Меню

13 появление машиностроительных сталей

Классификация машиностроительных сталей

Стали являются конструкционным материалом, удовлетворяющим многочисленным требованиям: жесткости и прочности (статической, циклической, динамической), а также долговечности и надежности. Стали относят к универсальным конструкционным материалам, так как при эксплуатации стальные изделия выдерживают различное внешнее воздействие при климатических, пониженных, криогенных и повышенных температурах, а также под воздействием внешней среды — промышленной атмосферы, влаги, горячих газов, агрессивных реагентов.

Физические, химические, технологические свойства сталей обусловлены такими свойствами металла-основы — железа, как:

• высокий модуль нормальной упругости;

• высокая теплопроводность и низкий коэффициент линейного расширения;

• отсутствие коррозионной стойкости большинства сталей (коррозионно-стойкие стали получают при специальном легировании).

Многообразие механических свойств связано с полиморфизмом железа и возможностью легирования железа углеродом и другими элементами в широком диапазоне концентраций; с применением практически всех видов термической обработки: отжига, нормализации, закалки с отпуском, закалки со старением, а также химико-термической обработки — цементации, азотирования, нитроцементации, борирования и др.

Из сталей изготовляют детали широкой номенклатуры, что объясняется хорошими технологическими свойствами материала: деформируемостью различными способами, свариваемостью, обрабатываемостью резанием и другими видами.

В настоящее время не существует единой системы классификации сталей. В основном ее проводят по ряду общих признаков:

• структура после отжига или нормализации;

• технология получения заготовки;

• основное свойство с учетом условий работы изделия.

Наряду с приведенной классификацией существуют более

частные классификации определенных групп сталей.

По назначению стали подразделяют на конструкционные, инструментальные и стали с особыми физическими свойствами (магнитными, электрическими и т. п. — в данном учебном пособии не рассматриваются).

Конструкционной называется сталь, которую применяют для производства различных передающих нагрузку деталей машин, механизмов и конструкций в машиностроении и строительстве. Эти стали обладают определенным комплексом механических, химических, физических и технологических свойств.

Конструкционные стали, в свою очередь, подразделяют на машиностроительные и строительные.

Отдельную группу составляют инструментальные стали, которые применяют для изготовления инструментов, предназначенных для обработки материалов резанием и давлением, а также для производства измерительных инструментов. Особенность этих материалов заключается в том, что они должны иметь комплекс механических свойств: высокую твердость, прочность, износостойкость, теплостойкость и др.

По химическому составу стали подразделяют на углеродистые и легированные. В каждой из этих двух групп существует градация, в которой учитывают количественный химический состав сплава (табл. 14.1). Стали низко- и среднелегированные чаще всего называют просто легированные.

На долю углеродистых сталей, содержащих до 0,75 % С, приходится 80 % общего объема выплавляемой стали благодаря тому, что в них сочетаются удовлетворительные механические свойства с хорошей деформируемостью и обрабатываемостью режущим инструментом.

Читайте также:  Назначение конструкционных сталей основных марок

По качеству выделяют стали обыкновенного качества, качественные, высококачественные и особовысококачественные.

Качество стали определяется металлургическим производством. Показателями качества является содержание вредных примесей — серы (S) и фосфора (P). Стали обыкновенного качества содержат не более 0,05 % S и до 0,04 % Р, качественные — 0,04 % S и 0,035 % Р, высококачественные — 0,025 % S и 0,025 % Р, особовысококачественные — 0,015 % S и 0,025 % Р.

По структуре классификация сталей в значительной мере условна. В равновесном состоянии (после отжига) углеродистые и легированные стали подразделяют на:

Высоколегированные стали, принадлежащие не системе железо — цементит, а тройным и четверным системам железо — углерод — легирующий элемент, после отжига могут иметь ферритную или аустенитную структуры.

По состоянию образцов небольших сечений после нагрева до температуры 900 °C и охлаждения их на воздухе (термообработка подобна нормализации) стали подразделяют на классы:

• перлитный (углеродистые и низколегированные);

• мартенситный (средне- и высоколегированные);

• аустенитный (средне- и высоколегированные);

• ферритный (средне- и высоколегированные).

По технологическим свойствам машиностроительные стали подразделяют на:

• высокопластичные — для обработки давлением;

• автоматные — с повышенной обрабатываемостью резанием;

• свариваемые — образуют сварное соединение с прочностью, близкой прочности основного металла.

