В современной индустрии огромное количество разновидностей сталей. Каждая из марок имеет свой состав, предназначение и особенности. Сталь 35 является необходимым сплавом для металлопромышленности, по классификации её относят к углеродистой качественной конструкционной. Многие сферы, от машиностроения до строительства не обходятся без этого металла.
Состав
Ранее ГОСТ 1050-88, а сейчас ГОСТ 1050-2013 регламентирует производство стали 35. В документе описывается химический состав, механические свойства, твердость, способы обработки. Цифра 35 — это расшифровка содержания в стали углерода, который составляет 0,35%.
Марка стали 35 имеет состав:
0,25%
Углерод — 0,32-0,40%
Марганец — до 0,5-0,8%
Кремний — 0,17-0,37%
Сера — до 0,035%
фосфор — не более 0,030%
Хром — не более 0,25%
Медь — не более 0,25%
Мышьяк — до 0,08%
Состав стали «небогатый». Здесь нет дорогих и полезных добавок, таких как хром и молибден. Такая сталь будет иметь низкий коэффициент прочности и твердости, и пойдёт на сферы применения, где высокая прочность сырья не имеет значения.
От массовой доли углерода в большинстве зависят все показатели стали. Она может стать хрупкой и плотной, подобно чугуну. Или прочной, в смеси с другими компонентами, как, например, 10-я марка. Зависимость параметров материала, так же зависит от количества других примесей: марганца, никеля, хрома, кремния. Каждый из них повышает какой-либо показатель, а взамен несёт за собой минус.
Именно сочетание примесей играет главную роль в характеристике металла. Дорогие марки стали имеют высокие показатели прочности, поддаваемость к свариванию и устойчивости к коррозии. Чаще всего, материал выбирается от вида предназначения: для создания деталей, где важна прочность, избираются высококачественные марки, а для сварки и изготовления электродов выбираются более дешёвые аналоги.
Аналоги
США — 1034, 1035, 1038, G10340, G10350, G10380, G10400
Заменителями марки стали 35 являются: 30, 35Г и 40. В их составе самым значительным отличием является массовая доля углерода. Несмотря на это, свойства данных марок практически не имеют между собой характерных отличий и являются качественными заменителями друг для друга.
Характеристики и свойства
Прочность стали низкая, но её вполне достаточно для многих промышленных целей. Плотность составляет 7,826 гр/см. Плотность обязательно учитывается в сферах машиностроения, самолётостроения, строительства, судостроения и других отраслях.
Обработка резанием у материала хорошая, поэтому его легче обработать или придать сверхточную форму деталям. Металл ограниченно поддаётся сварке.
Несмотря на содержание никеля сталь 35 легко подвергается коррозии. Связано это с низким содержанием ферромагнита.
Твёрдость составляет 163 МПа, это достаточно много для такой низкой прочности, но приложив усилия, металл можно слегка деформировать на станке.
Применение в разных отраслях
Благодаря устойчивости к ударной нагрузке сталь марки 35 можно применять для изготовления крепежа: болты, шпильки, гайки.
Так как свариваемость ограниченна, это не позволяет применять марку широко.
В машиностроении металл используется только для создания элементов не работающих на износ.
В строительстве марка 35 расходуется при возведении водопроводов и установке железо-бетонных плит. Сантехнические изделия не обходятся без 35 стали. Многие заводы именно из этой стали и её аналогов производят эмалированные ванны и раковины, которые в дальнейшем используются в строительстве.
Большая часть этой марки стали уходит на изготовление элементов металлопроката. Различные стальные сетки, листы, уголки и другое. Нередко 35-ая марка уходит на производство труб разных диаметров. Связано это с тем, что сталь хорошо «схватывается» при сваривании с любой другой трубой. Ещё из 35-ой часто изготавливают прутья, которые в дальнейшем часто расходуются на создание железо-бетонных плит. Нередко простейшие детали металлопроката эксплуатируются и для бытовых целей.
Сталь 35 можно не является эталоном качества и надёжности, но её можно использовать абсолютно в любой промышленности. Популярность данного сплава объясняется своей ценой, металл подходит для многих целей и не имеет высокой цены.
