Как маркируются конструкционные и инструментальные углеродистые стали

Способ выплавки:
По способу выплавки различаются, следующие стали:

• томасовскую (бессемеровскую) (Т). Затруднено использование этой стали в сварке из-за повышенного содержания в ней азота и фосфора.
• мартеновская (М);
• конверторную с кислородной продувкой (У);
• выплавляемую в электродуговых печах (Е) — этот способ в первую очередь применяется для выплавки легированных сталей.

Способы разливки:

Разливка в слитки. Сталь разливается главным образом в кокиль. Без раскисления ванны, в стали появляется зональная ликвация (кипящая сталь). За счет раскислителей, таких как кремний, марганец и алюминий, ликвация может быть исключена (спокойная сталь). Свойства стали зависит от способа и хода раскисления, температуры разливки и её скорости, от величины и формы слитков, конструкции исполнения кокиля, от способа заливки (снизу или сверху). Все эти факторы влияют на исходные структуры и распределение постоянных примесей.

Непрерывная разливка. Метод применяется к спокойным сталям. Его преимущества: длина готового слитка многократно превышает длину кокиля, экономия расходов на обжимку слитков, повышенное содержание С и Мп благоприятствует возникновению трещин, вызванных действием водорода, и снижению прочности.

Вакуумная разливка стали. Для снижения содержания водорода, кислорода и азота в стали её в ковше подвергают вакуумированию, что используется при изготовлении высококачественных сталей или крупногабаритных поковок.

По степени раскисления стали разделяются:

• кп — кипящая;
• пс — полуспокойная;
• сп — спокойная.

Окисление производится 3 способами:

• Окисление производится продуваемым кислородом (СтЗ. ).
• Окисление производится при сгорании топлива (газ, мазут) с добавлением флюсов. Получают углеродистую, инструментальную, и низкоуглеродистую сталь.
• Расплавление и переплав за счет электрической дуги. Получают чистые и высоколегированные стали (08Х18Н10Т).

Классификации углеродистых сталей

1. Конструкционные стали. 1.1 Стали углеродистые обыкновенного качества. Для изготовления металлоконструкций и деталей машин общего назначения Применяют углеродистую сталь обыкновенного качества: 1.1.1 горячекатаную — ( сортовую, фасонную, толстолистовую, тонколистовую, широкополосную- универсальную. 1.1.2 холоднокатаную — тонколистовую.

Углеродистой сталью называется сплав железа с углеродом содержащий от 0,01 до 2% С, и с добавками Мп (0,3-0,9%), 31 (0,15-0,35%), 8 (до 0,06%) причем главной составляющей, определяющей свойства стали является углерод.

По содержанию углерода стали делятся на:

• Низкоуглеродистые (С до 0,25%),
• Среднеуглеродистые (С от 0,25 до 0,6%),
• Высокоуглеродистые (С от 0,6 до 2%).

По применяемости углеродистая сталь подразделяется на:

• Конструкционную,
• Инструментальные,
• Специального назначения.

В зависимости от назначения сталь подразделяют на три группы.

• поставляемую по механическим свойствам;
• поставляемую по химическому составу;
• поставляемую по механическим свойствам и химическому составу.

В зависимости от нормируемых показателей сталь каждой группы подразделяется на категории:

Стали изготовляют следующих марок:

• Группы А — СтО, Ст1, Ст2, СтЗ, Ст4, Ст5, Стб;
• Группы Б — БСтО, БСт1, БСт2, БСтЗ, БСт4, БСт5, БСТ6;
• Группы В — ВСт1, ВСт2, ВСтЗ, ВСт4, ВСт5.

Сталь всех групп с номерами марок 1,2,3 и 4. По степени раскисления: кипящая, полуспокойная и спокойная. Групп с номерами марок 5,6 полуспокойная и спокойная. Марки 3,5 производятся с повышенным содержанием марганца. Для обозначения степени раскисления к обозначению марки стали после номера марки добавляют индексы кп, пс, сп. Сталь маркируют несмываемой краской; при этом независимо от группы и степени раскисления используют следующие цвета.