По основному свойству, с учетом условий работы изделий (вида и величины механической нагрузки), выделяют следующие группы машиностроительных сталей:

• стали с различным уровнем статической прочности;

• стали с повышенной циклической прочностью;

• стали с повышенной контактной выносливостью;

Отдельную группу составляют машиностроительные стали с особыми физико-химическими свойствами.

По основному свойству материала, связанному с условиями работы изделий (температурный режим или воздействие внешней среды), стали подразделяют на:

Источник

Конструкционные машиностроительные стали специального назначения

Конструкционные машиностроительные стали общего назначения

Конструкционные строительные стали

Классификация и ассортимент конструкционных сталей

Конструкционные стали классифицируют на строительные (арматурные) и машиностроительные, а последние в свою очередь подразделяются на группы общего и специального назначения.

В качестве строительных сталей используют низкоуглеродистые (ГОСТ 380-2005) и низколегированные (ГОСТ 19281–89) стали.

Основным стандартом, регламентирующим характеристики сталей для строительных металлических конструкций, является ГОСТ 27772-88, согласно которому стали выпускаются марок С235, С245, С255, С275, С285, С345, С345Д, С345К, С375, С375Д, С390, С390Д, С390К, С440, С440Д, С590, С590К.

Маркируются конструкционные строительные стали следующим образом. Буква С означает «строительная» сталь, цифра — предел текучести σт (МПа), буквы К — вариант химического состава, Д — повышенное содержание меди (0,15–0,3 % для повышения коррозионной стойкости), Т — упрочнение термообработкой.

Стали этой группы по химическому составу делятся на:

Читайте также:  Герой романа островского как закалялась сталь

– низко- и среднеуглеродистые (ГОСТ 1050-88, ГОСТ 380-2005);

– низко- и среднелегированные (ГОСТ 4543-71),

а по способу упрочнения — стали без термической обработки, упрочняемые в поверхностном слое (цементуемые) и упрочняющие по всему объему (улучшаемые):

– без термической обработки: углеродистые 08кп, 10кп, 15кп, 08, Ст3 и легированные09Г2С, 09Г2. 16ГФР, 12ХМ и др.

– упрочняемые в поверхностном слое (цементуемые) (относятся нитроцементуемые, цементуемые, азотируемые, а также закаливаемые и с пониженной прокаливаемостью): углеродистые 15 и 20 и легированные12ХН3А, 12Х2Н4А,15Х, 15ХА, 15ХФ, 15ХР, 18Х2Н4В, 20Х, 20ХН, 20ХГР, 18ХГТ, 20ХГНР и др.

упрочняемые по всему объему(улучшаемые): углеродистые 30, 35, 40, 45, 50, 55 и легированные 35Г2, 35Х, 40Х, 45Х, 40ХС, 40ХФА, 25ХГСА; 30ХГТ, 30ХГС, 35ХГСА, 40ХН2МА, 30ХН3А, 30ХН2МФА, 38ХН3МФА.

По основному потребительскому свойству конструкционные машиностроительные стали специального назначения делятся на следующие группы: особо высокой прочности и вязкости (мартенситно-стареющие), коррозионностойкие, жаростойкие, жаропрочные, износостойкие, пружинные, автоматные, шарикоподшипниковые и литейные.

Стали особо высокой прочности и вязкости (мартенситно-стареющие)по химическому составу являются безуглеродистыми (менее 0,03% С) и высоколегированными (Ni, Со, Мо, Сr, Тi, Ве и др.): Н18К9М5, Н4Х12К15М4Т и др. Сочетание прочности и ударной вязкости — уникум.

Коррозионностойкие стали и сплавы (нержавеющие)(ГОСТ 5632–72) — стали и сплавы, обладающие стойкостью против электрохимической и химической коррозии (атмосферной, почвенной, щелочной, кислотной, солевой), межкристаллитной коррозии, коррозии под напряжением и др. Они обязательно имеют в своем составе более 12,5% Сr, роль которого состоит в образовании на поверхности изделия защитной (пассивной) оксидной пленки, прерывающей контакт с агрессивной средой.

Марочный состав: 20Х13, 10Х14Г14Н3, 09Х15Н8Ю, 07Х16Н6, 06ХН28МДТ, 3Х21Н21М4ГБ и др.

Жаростойкие (окалиностойкие)сталии сплавы (ГОСТ 5632–72) — стали и сплавы, обладающие стойкостью против химического разрушения поверхности в газовых средах при температурах выше 550 °С и работающие в ненагруженном или слабонагруженном состоянии. Эти стали и сплавы получают на базе системы Fe + Cr + Ni с небольшим количеством кремния.