Термообработка: Нормализация Температура ковки, °С: начала 1280, конца 750. Заготовки сечением до 800 мм охлаждаются на воздухе. Твердость материала: HB 10 -1 = 163 МПа Температура критических точек: Ac1 = 730 , Ac3(Acm) = 810 , Ar3(Arcm) = 796 , Ar1 = 680 , Mn = 360 Свариваемость материала: ограниченно свариваемая. Способы сварки: РДС, АДС под флюсом и газовой защитой, ЭШС. Рекомендуется подогрев и последующая термообработка. КТС без ограничений. Флокеночувствительность: не чувствительна.Э Склонность к отпускной хрупкости: не склонна. Обрабатываемость резанием: в горячекатанном состоянии при HB 144-156 и σв=510 МПа, Кυ б.ст=1,3 Дополнителная информация по стали 35: Гидроэрозия стали 35 в сравнении с другими сталями
Сталь горячекатаная, кованая, калиброванная и серебрянка 2-й категории после нормализации Сталь калиброванная 5-й категории: после нагартовки после отжига или высокого отпуска Сталь калиброванная и калиброванная со специальной отделкой: после сфероидизирующего отжига нагартованная без термообработки Листы отожженные или высокоотпущенные Полосы нормализованные или горячекатаные Лист горячекатаный Лист холоднокатаный Лист термообработанный 1-2-й категории Лента холоднокатаная: отожженная нагартованная класс прочности Н2 Трубы горяче-, холодно — и теплодеформированные, термообработанные
25
Механические свойства поковок (ГОСТ 8479-70)
Термообработка
Сечение, мм
КП
σ0,2 (МПа)
σв(МПа)
δ5 (%)
ψ %
KCU (Дж / см 2 )
НВ, не более
Нормализация
300-500 500-800 100-300 300-500 500-800 До 100 100-300 300-500 До 100 100-300 До 100
195
570
20 18 20 18 16 2 19 17 20 17 17
45 38 48 40 35 48 42 35 40 38 38
49 44 49 44 39 49 39 34 44 34 39
111-156
Механические свойства стали 35 в зависимости от температуры отпуска
Температура отпуска, °С
σ0,2 (МПа)
σв(МПа)
δ5 (%)
ψ %
KCU (Дж / см 2 )
HB
Заготовка диаметром 60 мм, закалка 850 °С в воду
200 300 400 500 600 700
600 560 520 470 410 340
760 735 690 660 620 580
13 14 15 17 18 19
60 63 64 67 71 73
29 29 98 137 176 186
226 212 200 189 175 162
Механические свойства стали 35 при повышенных температурах
Образец диаметром 6 мм, длиной 30 мм прокатанный. Скорость деформирования 16 мм/мин. Скорость деформации 0,009 1/с
300 205 185 145 78 100 69 55 30 21 15 18
580 580 500 350 195 150 110 74 51 39 27 23
9 21 23 24 35 34 56 54 69 74 85 58
39 52 64 70 83 75 100 100 100 100 100 100
78 69 59 39 69 — — — — — — —
Предел выносливости стали35
σ-1, МПА
J-1, МПА
Состояние стали и термообработка
265 245 402
— 147 —
Нормализация 850 °C, σв=570 МПа Нормализация 850-890 °C. Отпуск 650-680 °C Закалка 850 °C. Отпуск 650 °C, σв=710 МПа
Ударная вязкость стали 35KCU, (Дж/см 2 )
Т= +20 °С
Т= -20 °С
Т= -30 °С
Т= -40 °С
Т= -60 °С
Термообработка
63
47
45
14
12
Нормализация
Физические свойства стали 35
T (Град)
E 10 — 5 (МПа)
a 10 6 (1/Град)
l (Вт/(м·град))
r (кг/м 3 )
C (Дж/(кг·град))
R 10 9 (Ом·м)
20
2.06
7826
100
1.97
12
49
7804
469
251
200
1.87
12.9
49
7771
490
321
300
1.56
13.6
47
7737
511
408
400
1.68
14.2
44
7700
532
511
500
14.6
41
7662
553
629
600
15
38
7623
578
759
700
15.2
35
7583
611
922
800
12.7
29
7600
708
1112
900
13.9
28
7549
699
1156
Расшифровка марки 35: обозначение 35 свидетельствует о том, что в конструкционной стали содержится 0,35 % углерода, а остальные примеси очень незначительны.
Особенности стали 35: при изготовлении высокоточных металлических деталей основное место занимает механическая обработка резанием. В результате обработки резанием на поверхности изделий возникает пластически деформированный (наклепанный) слой. Последний аккумулирует около 3% энергии, затрачиваемой на его образование, которая расходуется на накопление искажений и дефектов кристаллической решетки. Наличие на поверхности изделий наклепанного слоя с нестабильной структурой и большим уровнем внутренних напряжений, зачастую существенно превышающим величину предела текучести неупрочненного материала, может приводить к значительному изменению размеров во времени, что особенно характерно для изделий сложной конфигурации и малой жесткости.
За счет рационального отжига наклепанного слоя можно значительно повысить сопротивление микропластическим деформациям и размерную стабильность тонкостенных деталей приборов. С этой целью произведена оценка изменения величины макронапряжений в поверхностном слое и исследовано влияние дорекристаллизационного отжига (отдыха) на сопротивление микропластическим деформациям, распространенных в приборостроении конструкционных сталей и сплавов после механической обработки резанием. Напряжения в наклепанном обработкой резанием слое определяли методом послойного стравливания поверхности образца.
На рисунке слева показано распределение напряжений в поверхностном слое стали 35, предварительно обработанной на твердость HRC 28-32. Наибольшие напряжения образуются после шлифования и достигают 146 кгс/мм 2 , что значительно превышает предел текучести основного материала. После фрезерования растягивающие напряжения составляют около 90 кгс/мм 2 .
Вследствие нестабильной структуры в наклепанном поверхностном слое релаксация напряжений в нем интенсивно протекает при достаточно низких температурах, в то время как в основном материале она относительно мала.