Марка стали: Цвет маркировки

• СтО Красный и зеленый
• Ст1 Белый и черный
• Ст2 Желтый
• СтЗ Красный
• Ст4 Черный
• Ст5 Зеленый
• Ст6 Синий
• СтЗ П 1С Красный и синий
• Ст5Гпс Зеленый и белый

Низкоуглеродистые конструкционные стали имеют высокую пластичность, хорошо свариваются, куются, штампуются, режутся газом, но прочность их недостаточна высока. Из них изготавливают неответственные детали конструкций.

К среднеуглеродистым сталям относится сталь марки Ст45. Она обладает повышенной прочностью , но свариваемость её невысока. Из них изготавливают детали, требующие высокой прочности, например детали металлорежущих станков. Разрезаемость удовлетворительная.

Высокоуглеродистые стали — это стали марок Ст60, Ст65 и Ст70 характеризуются высокой прочностью и твердостью и идут на изготовление валков прокатных станов, проволоки тросов и т.д. Резка этих сталей затруднена из-за возможности образования закалочных трещин. Примечание: Цифры в маркировке стали обозначают сотые доли С, например Ст45 — 0,45% С.

К высокоуглеродистым сталям относятся инструментальные стали. Применяются в термически обработанном виде (закалка+отпуск). Марки этой стали следующие: У7, У8, У9. У7А, У8А. Цифры показывают среднее содержание С в десятых долях процента. Например: У8-8%С. Индекс А в конце марки указывает, что сталь высококачественная. Из углеродистой стали изготавливают зубила, ножи, ножницы по металлу, напильники, сверла и т.д.

К углеродистым сталям специального назначения относятся: автоматная сталь ( с повышенным содержанием Р и S ). Маркировка автоматной стали: А12, А20. Цифры показывают среднее содержание С, например А20-0,2%.

Влияние примесей на свойства сталей.

1. Кремний. Кремний незначительно влияет на прочностные свойства углеродистых конструкционных сталей. Он действует как раскислитель. Отсутствие кремния указывает на то, что сталь относится к кипящим. После раскисления кремния в стали должно остаться более 0,1% ; верхний предел не должен превышать 0,45%.

2. Марганец. Марганец повышает твердость,- не ухудшая пластичность. Углеродистые стали содержат обычно от 0,3 до 0,8% Мп. Марганец — раскислитель и совместно с кремнием используются для получения спокойной стали. Марганец связывает серу в сульфат марганца, препятствуя тем самым образованию сульфида железа, способствующего возникновению горячих трещин.

3. Фосфор. Фосфор повышает твердость, а также атмосферную коррозионную стойкость (особенно в контакте с медью), в то же время деформационные стали ухудшаются. Фосфор вызывает хладноломкость, поэтому его содержание в стали ограничивают 0,05%.

4. Сера. Серу иногда добавляют к углеродистой стали для облегчения снятия стружки при механической обработке (автоматная сталь). Содержание серы в стали следует ограничить 0,05%.

5. Азот. В связи с тем, что азот увеличивает склонность к охрупчиванию углеродистых сталей, его содержание не должно превышать 0,01%. Азот вызывает различные проявления охрупчивания углеродистых конструкционных сталей: дисперсионное твердение и старение, деформационное старение, синеломкость.

В маркировке стали принято буквенно-цифровое обозначение.

Стали обыкновенного качества (ГОСТ 380-71) маркируются сочетанием букв «Ст» и цифрой, обозначающей номер стали (от 0 до 6). Для данных сталей, кроме Ст0, справедливо следующая формула:

Процентное содержание углерода = 0,07× номер стали.

Например, для Ст3: С% = 0,07×3 = 0,21%.

