, повышенной вязкостью и сопротивлением хрупкому разрушению, более высокой релаксационной стойкостью, возможностями закалки в масле и даже на воздухе. Эти стали более предпочтительны для изготовления пружин и рессор. Механические свойства (минимальные) рессорно-пружинных сталей предусмотрены ГОСТ 14959-79. Это стали: 65, 70,75, 85, 65Г,65Г2, 70Г, 60С2,48,70СЗА, 50ХГ, 55КГР, 60ГСА, 50ХГФА и др. Режимы термической обработки: температура закалки в масле 820…870°С, температура отпуска 420…480°С.
| Марки стали | Назначения |
| 65, 70, 75, 85 | Плоские пружины прямоугольного сечения толщиной 3…12 мм (сталь 65); пружины из проволоки диаметром 0,14…8 мм с холодной навивкой; пружины различных размеров с последующим отпуском при 300 °С (стали 70, 75 и 85); рессоры, пружины и бандажи локомотивов (сталь70) |
| 65Г | Плоские и круглые пружины, рессоры, пружинные кольца, шайбы, гровера и другие детали пружинного типа, от которых требуются высокие упругие свойства и повышенное сопротивление изнашиванию |
| 55ГС | Рессоры толщиной 3…14 мм |
| 50С2, 55С2 | Рессоры, подвески, натяжные пружины; детали, рабо- тающие на переменный изгиб. Обычно применяют полосовую сталь толщиной 3…18 мм и желобчатую сталь (для рессор) толщиной 7…13 мм. Механические свойства ее в продольном и поперечном направлениях различны. Сталь склонна к обезуглероживанию |
| 60С2, 60С2А | Рессоры из полосовой стали толщиной. 3…16 мм;, пру-жины из полосовой стали толщиной 3…18 мм и из пру-жинной ленты толщиной 0,08…3 мм; витые пружины из проволоки диаметром 3…12 мм. Сталь склонна к обезуглероживанию, устойчива против роста зерна, обладает глубокой прокаливаемостью. Максимальная рабочая температура +250 °С |
| 55ХГР | Для изготовления рессорной полосы толщиной 3…16мм. Легирование бором повышает предел упругости и модуль упругости стали |
32.Износостойкие стали. Краткая характеристика. Марки
Износостойкие стали применяются (используются) для изготовления деталей машин, работающих в условиях трения :
- шарикоподшипниковые,
- графитизированные,
- высокомарганцовистые.
Шарикоподшипниковые стали (ШХ15, ШХ20) применяют для изготовления шариков и роликов подшипников.
По химическому составу (ГОСТ 801—78) и структуре эти стали относятся к классу инструментальных сталей.
Они содержат около 1% С и 0,6—1,5% Cr
Графитизированную сталь (высокоуглеродистую, содержащую 1,5 — 2% С и до 2% Cr) используют для изготовления поршневых колец, поршней, коленчатых валов и других фасонных отливок, работающих в условиях трения.
Графитизированная сталь содержит в структуре ферритоцементитную смесь и графит.
Марки графитизированной стали У16 (ЭИ 336)
Количество графита может значительно меняться в зависимости от режима термической обработки и содержания углерода.
Графитизированная сталь после закалки сочетает свойства закаленной стали и серого чугуна.
Графит в такой стали играет роль смазки.
Высокомарганцовистую cталь Г13Л, содержащую 1,2% С и 13% Мn, применяют для изготовления железнодорожных крестовин, звеньев гусениц и т. п.
Эта сталь обладает максимальной износостойкостью, когда имеет однофазную структуру аустенита, что обеспечивается закалкой (1000—1100°С) при охлаждении на воздухе.
Закаленная сталь имеет низкую твердость (НВ 200), после сильного наклепа ее твердость повышается до НВ 600.
Шарикоподшипниковые стали
Стали для изготовления деталей подшипников (колец, шариков, роликов) считаются конструкционными, но по составу и свойствам относятся к инструментальным. Наибольшее применение имеет высокоуглеродистая хромистая сталь ШХ15. Заэвтектоидное содержание в ней углерода (0,95%) и хрома (1,3…1,65%) обеспечивает получение после закалки высокой равномерной твердости, устойчивости против истирания и достаточной вязкости. На качество стали и срок службы подшипника вредно влияют карбидные ликвации, полосчатость и сетка. На физическую однородность стали 50 вредно влияют неметаллические (сульфидные и оксидные) и газовые включения, макро- и микропористость. Сталь ШХ15 применяют для деталей небольших сечений. Для деталей более крупных подшипников в целях улучшения их прокаливаемости применяют хромокремнемарганцевые стали ШХ15СГ и ШХ20СГ.
Для изготовления деталей крупногабаритных подшипников для прокатных станов, железнодорожного транспорта, работающих в тяжелых условиях при больших ударных нагрузках, применяют цементируемую сталь 20Х2Н4А.
33. Коррозионно-стойкие (нержавеющие) стали. Углеродистые и низколегированные стали подвержены коррозии, т. е. разрушаются от химического воздействия окружающей среды. По механизму протекания процесса различают два вида коррозии: химическую и электрохимическую. Явления, возникающие при электрохимической коррозии, аналогичны процессам в гальваническом элементе. Стали, устойчивые к электрохимической коррозии, называют коррозионно-стойкими (нержавеющими). Антикоррозионными свойствами сталь обладает в том случае, если она легирована большим количеством хрома или хрома и никеля.
