Сталью именуется ковкий, деформируемый сплав железа, некоторого количества углерода (не более 2,14 %), а также незначительного количества других элементов. Именно этот материал широко применяется для изготовления самых разнообразных приборов, инструментов и строительных конструкций.
Классификация и применение сталей зависят от многих факторов, которые необходимо разобрать подробнее. Изменяя химический состав этого материала за счет концентрации углерода и привнесения легирующих элементов, можно получать широкий диапазон сталей с абсолютно различными свойствами, что позволяет использовать этот материал во всех отраслях хозяйствования.
Сталь: классификация, применение, маркировка
Прежде всего стоит сказать, что сталь бывает углеродистая и легированная. Это зависит от того, были ли добавлены в сплав специальные легирующие элементы — алюминий, никель, хром, молибден, титан, бор, ванадий, марганец и другие. Все эти добавки применяются для повышения специфических свойств стали, а наилучший результат достигается комплексным легированием.
В общем случае стали классифицируют:
- по назначению;
- по качеству;
- по способу производства;
- по микроструктуре;
- по химическому составу.
Химический состав
Как уже было сказано, классификация сталей в зависимости от химсостава разделяет этот материал на две большие группы:
- легированные;
- углеродистые.
В свою очередь, каждую из этих групп можно дополнительно разделить на несколько частей. Классификация легированных сталей подразумевает наличие таких видов:
- низколегированные содержат незначительное количество (до 2,5 %) легирующих добавок;
- среднелегированные — количество дополнительных элементов не превышает 10 %;
- высоколегированные характеризуются наличием легирующих элементов в количестве более 10 %.
Можно также разделить и вторую группу. Классификация углеродистых сталей выглядит так:
- высокоуглеродистые характеризуются содержанием углерода более 0,6 %;
- среднеуглеродистые содержат от 0,25 до 0,6 % углерода;
- малоуглеродистые — до 0,25 %.
Микроструктура
В нормализованном состоянии стали бывают:
- перлитные — характеризуются низким содержанием элементов легирования и имеют после нормализации структуру: перлит, перлит + феррит, перлит + заэвтектоидный карбид;
- мартенситные — имеют пониженную критическую скорость закалки и достаточно высокое содержание легирующих элементов;
- аустенитные — повышенное содержание легирующих элементов, под влиянием которых достигается структура: аустенит, аустенит + карбид.
Классификация углеродистых сталей в отожженном состоянии:
- доэвтектоидная применяется, например, для штампов горячего деформирования;
- заэвтектоидная имеет структуру, состоящую из перлита и цементита, обычно используется для изготовления инструмента;
- карбидная (ледебуритная) — например, быстрорежущая сталь;
- ферритная — нержавеющая, жароупорная, жаропрочная, высокохромистая стали.
Качество и способ производства
Безусловно, качество стали зависит от присутствия в ней вредных примесей в виде серы и фосфора. В зависимости от этого показателя классификация сталей выглядит так:
- обычные — серы (S) до 0,06 %, фосфора (P) до 0,07 %;
- качественные — серы до 0,04 %, а фосфора до 0,035 %;
- высококачественные — те же показатели уменьшены до 0,025 %;
- особовысококачественные — менее 0,015 % серы и до 0,025 % фосфора.
Способ изготовления стали предопределяет ее строение, состав и свойства. Так, рядовая сталь (обычная) чаще всего выплавляется в мартене или томасовских и бессемеровских конвертерах, после чего формируется в довольно крупные слитки.
Такая сталь имеет повышенное количество неметаллических добавок. Высококачественные стали изготавливают более совершенными методами, например в электропечи, а особовысококачественные дополнительно очищаются от оксидов и сульфидов при помощи ЭШП — электрошлаковой переплавки. Такие стали изготавливаются исключительно легированными.
Раскисление
Также существует классификация сталей в зависимости от степени раскисления, то есть от того, какое количество кислорода было удалено в процессе изготовления. Исходя из этого параметра, стали бывают:
- кипящие — мало раскисленные, насыщенные кислородом;
- спокойные — совершенно раскисленные;
- полуспокойные — стали, в которых кислород удален частично.
Для раскисления малоуглеродистых сталей применяют алюминий, марганец и кремний. Кипящую сталь обычно раскисляют при помощи ферромарганца в полуспокойную, кроме этого, добавляют небольшое количество ферросилиция, а спокойную, кроме предыдущих компонентов, обрабатывают алюминием и силикомарганцем.
Что означает маркировка стали?
Как ни странно, но классификация марок стали довольно разнообразна, и единой мировой системы не существует. В ряде стран, в том числе и в России, принята буквенно-численная маркировка.
Качественные углеродистые стали обозначаются двузначным числом, которое указывает на количественное содержание углерода (в сотых %). Углеродистые стали маркируются литерой «У» и числом, выражающим количество углерода (в десятых %) — У9, У12 и т. д.
Буквы используются также и для обозначения основного элемента легирования, например: «П» — фосфор, «А» — азот, «T» — титан, «Б» — ниобий, «Г» — марганец, «Ю» — алюминий, «Д» — медь, «M» — молибден, «P» — бор, «К» — кобальт, «В» — вольфрам, «E» — селен, «H» — никель, «С» — кремний, «X» — хром, «Ц» — цирконий. Цифра, стоящая за буквой, характеризует количество соответствующего элемента, а та, что находится в самом начале, указывает на содержание углерода (в сотых %). Если количество последнего превышает или равно 1 %, то первоначальная цифра может не указываться вовсе.