Не сложно заметить, что чем выше содержание углерода, а следовательно выше прочностные свойства, тем больше ее номер.

Если в маркировке стали обыкновенного качества присутствует буква «Г» после номера, то это указывает на повышенное содержание марганца с данной стали. Перед маркой указывают группу стали, причем группа «А» в обозначении марки не ставится.

Стали изготавливают следующих марок:

группа А – Ст0, Ст1, Ст2, Ст3, Ст4, Ст5, Ст6;

группа Б – БСт0, БСт1, БСт2, БСт3, БСт4, БСт5, БСт6;

группа В — ВСт0, ВСт1, ВСт2, ВСт3, ВСт4, ВСт5.

Степень раскисления стали указывают буквами «сп» — спокойная, «кп» — кипящая, «пс» — полуспокойная. Она сказывается на свойствах стали и ее стоимости. Кипящие стали самые дешевые, а у спокойных самые высокие механические свойства, меньшая склонность к хладноломкости. Зато кипящие стали можно использовать для получения деталей листовой штамповки с глубокой вытяжкой. У спокойных сталей с повышенным содержанием кремния сопротивление деформированию возрастает, сталь сильно упрочняется, и возможно появление надрывов при штамповке.

Для обозначения категории стали к обозначению марки добавляется номер соответствующей категории, например: Ст3пс2, БСт3кп2, ВСт4пс2.

Стали обыкновенного качества поставляются в горячекатаном состоянии. Их структура и свойства заданы при получении изделий на металлургическом заводе. Поэтому при изготовлении деталей на предприятиях-потребителях металла без применения горячей обработки механические свойства стали будут соответствовать гарантированному ГОСТом для данной марки уровню.

Если из этих сталей получают изделия с применением горячей обработки (ковки, штамповки), то структура и, следовательно, свойства стали меняются.

Для улучшения структуры и свойств после изготовления изделия горячей обработкой давлением может проводиться термическая обработка – отжиг или нормализация.

Металлургические заводы выпускают стали обыкновенного качества в виде проката самого различного профиля и размеров. Это могут быть прутки круглого, квадратного, шестигранного сечения; уголки, швеллеры, листы, трубы, балки и т. д.

Стали группы А предназначены для изготовления неответственных деталей требующих повышенной пластичности или глубокой вытяжки (СТ2кп), а также деталей, которые не подвергаются горячей обработке (сварке, ковке). Стали группы Б предназначены для изготовления изделий с применением горячей обработки, стали группы В – для изготовления сварных конструкций.

Области применения сталей обыкновенного качества:

Ст0 – ограждения, перила, кожухи, обшивка (т.е. детали неответственные).

Ст1 – детали с высокой вязкостью и низкой твердостью (анкерные (фундаментные) болты, связывающие обшивки).

Ст2 – неответственные детали требующие высокой пластичности или глубокой вытяжки.

Ст3 – несущие элементы сварных и не сварных конструкций или деталей; фасонные швеллеры для рамы тракторов, обода колес автомобилей, фасонные профили для с/х машиностроения; арматура гладкого профиля для армирования ж/б конструкций.

Ст5 – болты, гайки, тяги, трубные решетки, клинья, рычаги, упоры, штыри, стержни, пальцы.

Ст6 – бабы молотов (ударная часть), шпиндели (вращающая часть на станке), ломы строительные.

От Ст0 до Ст6 – балки двутавровые, швеллеры, угловая сталь.

Углеродистые качественные конструкционные стали (ГОСТ 1050-74) поставляются по химическому составу и механическим свойствам. Допускается содержание серы в этой стали до 0,04%, а фосфора до 0,035%. Кроме того, в этой стали может содержаться до 0,3% никеля, до 0,3% меди и до 0,25% хрома.