Хромистые коррозионно-стойкие стали. Содержание хрома в стали должно быть не менее 12%. При меньшем содержании хрома сталь не способно сопротивляться коррозии, так как ее электродный потенциал становится отрицательным. Широко применяют стали марок 12X13, 40X13, 12X17,08Х17Т.
Хромоникелевые коррозионно-стойкие стали. Эти стали содержат большое количество хрома и никеля, мало углерода и относятся к аустенитному классу. Кроме аустенита в этих сталях находятся карбиды хрома. Для получения однофазной структуры аустенита сталь, например марки 12Х18Н9, закаливают в воде с температуры 1100…1150 °С. При этом достигается наиболее высокая коррозионная стойкость, но прочность сравнительно невысока. Для повышения прочности сталь подвергают пластической деформации в холодном состоянии.
Хромоникелевые стали аустенитного класса имеют большую коррозионную стойкость, чем хромистые, и их широко применяют в химической, нефтяной и пищевой промышленности, автостроении, транспортном машиностроении, а также в строительстве.
Жаропрочные стали и сплавы. К ним относят стали и сплавы, способные работать в нагруженном состоянии при высоких температурах в течение определенного времени и обладающие при этом достаточной жаростойкостью. На уменьшение прочности стали влияет не только само повышение температуры, но и длительность действия приложенной нагрузки. В последнем случае под действием постоянной нагрузки сталь «ползет», поэтому данное явление названо ползучестью. Для углеродистых и легированных конструкционных сталей ползучесть наблюдается при температурах выше 350°С. Факторами, способствующими повышению жаропрочности, являются:
высокая температура плавления основного металла; наличие в сплаве твердого раствора и мелкодисперсных частиц упрочняющей фазы; пластическая деформация, вызывающая наклеп; высокая температура рекристаллизации; рациональное легирование; термическая и термомеханическая обработка; введение в жаропрочные стали в долях процента таких элементов, как В, Се, Nb, Zn.
Жаропрочные стали и сплавы классифицируют по основному признаку –температуре эксплуатации. Для работы при температурах до 350…400°С применяют обычные конструкционные стали (углеродистые и низколегированные). Для работы при температуре 400…550°С применяют легированные стали перлитного класса, например 15ХМ, 12Х11МФ. Для этих сталей основной характеристикой является предел ползучести, так как они предназначены главным образом для изготовления деталей котлов и турбин, напримертруб паропроводов и пароперегревателей, нагруженных сравнительно мало,но работающих весьма длительное время (до 100 000 ч). Эти стали содержат мало хрома и поэтому обладают невысокой жаростойкостью (до 550…600°С). Для работы при температуре 500…600°С применяют стали мартенситного класса: высокохромистые, например 15Х11МФ для лопаток паровых турбин; хромокремнистые (называемые сильхромами), например 40Х9С2 для клапанов мототоров; сложнолегированные, например 20Х12ВНМФ для дисков, роторов, валов, турбин. Для работы при температуре 600…750°С применяют стали аустенитного класса, разделяемые на неупрочняемые (нестареющие), например сталь 09Х14Н16В, предназначаемая для труб пароперегревателей и трубопроводов установок сверхвысокого давления, и упрочняемые (стареющие) сложнолегированные стали, например сталь 45Х4Н14В2М, применяемая для клапанов моторов, деталей трубопроводов, и сталь 40Х15Н7Г7Ф2МС для лопаток газовых турбин. Жаростойкость сталей аустенитного класса 800…850 °С. Для работы при 800…1100°С применяют жаропрочные сплавы на никелевой основе, например ХН77ТЮР, ХН55ВМТФКЮ для лопаток турбин. Эти сплавы стареющие и подвергаются такой же термической обработке (закалке и старению), как и стареющие стали аустенитного класса. Жаростойкость сплавов на никелевой основе до 1200°С.
B зависимости от основной структуры, получаемой при охлаждении стали на воздухе после высокотемпературного нагрева, коррозионностойкие и жаропрочные стали делят на шесть классов. К мартенситному классу относятся стали с основной структурой мартенсита. Они содержат до 17% Cr и небольшие добавки вольфрама, молибдена, ванадия и никеля. Это стали 15X5, 20X13, 15ХМ, 20ХМ и др. К мартенситно-ферритному классу относятся стали, содержащие в структуре, помимо мартенсита, не менее 10 % феррита. Эти стали содержат 11…17% Cr и небольшое количество других элементов. Содержание углерода не превышает 0,15%. Их термическая обработка заключается в закалке с отпуском либо в нормализации с отпуском. Это стали 12X13,14Х17Н2, 15Х12ВНМФ, 18Х12ВМБФР. К ферритному классу относятся стали, имеющие структуру феррита. Они содержат малое количество углерода, до 30% Cr и небольшие добавки титана, ниобия и других элементов. Стали: 08X13, 12Х17Т, 15Х25Т, 15X28. К аустенитно-ферритному классу относятся стали, имеющие структуру аустенита и мартенсита, количество которых можно менять в широких пределах. Стали: 20Х13Н4Г9, 09Х15Н8Ю, 07Х16Н6, 09Х17Н7ЮЖ, 08Х17Н5М3. К аустенитно-ферритному классу относятся также стали, имеющие структуру аустенита и феррита (феррита более 10 %). Особую группу сталей аустенитного класса составляют экономно легированные никелем и безникелевые стали.