Литера «А», стоящая в конце марки, указывает на принадлежность ее к высококачественным. Та же буква, находящаяся в середине, сообщает, что сталь легирована азотом.
Если же она стоит вначале, то это говорит о том, что перед вами автоматная сталь, обладающая повышенной обрабатываемостью. Особо высококачественная сталь маркируется буквой «Ш», добавленной в конце и написанной через дефис. Марки, не содержащие букв «А» или «Ш», являются качественными.
Также существуют определенные группы сталей, дополнительно маркирующиеся буквами:
- «Е» — магнитные;
- «Э» — электротехнические;
- «Р» — быстрорежущие;
- «Ш» — шарикоподшипниковые.
Конечно, существует еще достаточно тонкостей, однако можно сказать, что российская маркировка довольно проста и понятна, в то время как обозначения, принятые в других странах, гораздо сложнее.
Конструкционные стали
- Строительные — низколегированные, а также обычного качества, обладающие хорошей свариваемостью.
- Для холодной штамповки — листовой прокат из низкоуглеродистых марок нормального качества.
- Цементируемые — малоуглеродистые и некоторые легированные стали, применяемые для изготовления деталей, испытывающих динамические нагрузки и работающих с поверхностным износом.
- Улучшаемые подвергаются термообработке (закалке и высокому отпуску). Это среднеуглеродистые, хромовые, хромоникелевые, хромоникельмолибденовые, хромокремнемарганцевые, хромистые стали с бором.
- Высокопрочные — стали, у которых при помощи термообработки и особого состава достигнут двойной предел прочности по сравнению с обычными конструкционными аналогами.
- Рессорно-пружинные могут длительное время сохранять упругость, достаточное сопротивление усталости и разрушению; к ним относят стали, легированные хромом, бором, кремнием, ванадием и марганцем.
- Шарикоподшипниковые характеризуются высокой износоустойчивостью, прочностью и выносливостью, что достигается при помощи высокого (до 1 %) содержания углерода и включения хрома.
- Автоматные применяются для производства массовых деталей, обрабатываемых при помощи станков-автоматов (болты, винты, шайбы, гайки и т. д.); для облегчения обработки в такие стали дополнительно вводится сера, свинец, теллур и селен, что приводит к получению ломкой короткой стружки и снижает трение.
- Коррозионно-стойкие — высокохромистые стали с содержанием никеля; чем больше в них хрома, тем более выражена стойкость к коррозии, при этом содержание углерода должно быть минимальным.
- Износостойкие используются в местах абразивного трения, ударов и высокого давления, например ковш экскаватора либо гусеницы трактора.
Инструментальные стали
Классификация сталей инструментального назначения также может быть представлена несколькими пунктами:
- для режущих инструментов применяются углеродистые, легированные и быстрорежущие стали;
- для измерительных инструментов материал должен, прежде всего, обладать постоянством размеров, шлифоваться, иметь достаточную твердость и износостойкость; для получения таких характеристик инструментальную сталь часто подвергают закалке и цементизации;
- штамповые стали должны обладать достаточной износостойкостью, твердостью, теплостойкостью и прокаливаемостью; эту группу также можно дополнительно разделить на стали для холодной, горячей штамповки и валковые стали.
Стали с особенными химическими и физическими свойствами
Кроме всех вышеперечисленных, существуют также марки сталей с особыми свойствами:
- электротехническая сталь — сплав железа и кремния, иногда легированный алюминием; применяется при производстве магнитопроводов разнообразного электротехнического оборудования;
- суперинвар — сплав железа, никеля и кобальта, применяемый при изготовлении высокоточного оборудования;
- жаростойкая — обладает повышенной стойкостью против разрушения при температурах от 900 °C, легируется алюминием, кремнием, никелем;
- жаропрочная — применяется для изготовления деталей газотурбинных установок, такие стали призваны работать в нагруженном состоянии при высокой температуре в течение некоторого времени.
Источник: https://www.syl.ru/article/187482/new_klassifikatsiya-staley-po-naznacheniyu-klassifikatsiya-i-markirovka-stali
Легированная сталь – металлургические сплавы с особыми свойствами
Есть несколько систем, по которым производится разделение описываемых сталей на разные классы и категории. Их классифицируют по:
- эксплуатационному назначению;
- структуре после естественного охлаждения и в состоянии равновесия;
- качеству;
- виду и содержанию легирующих добавок.
В равновесном состоянии легированные стали (ЛС) могут быть эвтектоидными, доэвтектоидными и заэвтектоидными. А вот композиции, прошедшие нормализацию (нагрев стали до 900° и ее охлаждение), подразделяют на 5 групп:
- Мартенситные.
- Перлитные.
- Ферритные.
- Аустенитные.
- Карбидные.
Химэлементы, добавляемые в ЛС, изменяют структуру последних по двум механизмам: расширяют альфа- и сужают гамма-зону; сужают альфа- и расширяют гамма-область.
Легированная сталь по сферам применения делится на: инструментальную; конструкционную; специального назначения. Обратите внимание! Все сплавы с легирующими компонентами считаются качественными. Кроме того, существуют особо высококачественные и высококачественные ЛС.