Качественные конструкционные стали маркируются двухзначными числами: 08, 10, 15, 25, 30 … 60, обозначающими среднее содержание углерода в сотых долях процента. Например, сталь 08 содержит 0,08% углерода, а сталь 60 – 0,6% углерода. Степень раскисления в марках спокойных сталей не ставится, а у полуспокойных и кипящих после цифр добавляются буквы «пс» и «кп».

В зависимости от химического состава данная сталь делится на две группы: с нормальным содержанием марганца и с повышенным содержанием марганца. Стали первой группы: 05, 08, 10, 15, 20, 25…85; стали второй группы (0,7 – 1,2% Mn ): 15Г, 20Г, 30Г, 40Г, 45Г, 50Г, 60Г, 65Г, 70Г. Марганец придает стали большую прокаливаемость.

Стали 65, 70, 75, 80 можно отнести к группе рессорно-пружинных сталей (характеризуются высоким пределом упругости).

Качественные конструкционные стали содержат меньше вредных примесей (серы, фосфора, неметаллических включений), чем стали обыкновенного качества, поэтому обладают высокими механическими свойствами.

Области применения углеродистых качественных конструкционных сталей.

· 05кп, 08, 08кп, 08ю – детали изготавливаемые холодной штамповкой и глубокой вытяжкой (кузова, крылья автомобилей, топливные баки, змеевики, элементы сварных конструкций);

· 10, 15 – используют для деталей не испытывающих высоких нагрузок: кулачковые валики, рычаги, оси, втулки, болты, гайки, заклепки, муфты.

· 20, 25 – крепежный материал, соединительные муфты, шпиндели, толкатели клапанов, пальцы рессор, рамы и другие детали автотракторного с/х машиностроения.

· 30, 35 – слабонагруженные оси, валы различных машин и механизмов, шпиндели, шестерни ,рычаги, звездочки, кольца, шатуны.

· 40, 45, 50 – средненагруженные оси, валы, шестерни, втулки, коленчатые валы, плунжеры, фрикционные диски.

· 60, 65, 70, 75, 80, 85, 60Г, 65Г, 70Г – пружины, рессоры, шпиндели, замковые шайбы, прокатные валки, ж/д рельсы, крановые колеса.

К конструкционным углеродистым сталям относится также автоматная сталь, отличающаяся повышенным содержанием серы (до 0,3%) и фосфора (до 0,15%). Особенность этих сталей – хорошая обрабатываемость резанием, так как сера и фосфор резко снижают пластичность стали. Маркируются эти стали6 А11, А12, А20, А30, А35, А40Г, число в марке означает среднее содержание углерода в сотых долях процента. Автоматные стали служат для изготовления болтов, гаек и других мелких деталей.

Инструментальные углеродистые стали (ГОСТ 1435-74) характеризуются содержанием углерода от 0,7% и выше. Отличительной особенностью такой стали является высокая твердость, прочность. Маркируется данная сталь буквой «У» и цифрой, показывающей содержание углерода в десятых долях процента.

Имеются следующие марки: У7, У7А, У8, У8А, …, У13, У13А. Например, сталь У10 – углеродистая инструментальная сталь, содержащая 1% углерода.

Стали могут быть качественные и высококачественные. Буква А в конце марки, указывает, что сталь высококачественная.

Содержание вредных примесей:

· качественные стали: S – 0,028%, P – 0,03%;

· высококачественные: S – 0,018%, P – 0,025%;

Области применения инструментальных сталей:

У7, У7А – зубила, молотки, плоскогубцы, кусачки, пневмоинструмент.

У8, У8А – фрезы, ножи, зенковки, штампы, матрицы, пуансоны, ножницы, деревообрабатывающий инструмент.

У9, У9А, У10, У10А – сверла, метчики, развертки, плашки, матрицы для холодной штамповки.

У11, У11А, У12, У12А, У13, У13А – резцы, напильники, сверла, измерительный инструмент, ножовочные полотна (легированные

в 6-ть раз дороже углеродистых).

Углеродистые инструментальные стали используют после термической обработки.

