Какие свойства легированной стали?

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

Легированная сталь – классификация, маркировка, свойства, применение

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 %.

Легированная сталь – классификация, маркировка, свойства, применение

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.

Легированная сталь – классификация, маркировка, свойства, применение

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?

Легированная сталь – классификация, маркировка, свойства, применение

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.

Легированная сталь – классификация, маркировка, свойства, применение

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.

Легированная сталь – классификация, маркировка, свойства, применение

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

Легированная сталь – классификация, маркировка, свойства, применение

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:

  1. Мартенситные.
  2. Перлитные.
  3. Ферритные.
  4. Аустенитные.
  5. 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.

Легированная сталь – классификация, маркировка, свойства, применение

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.
Читайте также:  Какие характеристики стеклопластиковой арматуры?

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.

Легированная сталь – классификация, маркировка, свойства, применение

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.

Легированная сталь – классификация, маркировка, свойства, применение

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:

  1. Самые первые цифры (их две) в маркировке говорят о содержании (в сотых частях процента) углерода.
  2. При содержании элемента в ЛС не более 0,99 % цифру за литерой никогда не ставят.
  3. 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 %.
  4. В шарикоподшипниковых сплавах цифра после литер ШХ указывает на наличие в них хрома в десятых частях процента.
  5. Если в конце маркировки стоит две литеры А, перед нами особо чистая (по включениям фосфора и серы) ЛС.

Легированная сталь – классификация, маркировка, свойства, применение

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

Легированная сталь – классификация, маркировка, свойства, применение

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.

Легированная сталь – классификация, маркировка, свойства, применение

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.

Легированная сталь – классификация, маркировка, свойства, применение

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.

Читайте также:  Чем осуществить сварку нержавейки?

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.

Легированная сталь – классификация, маркировка, свойства, применение

Диаграмма разделения хромовой стали по структуре

Легированная сталь – классификация, маркировка, свойства, применение

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.

Читайте также:  Какие преимущества стеклопластиковой арматуры?

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:

  1. 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;
  2. 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

Ссылка на основную публикацию