По процентному включению (суммарному) добавок легированные стали причисляют к одной из далее указанных категорий:
- среднелегированные (добавок – не более 10 %);
- низколегированные (до 5 %);
- высоколегированные (свыше 10 %).
Важный момент! Легированные металлургические композиции обязательно проходят термическую обработку. Она значительно улучшает их форму и структуру. Выплавлять ЛС без термообработки не имеет смысла. Легированные сплавы выпускаются по нескольким Государственным стандартам:
- теплоустойчивые – ГОСТ 20072–74;
- конструкционные – ГОСТ 4543–71;
- низколегированные – ГОСТ 19281–89;
- шарикоподшипниковые – ГОСТ 801–79;
- пружинные – ГОСТ 14959–79.
Нержавеющие стали, жаропрочные и коррозионностойкие сплавы выпускаются по ГОСТ 5632–2014.
Описываемые стали характеризуются немалым количеством эксплуатационных и иных преимуществ. Такие сплавы имеют:
- повышенное сопротивление деформациям (пластическим);
- высокую твердость;
- стабильную аустенитную структуру, обеспечивающую отличные показатели прокаливаемости металла;
- высокий уровень сопротивления хладоломкости и вязкости;
- уникальные технологические качества;
- минимальную вероятность коробления либо появления иных дефектов при проведении закалки стали.
Имеют легированные сплавы и неизбежные недостатки. Они:
- Склонны к ликвации дендритного типа. Этого можно избежать, если провести диффузионный отжиг металла.
- Содержат остаточный аустенит (это, в частности, касается высоколегированных сталей). Он уменьшает (и существенно) сопротивляемость усталости и твердость сплава.
- Имеют определенную склонность к отпускной обратимой хрупкости и к появлению флокенов – ориентированных в разные стороны трещин небольших размеров. От подобных дефектов следует избавляться посредством замедления охлаждения стали и снижением уровня водорода в ней в процессе выплавки.
Разные виды термообработки нивелируют недостатки интересующих нас сталей. И они обретают свои особые, а зачастую и уникальные свойства.
Низколегированные сплавы (ГОСТ 19281) больше всего эксплуатируются в строительной сфере. Из них также возводят магистральные трубопроводы. А вот среднелегированные конструкционные ЛС по ГОСТ 4543 подходят для машиностроительной отрасли. Кроме того, они годятся для изготовления несложных инструментов – протяжек, разверток, сверл.
Высоколегированные стали (ГОСТ 5632) незаменимы для изготовления хирургического инструмента и измерительных приспособлений, шарикоподшипников, конструкций, подвергающихся воздействию пластичных нагрузок. Также разные марки легированных сплавов нашли свое применение в станкостроительной, автомобильной и сельскохозяйственной промышленности. Большое значение имеет тип ЛС после их нормализации.
Перлитные стали характеризуются отличной свариваемостью. Поэтому их используют для производства деталей машин и всевозможных конструкций. Такие сплавы подразделяют на цементуемые и улучшаемые. В первых содержится не более 0,25 % углерода, во вторых его может быть до 0,5 %.
Изделия из цементуемых ЛС закаливают и подвергают отпуску (низкому), за счет чего они обретают очень стойкую к износу поверхность (до 62 единиц по HRC-шкале). При этом сердцевина подобных деталей имеет малоуглеродистую мартенситную структуру, а верхняя часть – высокоуглеродистую.
Изделия из улучшаемых сплавов закаливают, а затем они проходят высокий отпуск. В итоге получается четко выраженная мартенситная структура. Она описывается высокой вязкостью и одновременно достаточной прочностью.
Подобные изделия рекомендованы для эксплуатации в средах, где на детали воздействуют постоянные динамические нагрузки. Из перлитных ЛС делают измерительный и режущий инструмент с повышенными показателями износостойкости и твердости. Подобные приспособления хорошо использовать при ударных нагрузках.
Аустенитные стали разной степени легирования применяются в качестве сырья для изготовления элементов криогенного и мимического оборудования. Они также подходят для использования в качестве жаропрочных и жаростойких материалов на промышленных предприятиях.
Ферритные сплавы являются окалино- и кислотостойкими. В них содержится много хрома (до 30 %) и минимум углерода (максимум 0,2 %). Такие стали применяются чаще всего в отожженном виде. Они относительно хрупкие и малопрочные. По этой причине они не применяются в строительных конструкциях.
Карбидные сплавы называются инструментальными. Их характеризует высокая красностойкость и устойчивость к износу. Эти стали используют для производства режущих приспособлений, функционирующих на больших скоростях.
«Шифруется» легированная сталь буквами и цифрами. Литеры указывают на наличие той или иной добавки в сплаве, а цифры – их объем (зачастую примерный). Таблица расшифровки букв в марках ЛС выглядит следующим образом:
Химический элемент | Маркировка |
Кремний | С |
Марганец | Г |
Фосфор | П |
Титан | Т |
Медь | Д |
Никель | Н |
Хром | Х |
Цирконий | Ц |
Бор | Р |
Бериллий | Л |
Ванадий | Ф |
Алюминий | Ю |
Титан | Т |
Молибден | М |
Кобальт | К |
Азот | А |
Селен | Е |
Ниобий | Б |
В легированные сплавы в редких случаях добавляют и редкоземельные элементы – иттрий, лантан и другие. Таблица, как вы видите, не содержит литеры для расшифровки каждого из них. Все редкоземельные добавки маркируются одной буквой – Ч.