На рисунке справа представлены кривые релаксации напряжений при 150° С в шлифованных пластинчатых образцах из стали 35 толщиной 0,5 мм и в образцах, которые после механической обработки были подвергнуты термическому улучшению на аналогичную твердость (HRC 28-32). В то время как в образцах без наклепанного слоя интенсивная релаксация протекает лишь в течение первоначальных 100 ч и за 5000 ч испытаний составляет около 8%, в образцах с наклепанным слоем интенсивная релаксация протекает на протяжении всего периода испытаний и за 5000 ч достигает 90%. За 2000 ч при 100° С уровень напряжений в наклепанном слое ненагруженных образцов снизился более чем на 70%, за 3500 ч — на 83%.
В результате релаксации напряжений в наклепанном точением поверхностном слое цилиндрического стального образца происходит существенное изменение его размеров. После выдержки в течение 4 ч при 150° С размеры образца из стали 35 уменьшаются на 1,2 мкм, что соответствует релаксации растягивающих напряжений в поверхностном наклепанном слое на 25%.
Предел упругости сталей и сплавов после механической обработки резанием в зависимости от температуры дорекристаллизационного отжига изменяется по кривой с максимумом. Температурный интервал максимальных значений предела упругости при отжиге механически обработанных образцов составляет для конструкционной углеродистой стали 350-400° С, для аустенитной стали 450° С, для медных сплавов 230-280° С, для титановых сплавов 500-600° С, для дюралюминия в закаленном и искусственно состаренном состоянии — 200° С. Таким образом, оптимальный отжиг после механической обработки обеспечивает повышение предела упругости различных по природе и структурному состоянию сплавов от 1,5 до 4 раз. Весьма активно возрастает предел упругости при отпуске механически обработанных образцов из закаленной высокоуглеродистой стали.
Как видно из рис. 97, после отпуска шлифованных образцов предел упругости значительно возрастает, в то время как твердость не изменяется.
Зависимость релаксационной стойкости металлов и сплавов после обработки резанием от температуры дорекристаллизационного отжига является аналогичной рассмотренной выше для предела упругости. Отжиг на максимальный предел упругости обеспечивает также и максимальную релаксационную стойкость. Например, для механически обработанных образцов из стали 35 максимальная релаксационная стойкость достигается после отжига при 400° С (рис. 98, 99).
Таким образом, результаты исследования показали, что поверхностный наклепанный слой после механической обработки резанием, обычно являющийся причиной размерной нестабильности изделий, может быть эффективно использован для значительного повышения сопротивления микропластическим деформациям и размерной стабильности тонкостенных деталей.
Наблюдаемое изменение сопротивления микропластическим деформациям механически обработанных образцов обусловлено процессами стабилизации тонкой структуры в наклепанном поверхностном слое в результате дорекристаллизационного отжига.
По-видимому, при оптимальной температуре отжига происходит достаточная стабилизация и закрепление атомами внедрения дислокационной структуры без существенного уменьшения плотности несовершенств, что обусловливает максимальные показатели сопротивления микропластическим деформациям наклепанного слоя. При нагреве выше оптимальной температуры отжига наряду со стабилизацией дислокационной структуры происходит существенное уменьшение плотности дислокаций, что приводит к снижению сопротивления течению в микрообъемах.
Краткие обозначения:
σв
— временное сопротивление разрыву (предел прочности при растяжении), МПа
ε
— относительная осадка при появлении первой трещины, %
σ0,05
— предел упругости, МПа
Jк
— предел прочности при кручении, максимальное касательное напряжение, МПа
σ0,2
— предел текучести условный, МПа
σизг
— предел прочности при изгибе, МПа
δ5,δ4,δ10
— относительное удлинение после разрыва, %
σ-1
— предел выносливости при испытании на изгиб с симметричным циклом нагружения, МПа
σсж0,05 и σсж
— предел текучести при сжатии, МПа
J-1
— предел выносливости при испытание на кручение с симметричным циклом нагружения, МПа
ν
— относительный сдвиг, %
n
— количество циклов нагружения
s в
— предел кратковременной прочности, МПа
R и ρ
— удельное электросопротивление, Ом·м
ψ
— относительное сужение, %
E
— модуль упругости нормальный, ГПа
KCU и KCV
— ударная вязкость, определенная на образце с концентраторами соответственно вида U и V, Дж/см 2
T
— температура, при которой получены свойства, Град
s T
— предел пропорциональности (предел текучести для остаточной деформации), МПа
За счет рационального отжига наклепанного слоя можно значительно повысить сопротивление микропластическим деформациям и размерную стабильность тонкостенных деталей приборов. С этой целью произведена оценка изменения величины макронапряжений в поверхностном слое и исследовано влияние дорекристаллизационного отжига (отдыха) на сопротивление микропластическим деформациям, распространенных в приборостроении конструкционных сталей и сплавов после механической обработки резанием. Напряжения в наклепанном обработкой резанием слое определяли методом послойного стравливания поверхности образца.