Вопросы для самоконтроля:

1. Какой сплав называют сталью?

2. Как влияет содержание углерода на структуру и механические свойства стали?

3. Какие постоянные примеси присутствуют в сталях? Какие из них вредные примеси, а какие полезные?

4. Как влияют кремний и марганец на свойства углеродистых сталей?

5. Что называют хладноломкостью?

6. Какие примеси вызывают хладноломкость в сталях?

7. Как классифицируются стали:

а) по содержанию углерода;

в) по назначению?

8. Как маркируются углеродистые стали:

а) обыкновенного качества;

б) качественные конструкционные;

9. Какие стали называют спокойными, кипящими и полуспокойными? Как это отражено в маркировке?

Дата добавления: 2015-10-13 ; просмотров: 3636 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Вопрос увеличения эффективности обработки конструкционных сталей остается всегда актуальным. Исследования в этом направлении в одно время привели к появлению новых марок стальных сплавов, предназначенных исключительно для изготовления инструмента и оснастки под него. Название они получили соответствующее — инструментальные стали и сплавы. что их отличало от обычных конструкционных? Какими свойствами они обладали?

Общие сведения

Сталь, процент углерода в которой составляет более 0,7%, называют инструментальной. В основе фазовой структуры лежит мартенсит и только в некоторых случаях ледибурит.

Используется главным образом в машиностроении в качестве материала для производства инструмента по обработке черных и цветных сплавов.

Инструментальную сталь отличает ряд особенностей по сравнению с конструкционной. Среди них наиболее важными являются:

• Повышенная твердость, которая составляет 60-65 единиц по шкале Роквелла.
• Дополнительная прочность. Временное сопротивление на разрыв не должно быть ниже 900 МПа.
• Способность сопротивляться воздействию абразивного износа.
• Высокая прокаливаемость — свойство сталей термически упрочняться.
• Красностойкость, которая характеризует металл с точки зрения способности сохранять свои прочностные характеристики при увеличении температурного воздействия на него.

Согласно государственным стандартам предусмотрены следующие разновидности инструментальных марок, исходя из их технологического назначения:

• Инструментальные углеродистые стали ГОСТ 1435-99. Помечаются буквой «У» в начале маркировки. Цифра, следующая далее в обозначении, показывает углеродистую составляющую: У12, У10 и т.д. Размерность берется в сотых долях процента. В конце может ставиться буква «А» (например, У10А), которая показывает, что данная инструментальная сталь имеет уменьшенное количество отрицательных включений. В частности, это относится к сере и фосфору, элементам, ответственным за ухудшение механических свойств стального сплава.
• Легированные инструментальные стали ГОСТ 5950-2000. Цифра, стоящая в начале, показывает сотую долу процента карбидов в стали. В случае ее отсутствия значение данного параметра принимается равным 1%. Далее следует буквенное обозначение легирующих элементов с указанием цифрами их содержания в целых долях процента: Х, 5ХВГ, 9ХС и прочее.
• Быстрорежущие инструментальные стали ГОСТ 19265-73. В технической документации маркируются буквой «Р». Цифрой за ней обозначают ориентировочное содержание вольфрама – базового химического компонента для данной стали. Помимо него быстрорезы могут включать в своем составе кобальт и ванадий. Они также указываются в маркировке соответствующими буквами: К и Ф. Содержание хрома во всех быстрорежущих сталях колеблется в пределах 3-4%. По этой причине его не обозначают в маркировке.
• Штампованные инструментальные стали ГОСТ 1265-74. Маркируется данный вид сталей аналогично легированным. По характеру применения они бывают штампованными сталями холодной и горячей деформации.

Рассмотрим каждый пункт теперь более подробно.

Инструментальная углеродистая сталь

Данный класс в машиностроении используется как материал для производства режущего инструмента с минимальным габаритным размером не более 13 мм. Причина этого ограничения кроется в их ограниченной прокаливаемости. Более крупные габаритные размеры возможны только если большая часть режущей кромки находится на поверхности (короткие свёрла, зенкера и прочее).