Таким образом, таблица помогает нам разобраться, какой химэлемент имеется в конкретной марке сплава. А цифра, стоящая после буквы, показывает, сколько (в среднем) его содержится в стали.
Обратите внимание на следующие нюансы маркировки:
- Самые первые цифры (их две) в маркировке говорят о содержании (в сотых частях процента) углерода.
- При содержании элемента в ЛС не более 0,99 % цифру за литерой никогда не ставят.
- В быстрорежущих сталях цифра после обозначения вольфрама указывает на его содержание в целых долях процента. Хрома в таких сплавах, кстати сказать, всегда содержится около 4 %.
- В шарикоподшипниковых сплавах цифра после литер ШХ указывает на наличие в них хрома в десятых частях процента.
- Если в конце маркировки стоит две литеры А, перед нами особо чистая (по включениям фосфора и серы) ЛС.
Давайте для примера расшифруем несколько популярных марок легированных сплавов. Полученные знания и таблица помогут нам в этом:
- 03Х13АГ19. В этой ЛС углерода содержится 0,03 %, хрома – 13, азота – до 1 %, марганца – 19;
- 18ХГТ. Здесь состав легирующих элементов такой: углерод – 0,18 %, хром, титана и марганца – до 1.
Источник: http://tutmet.ru/legirovannaya-stal.html
Маркировка сталей: принципы классификации, содержание металлов в зависимости от типа сплава
Классификация и маркировка стали происходит по следующим параметрам:
- химический состав;
- структура;
- назначение;
- качество и способ производства;
- степень раскисления.
По химическому составу
В зависимости от химического состава этот металл разделяют на два типа: углеродистые и легированные. В свою очередь, углеродистые делят на:
- низкоуглеродистые (содержание углерода ниже 0,2%);
- среднеуглеродистые (содержание углерода в пределах 0,2% — 0,45%);
- высокоуглеродистые (содержание углерода выше 0,5%).
Легированные стали классифицируют по общему суммарному количеству легирующих элементов (при этом содержание углерода не суммируют, марганец начинает считаться легирующим элементом при его содержании в сплаве более 1%, кремний — более 0,8%). Различают такие:
- низколегированные (ниже 2,5%);
- среднелегированные (в пределах 2,5% — 10%);
- высоколегированные (более 10%).
По структуре
Такой классификационный признак, как структура материала считается менее устойчивым, так как имеет зависимость от скорости охлаждения, легирования, способа термообработки и некоторых других непостоянных факторов.
Однако структура у готового материала все же позволяет провести объективную оценку его качества. Классификацию стали по структуре в состояниях отжига и нормализации.
В состоянии отжига различают такие:
- доэвтектоидная — содержит в своей структуре избыточный феррит (например, применяется для штампов горячего деформирования);
- эвтектоидная — структура состоит из перита;
- заэвтектоидная — содержит в структуре вторичные карбиды (в большинстве своем используется при изготовлении инструмента);
- карбидная (или ледебуритная) — структура содержит первичные карбиды (например, быстрорежущие);
- ферритная (нержавеющие, жаропрочные и прочие);
- аустенитные.
После процесса нормализации стали разделяют на такие классы:
- перлитные — содержат низкое количество элементов легирования, структура после нормализации: перлит, перлит + феррит, перлит + заэвтектоидный карбид;
- мартенситные — содержат высокое количество легирующих элементов, а также относительно низкую критическую скорость закалки;
- аустенитные — отличаются повышенным содержанием легирующих элементов, структура: аустенит, аустенит + карбид.
По назначению
По такому признаку, как назначение стали разделяются на конструкционные, инструментальные и специального назначения (имеющие специальные свойства).
Конструкционные используются для изготовления всевозможных деталей в устройствах, в машинах, элементах строительных конструкций. Между собой делятся на:
- обыкновенного качества;
- улучшаемые;
- цементируемые;
- автоматные;
- высокопрочные;
- рессорно-пружинные.
Инструментальные используются для изготовления режущих, измерительных и других инструментов. Подразделяются на такие группы:
- для изготовления режущего инструмента;
- для изготовления измерительного инструмента;
- для изготовления штампово-прессовой оснастки.
Специального назначения — это сплавы имеющие особые физические и/или механические свойства. Различают:
- нержавеющие (коррозионно-стойкие);
- жаростойкие;
- жаропрочные;
- износостойкие;
- магнитные;
- немагнитные и т. д.
По качеству и способу производства
В этом случаи под качеством понимают всю совокупность свойств металла, которые определяются металлургическим процессом его изготовления. Качество стали определяется присутствием в ней вредных примесей. В первую очередь — это химические элементы сера и фосфор. В зависимости от их содержание разделяют на:
- обыкновенного качества — содержащие до 0,06% серы и 0,07% фосфора;
- качественные — до 0,035% серы и 0,035% фосфора;
- высококачественные — не более 0,025% серы и 0,025% фосфора.
- особо высококачественные — не более 0,015% серы и 0,025% фосфора.
По степени раскисления
Раскислением называется процесс удаления кислорода из жидкого сплава. Нераскисленная сталь имеет относительно малую пластичность и сильнее подвержена хрупкому разрушению при термической обработке давлением. По степени раскисления разделяют на:
- спокойные;
- полуспокойные;
- кипящие.