Марочный состав: 30Х13Н7С2, 20Х20Н14С2, 12Х25Н16Г7АР, ХН60Ю, ХН78Т и др.

Жаропрочные стали и сплавы (ГОСТ 5632–72) стали и сплавы, способные работать в нагруженном состоянии при высоких температурах в течение определенного времени и обладающие при этом достаточной жаростойкостью.

Жаропрочные стали и сплавы в своем составе обязательно содержат никель, который обеспечивает существенное увеличение предела длительной коррозионной прочности при незначительном увеличении предела текучести и временного сопротивления. Они могут дополнительно легироваться молибденом, вольфрамом, ниобием, титаном, бором, йодом и др.

Марочный состав: 11Х11Н2В2МФ, 12Х25Н16Г7АР и др.

Криогенные машиностроительные стали и сплавы (ГОСТ 5632–72) 08Х18Н10, 12Х18Н10Т и др. Основными потребительскими свойствами этих сталей являются пластичность и вязкость, которые с понижением температуры (от 20 до –196°С) либо не меняются, либо мало уменьшаются, т.е. не происходит резкого снижения вязкости, характерного при хладноломкости.

Читайте также:  Структура сталей структурная составляющая

Износостойкие стали (ГОСТ 5632–72). Основное потребительское свойство этих сталей — высокая стойкость деталей при кавитационной коррозии и механическом изнашивании при значительных ударных нагрузках. Эти стали 12Х18Н9Т, 30Х10Г10, Г13, 110Г13ХБР применяют чаще в литом или кованом (катанном) состоянии, т. к. их общее технологическое свойство — пониженная обрабатываемость резанием.

Пружинные стали и сплавы(ГОСТ 14959–79) — стали, обладающие высокими механическими свойствами, в первую очередь высокими пределами упругости и прочности при достаточной вязкости и пластичности. Пружинные стали 65, 70…85, 60Г, 65Г, 55ХГР, 50ХФА, 51ХФА, 50ХГФА, 70C2XA и др.

Автоматные стали (сталь конструкционная повышенной и высокой обрабатываемости резаньем) (ГОСТ 1414–75) повышенное содержание серы (0,05–0,3%), фосфора (0,05–0,16%) и часто марганца (0,6–1,55%). Автоматные стали получили свое наименование в связи с их обработкой на станках-автоматах с повышенной скоростью резания.

Марочный состав А11, А40Г, АС40, АС35Г2, АС12ХН, АС40ХГНМ, А35Е, А40ХЕ, АЦ20, АЦ30ХН.

В обозначении марки первая буква А указывает, что сталь автоматная; цифры в ней показывают содержание углерода в сотых долях процента (например, А11). Присутствие свинца обозначается буквой С (например, АС35Г2), кальция — буквой Ц (АЦ40 и др.), селена — буквой Е (А35Е).

Подшипниковые стали(ГОСТ 801–78 и 21022–75). Основные потребительские свойства этих сталей — повышенные твердость (61–65 HRC), износостойкость и сопротивление контактной усталости.

Марки: ШХ4, ШХ15, ШХ15СГ, ШХ20СГ (ГОСТ 801–78), ШХ15-ШД (ГОСТ 21022–75). Буква «Ш» в начале маркировки означает — шарикоподшипниковая, содержание хрома в данной стали приведено в десятых долях процента. В конце марки может быть указан способ производства: Ш — сталь, полученная методом электрошлакового переплава (ШХ15Ш), В — сталь, полученная вакуумированием (ШХ15В), ШД — вакуумно-дуговой переплав стали электрошлакового переплава.

Литейные стали(ГОСТ 977–88) содержат до 0,9% Мn, до 0,52% Si и не более 0,06% S и 0,08% Р. Литейные свойства сталей значительно хуже, чем чугунов и большинства литейных цветных сплавов.

Многие литейные стали имеют ту же марку, что и деформируемые, отличаясь лишь буквой Л в конце марки. Однако немало легированных сталей разработано специально в качестве литейных и не имеет аналога среди деформируемых (например, сталь 20ФЛ, 08ГДНФЛ).

Для изготовления отливок согласно ГОСТ 977–88 предусмотрены следующие марки сталей: 15Л, 20Л…50Л, 30ГСЛ, 20ФЛ, 35ХГСЛ, 40Х9С2Л35Х23Н7СЛ, 110Г13Л, 90Х4М4Ф2В6Л (Р6М4Ф2Л)

Источник

Adblock
detector