Процесс раскисления спокойных сталей в плавильной печи/или ковше с помощью марганца, алюминия и кремния. Затвердевание в изложнице происходит спокойно, без газовыделения. В верхней части слитков образуется усадочная раковина.
Данный тип обладает анизотропией, то есть механические свойства различны и зависят от направления — пластические свойства в поперечном направлении (по направлению прокатки) значительно ниже, чем в продольном направлении.
Кроме того, в верхней части слитка содержание серы, фосфора и углерода повышенное, а в нижней части — пониженное. Это значительно ухудшает свойства изделия, иногда даже до отбраковки.
Раскисление в кипящих происходит только за счет марганца. Избыточное количество кислорода при затвердевании частично реагирует с углеродом, выделяясь в виде газовых пузырей (окись углерода). Отсюда и создается впечатление «кипения».
В этом типе практически отсутствуют неметаллические включения, возникающие из продуктов раскисления. Является низкоуглеродистым сплавом, с минимальным содержанием кремния и большим содержанием газообразных примесей. Используется при изготовлении деталей кузовов автомобилей и т. п. Обладает хорошей штампуемостью в холодном состоянии.
Полуспокойные стали занимают срединное положение между спокойными и кипящими сталями. Раскисление производят в два этапа: частично в плавильной печи и ковше, заключительно — в изложнице. В изложнице раскисление происходит за счет углерода, который содержится в металле.
Расшифровка сталей в материаловедении
Принадлежит к классу: конструкционные углеродистые качественные. Химический состав: углерод — 0,17−0,24%; кремний — 0,17−0,37%; марганец — 0,35−0,65%; сера — до 0,04%; фосфор — до 0,04%. Широко применяется в котлостроении, для труб и нагревательных трубопроводов различного назначения, кроме того, промышленность выпускает пруток, лист.
ХВГ расшифровка
Принадлежит к классу: инструментальные легированные. Применяется для изготовления измерительного и режущего инструмента, метчиков, протяжек.
Источник: https://tokar.guru/metally/stal/klassifikaciya-i-markirovka-stali.html
Классификация и маркировка легированной стали
Легированной сталью называют сталь, содержащую, помимо углерода и обычных примесей, .также и другие элементы, улучшающие ее свойства.
Для легирования стали применяют хром, никель, марганец, кремний, вольфрам, молибден, ванадий, кобальт, титан, алюминий, медь и другие элементы. Марганец считается легирующим компонентом лишь при содержании его в стали более 1%, а кремний — при содержании более 0,8%.
Вводимые в сталь легирующие элементы изменяют ее механические, физические и химические свойства. В зависимости от назначения стали в нее вводят те или иные элементы, изменяющие свойства в нужном направлении.
Важно отметить, что легированная сталь большинства марок приобретает высокие физико-механические свойства только после термической обработки.
По суммарному количеству содержащихся в стали легирующих элементов она делится на низколегированную (суммарное содержание легирующих элементов менее 2,5%), среднелегированную (от 2,5 до 10%) и высоколегированную (более 10%).
Существенным недостатком углеродистой стали является то, что эта сталь не обладает нужным сочетанием механических свойств. С увеличением содержания углерода увеличиваются прочность и твердость, но одновременно резко уменьшаются пластичность и вязкость, растет хрупкость.
Закаленные на мартенсит резцы и другие режущие инструменты углеродистой инструментальной стали тверды, но не выдерживают высокой скорости резания, так как теряют режущие свойства уже при нагреве до температуры 200°. Кроме того, режущие инструменты из углеродистой стали очень хрупки и непригодны для выполнения операции с ударной нагрузкой На инструмент.
Глубина проникновения закалки (прокаливаемость) углеродистой стали также невелика в связи с ее большой критической скоростью закалки. В результате на мартенсит закаливается только поверхностный слой деталей; внутренние слои оказываются закаленными на троостит или сорбит, а у более или менее массивных деталей — вовсе незакаленными.
Таким образом, углеродистая сталь часто не отвечает требованиям ответственного машиностроения и инструментального производства. В таких случаях необходимо применять легированную сталь.
Легирующие элементы, вводимые в сталь, могут вступать в различные взаимодействия с железом и углеродом. Все легирующие элементы образуют с железом как в у-, так и в а-модификации твердые растворы различной концентрации, т. е. могут входить в аустенит и феррит, упрочняя их.
Однако на интервал существования у-железа примеси оказывают различное влияние: одни (например, никель) расширяют область существования у-железа и при достаточном их содержании делают аустенит устойчивым даже при комнатной температуре (такие стали называют аустенитными); другие (например, хром), наоборот, уменьшают интервал существования у-железа и могут совсем устранить аустенитное превращение. При достаточном содержании таких элементов (например, более 13% Сг) у-железо существовать не будет, и при всех температурах, вплоть до плавления, структура стали будет состоять только из феррита. Такие стали называют ферритными. Они закалки не принимают.
По отношению к углероду легирующие элементы разделяются на две группы:
- элементы, образующие с углеродом устойчивые химические соединения — карбиды (хром, марганец, молибден, вольфрам, ванадий, титан); карбиды могут быть простые (например, Сг4С, Мо2С) или сложные легированные (например, (FeCr)7C3; (FeW)sC и др.); твердость их обычно выше твердости карбида железа, а хрупкость ниже;
- элементы, не образующие в присутствии железа карбидов и входящие в твердый раствор — феррит (никель, кремний, кобальт, алюминий, медь).
Легированную сталь классифицируют по одному из следующих признаков:
- по структуре в отожженном состоянии;
- по структуре в нормализованном состоянии;
- по назначению и др.
Классификация по структуре в отожженном состоянии. В зависимости от входящих в состав стали структурных составляющих различают доэвтектоидную, заэвтектоидную и ледебуритную сталь.
При малых содержаниях хрома сталь может быть доэвтектоидной, эвтектоидной, заэвтектоидной и ледебуритной. Ледебуритная сталь по существу является хромовым белым чугуном, но хром настолько улучшает его свойства, что он удовлетворительно куется и в производстве используется как сталь.
Карбиды хрома, как и карбиды других элементов, играют в структуре ту же роль, что и цементит, частично замещая его в перлите и аустените. Поэтому в хромовых сталях перлит образуется не при 0,8% С, а при меньшем его содержании.
Концёнтрация легированного эвтектоида (точка S) для стали с различным содержанием хрома характеризуется линией I, а предельная концентрация углерода в легированном аустените-—линией II.
Диаграмма разделения хромовой стали по структуре
Диаграмма закал ивае» мости на воздухе никелевой стали
Доэвтектоидная сталь состоит из легированного перлита и избыточного легированного феррита, заэвтектоидная — из легированного перлита и карбидов, а ледебуритная — из легированы ледебурита и перлита и карбидов.
На диаграмме указана также область ферритной стали, получающейся при большом количестве хрома и малом количестве углерода. Классификация по структуре в нормализованном состоянии. На рис. 2 приведена структурная диаграмма для охлажденной на воздухе никелевой стали в зависимости от содержания в ней никеля и углерода.
Диаграмма показывает, что при охлаждении на воздухе может быть получена структура аустенита, мартенсита или смеси феррита с цементитом (перлит, сорбит, троостит) в зависимости от количества никеля и углерода. В соответствие с этим сталь делят на классы: аустенитный, мартенситный и перлитный.
Это объясняется тем, что при повышенном содержании легирующих элементов (в частности, никеля) точка мартенситного превращения на диаграмме изотермического распадения аустенита понижается и может быть ниже нуля.
Тогда при охлаждении на воздухе до комнатной температуры в стали сохранится аустенит без мартенсита. При пониженном содержании никеля и углерода мартенситная точка лежит выше, и при охлаждении на воздухе до комнатной температуры сталь принимает структуру мартенсита.
При небольшом содержании никеля и углерода скорость охлаждения на воздухе оказывается меньше критической скорости закалки, и сталь, охлажденная на воздухе до комнатной температуры, имеет структуру троостита, сорбита или перлита. Заштрихованные участки диаграммы указывают состав стали, занимающий положение промежуточных классов: перлито-мартенситного и мартенсито-аустенитного.
Аналогичные диаграммы могут быть построены также для стали, легированной другими элементами, причем, кроме трех названных классов, могут образоваться, как это мы уже видели на примере хромовой стали, еще два класса: ледебуритньш (карбидный) и ферритный. Наличие карбидного класса характерно для стали, легированной карбидообразующих элементами; такая сталь очень тверда и идет на изготовление инструментов.
Таким образом, легированная сталь в зависимости от структуры и состояния, получаемых при охлаждении на воздухе, делится на пять классов (не включая промежуточных): перлитный, мартенситный, аустенитный, карбидный и ферритный.
Классификация по назначению. В зависимости от назначения легированную сталь делят на конструкционную, инструментальную и сталь с особыми физико-химическими свойствами.
Конструкционную сталь применяют для изготовления деталей машин; она в свою очередь делится на цементируемую (подвергаемую цементации) и улучшаемую (подвергаемую улучшению — закалке и высокому отпуску).
Инструментальную сталь применяют для изготовления режущего, измерительного, штампового и другого инструмента. К сталям с особыми свойствами относят: нержавеющие, жаростойкие, кислотостойкие, износоустойчивые, с особыми магнитными и электрическими свойствами и т. д.
Маркировка легированной стали. По ГОСТ для обозначения легирующих элементов приняты следующие буквы: X — хром, Н — никель, Г — марганец, С — кремний, В — вольфрам, М — молибден, Ф — ванадий, К — кобальт, Т — титан, Ю — алюминий, Д — медь.
Для обозначения легированной стали той или иной марки применяется определенное сочетание цифр и букв.
Для стали конструкционной легированной принята маркировка, по которой первые две цифры указывают среднее содержание углерода в сотых долях процента, буквы — наличие соответствующих легирующих элементов, а цифры, следующие за буквами, — процентное содержание этих компонентов в стали. Если после какой-либо буквы отсутствует цифра, то это значит, что содержание данного элемента в стали примерно равно 1%.
Например, марка 35Х обозначает хромовую сталь, содержащую около 0,35%С и 1%Сг; марка 45Г2 обозначает марганцевую сталь, содержащую около 0,45%Си2%Мп; марка ЗОХНЗ обозначает хромоникелевую сталь, содержащую около 0,3%С, 1%Сг и 3%Ni и т. д. Для стали инструментальной легированной порядок маркировки по легирующим компонентам тот же, что и для конструкционной, но количество углерода указывается первой цифрой в десятых, а не в сотых долях процента. Если цифра отсутствует, то сталь содержит около или более 1 % углерода.
Для обозначения высококачественной стали в конце маркировки добавляют букву А. Высококачественная сталь содержит меньше серы и фосфора, чем обычная качественная.
Некоторые стали специального назначения имеют особую маркировку из букв, которые ставятся впереди: III — шарикоподшипниковая, Р — быстрорежущая, Ж — хромовая нержавеющая ферритного класса, Я — хромоникелевая нержавеющая аустенитного класса, Е — электротехническая сталь.
Источник: http://pereosnastka.ru/articles/klassifikatsiya-i-markirovka-legirovannoi-stali
Классификация и маркировка легированных сталей. Влияние легирующих элементов на превращения, микроструктуру и свойства стали; принципы разработки легированных сталей
Легированная сталь – это сталь, которая содержит кроме углерода и обычных примесей, другие элементы, улучшающие ее свойства.
Для легирования стали применяют хром, никель, марганец, кремний, вольфрам, молибден, ванадий, кобальт, титан, алюминий, медь и другие элементы. Марганец считается легирующим компонентом лишь при содержании его в стали более 1 %, а кремний – при содержании более 0,8 %.
- В сталь вводятся легирующие элементы, которые изменяют ее механические, физические и химические свойства, а также в зависимости от назначения стали в нее вводят элементы, изменяющие свойства в нужном направлении.
- Легированная сталь многих марок приобретает высокие физико-механические свойства только после термической обработки.
- По суммарному количеству легирующих элементов, которые содержатся в стали, она делится на низколегированную (суммарное содержание легирующих элементов менее 2,5 %) среднелегированную (от 2,5 до 10 %) и высоколегированную (более 10 %).
Недостатком углеродистой стали является то, что эта сталь не обладает нужным сочетанием механических свойств. С увеличением содержания углерода увеличиваются прочность и твердость, но одновременно резко уменьшаются пластичность и вязкость, растет хрупкость. Режущие инструменты из углеродистой стали очень хрупки и непригодны для выполнения операции с ударной нагрузкой на инструмент.
Углеродистая сталь часто не отвечает требованиям ответственного машиностроения и инструментального производства. В таких случаях необходимо применять легированную сталь.
Легирующие элементы по отношению к углероду разделяются на две группы:
- элементы, которые образуют с углеродом устойчивые химические соединения – карбиды (хром, марганец, молибден, вольфрам, титан); карбиды могут быть простые (например, Сг4 С) или сложные легированные (например, ((FеСг)7С3); твердость их обычно выше твердости карбида железа, а хрупкость ниже;
- элементы, не образующие в присутствии железа карбидов и входящие в твердый раствор – феррит (никель, кремний, кобальт, алюминий, медь).
По назначению легированную сталь делят на конструкционную, инструментальную и сталь с особыми физикохимическими свойствами.
Конструкционную сталь применяют для изготовления деталей машин; она делится на цементируемую (подвергаемую цементации) и улучшаемую (подвергаемую улучшению – закалке и высокому отпуску). К сталям с особыми свойствами относят: нержавеющие, жаростойкие, кислотостойкие, износоустойчивые, с особыми магнитными и электрическими свойствами.
Маркировка по ГОСТ для обозначения легирующих элементов: Х – хром, Н – никель, Г – марганец, С – кремний, В – вольфрам, М – молибден, К – кобальт.
Для стали конструкционной легированной принята маркировка, по которой первые две цифры показывают среднее содержание углерода в сотых долях процента, буквы – наличие соответствующих легирующих элементов, а цифры, следующие за буквами, – процентное содержание этих компонентов в стали. Если после какой-либо буквы отсутствует цифра, то содержание данного элемента в стали примерно равно 1 %. Если цифра отсутствует, то сталь содержит около или более 1 % углерода.
Для обозначения высококачественной стали в конце маркировки добавляют букву А. Высококачественная сталь содержит меньше серы и фосфора, чем обычная качественная.
Стали специального назначения имеют особую маркировку из букв, которые ставятся впереди: Ш – шарикоподшипниковая, Р – быстрорежущая, Ж – хромовая нержавеющая ферритного класса, Я – хромоникелевая нержавеющая аустенитного класса, Е – электротехническая сталь.
Многие стали можно отнести к машиностроительным материалам, которые обладают достаточно высокими прочностными качествами. К таким сталям относятся: углеродистые стали, низколегированные стали, высокопрочностные среднелегированные стали, высокопрочные высоколегированные (мартенситно – стареющие) стали.
Все легированные стали можно разделить на группы в зависимости от четырех признаков: по равновесной структуре стали, по структуре после охлаждения стали на воздухе, по составу стали, по назначению стали. В зависимости от того, какое количество углерода содержится в стали, различают следующие виды: малоуглеродистые до 0.1–0.2 %, среднеуглеродистые и высокоуглеродистые 0.6–1.7 % С.
Структура сталей может быть доэвтектоидной (феррит + перлит), эвтектоидной (перлит) и заэвтектоидной (перлит + цементит) стали.
Существует три способа выплавки стали: кипящий, полуспокойный, спокойный способы. При кипящем способе в структуре стали содержатся в большом количестве газовые пузыри, которые являются результатом раскисления стали в изложницах и выделения СО.
Источник: https://tech.wikireading.ru/16463
Углеродистые и легированные стали (определение и маркировка)
Углеродистой называют нелегированную сталь, содержащую 0,04…2 % углерода. Кроме того, в состав стали входят постоянные примеси — кремний и марганец, а также вредные -фосфор и сера (их содержание не должно превышать 0,05…0,06 %).
В зависимости от содержания углерода такие стали делятся на низко- (до 0,25 % углерода), средне- (0,25…0,6 %) и высокоуглеродистые (свыше 0,65 %). По назначению углеродистые стали подразделяют на конструкционные и инструментальные.
Сталь углеродистую обыкновенного качества подразделяют на группы А, Б, В, учитывающие условия поставки. Сталь группы А поставляют потребителям по механическим свойствам: пределам прочности и текучести, относительному удлинению, способности к изгибу в холодном состоянии. В стали группы Б нормируют химический состав, а группы В — одновременно химический состав и механические свойства.
Маркировка сталей. Каждая группа включает несколько марок стали — от СтО до Стб. С увеличением номера возрастает прочность стали и уменьшается ее пластичность. Сталь марок от Ст1 до Ст4 выпускают кипящей, полуспокойной, спокойной, марок Ст5 и Стб — полуспокойной и спокойной.
Указание о степени раскисления делают в-виде индекса: кп — кипящая, пс -полуспокойная, сп — спокойная. Стали марок СтЗГпс, СтЗГсп и Ст5Гпс содержат повышенное количество марганца, на что указывает буква Г.
СтО содержит углерода не более 0,23 %, СтЗ — от 0,14 до 0,22 %, а Стб — от 0,38 до 0,49 %. Сталь группы Б изготовляют тех же марок, что и сталь группы А, но в начале обозначения марки вводят букву Б, например сталь БСт1кп. Для сталей группы А букву впереди марки не ставят.
В обозначении марок сталей всех групп вводят также цифры от 1 до 6, характеризующие категорию стали. Категория определяется совокупностью механических свойств стали либо особенностями ее химического состава. Цифру 1 в сталях первой категории не указывают.
Примеры обозначения марок стали: СтЗкп — группа А, сталь 3, кипящая, категория 1; БСт2пс2 — группа Б, сталь 2, полуспокойная, категория 2; ВСт2спЗ — группа В, сталь 2, спокойная, категория 3.
В строительстве используют стали всех групп. Наиболее пластичные Ст1 и Ст2 применяют в конструкциях резервуаров, трубопроводах, для заклепок. Из СтЗ, Ст4 и Ст5 изготовляют строительные конструкции, а также арматуру для железобетона. В большом количестве углеродистая сталь обыкновенного качества расходуется на изготовление листового, круглого, швеллерного, двутаврового проката.
Легированные стали кроме железа, углерода и нормальных примесей, содержат легирующие элементы, например хром, никель, молибден, ванадий, вольфрам, титан, которые повышают качество стали и придают ей специальные свойства. К таким элементам относят также марганец и кремний, если их содержание в стали превышает 1 %.
Легирующие элементы образуют с железом химические соединения и твердые растворы замещения, которые играют роль упрочняющей фазы. Кроме того, большинство легирующих элементов образуют с углеродом простые и сложные карбиды, являющиеся, как и цементит Fe3C, хрупкими и твердыми веществами.
В результате изменяется строение и существенно улучшаются механические свойства сталей. Стали, применяемые для изготовления арматуры железобетонных конструкций, содержат в качестве легирующих элементов чаще всего марганец, кремний, хром. Марганец и кремний увеличивают прочность легированной стали, но снижают ее ударную вязкость.
Хром и никель повышают не только прочность, но и ударную вязкость. Практически все легирующие элементы улучшают термическую обрабатываемость сталей. По химическому составу различают низко-, средне- и высоколегированную сталь. По назначению легированные стали разделяют на конструкционные, инструментальные и стали с особыми свойствами.
Для обозначения марок легированной стали по ГОСТу используют буквенно-цифровую систему. В начале обозначения приводят цифры, указывающие содержание углерода в сотых долях процента.
Далее ставят буквы, обозначающие легирующий элемент: Ю — алюминий, Р — бор, Ф — ванадий, В — вольфрам, С — кремний, Г — марганец, Д — медь, М — молибден, Н -никель, Т — титан, X — хром, Ц — цирконий. Наконец, цифра, стоящая за буквами, указывает содержание легирующего элемента в процентах.
Если содержание легирующего элемента не превышает 1 %, то цифру не ставят. При содержании I …1,5 % ставят цифру 1, свыше 1,5 до 2 % — цифру 2. Например, марка стали 20ХГ2С означает: легированная сталь с содержанием углерода 0,20 %, хрома — менее 1 %, марганца — 2 %, кремния — менее 1 %.
Сталь для металлических конструкций обладает высокими пластичностью и ударной вязкостью, причем эти свойства незначительно ухудшаются при отрицательных температурах (до -40…50 °С). Основная характеристика такой стали — предел текучести — составляет в среднем 350 МПа, в то время как у углеродистой стали он равен 225 МПа.
Источник: https://students-library.com/library/read/82935-uglerodistye-i-legirovannye-stali-opredelenie-i-markirovka