Для большинства режущего инструмента — зенковки, ножовки и фрезы — применяются стали У13, У11 и У10. В случае если стальной сплав работает в условиях сильных ударных воздействий, рекомендуется использовать марки типа У8 и У7. Они обладают большим коэффициентом ударной вязкости и, соответственно, способны выдержать большие динамические нагрузки.

Преимуществом инструментальных сталей приведенного класса является низкая цена, приемлемая податливость резанию в отожжённом состоянии и умеренная твердость. Для повышения их механических свойств применяют разного рода термообработку. Прежде всего, это закалка в соляном растворе или воде при 820 ºС плюс низкий отпуск, главное назначение которого — снятие внутренних напряжений.

Главным недостатком углеродистой инструментальной стали — это узкий диапазон температур закаливания, что усиливает внутренние деформации стали при ее термообработке. По этой причине использование данных сплавов ограничивается инструментом, работающим с низкими скоростями резания и температурами нагрева до 220 ºС.

Легированная инструментальная сталь

По сравнению с вышеописанной легированная обладает большей толщиной прокаливаемого слоя и меньшей склонностью к перегреву, что позволяет существенно снизить риск образования трещин во время термообработки инструмента. Благодаря этому минимальный габаритный размер инструмента увеличивается с 12 до 40 мм.

Низколегированные стали марок типа 11Х и 13Х рекомендуются для изготовления метчиков, ножей и напильников толщиной 1-15 мм. Особенно если указанный инструмент при этом имеет большую длину.

Стали 9ХС и ХВГС обладают повышенной красностойкостью с критической температурой 250 ºС. Они используются для сверл, плашек, гребенок и прочего инструмента диаметром до 80 мм. Недостатком их является небольшая хрупкость в отожжённом состоянии и чувствительность к образованию трещин во время шлифовки.

Также легированная инструментальная сталь отлично зарекомендовала себя в изготовлении разного рода измерительного инструмента — штангенциркули, линейки, скобы и прочее — за счет низкого значения коэффициента теплового расширения. Наиболее подходящими из них послужили стали типа Х и ХГ.

Быстрорежущая инструментальная сталь

Быстрорежущих инструментальных сталей от всех выше представленных видов инструментальных стальных сплавов отличает более высокая красностойкость. Данные сплавы не изменяют своих механических характеристик при температурном режиме до 650 ºС. Как результат, скорость резания увеличивается в 5 раза, а долговечность инструментария в 32 раз.

Этого стало возможным благодаря включению в их химический состав вольфрама или его аналога молибдена. Также на теплостойкость положительно влияет добавление в сталь таких металлов как кобальт, ванадий и хром. Наиболее востребованными марками в машино- и станкостроении являются Р18, Р12, Р6М4 и Р10К5Ф5. Из данной группы инструментальных сталей стоит отметить Р12, т.к. она обладает лучшей технологичностью: более податлива обработке давлением.

Термическая обработка данных стальных сплавов включает в себя закалку при 1250 ºС и многократный низкий отпуск при 350 ºС. Превышение указанных температур крайне нежелательно, т.к. это приводит к резкому снижению механических характеристик, в частности образования хрупкости. Иногда для улучшения коррозионностойких свойств быстрорезы дополнительно обрабатываются паром.

Штампованная сталь

Штампованная инструментальная сталь используется в производстве матриц и пуансонов штампов. Как было сказано ранее, она подразделяется на сталь холодного и горячего деформирования.

Инструментальная сталь холодной деформации работают при температуре 250-300 ºС. Сюда относят Х12М и Х12Ф1, в основе которых лежит фазовая структура ледибурит. Их отличие — это высокое значение прокаливаемости, красностойкости и твердости (64 HRC). Из них изготовляют массивные штампы сложной формы, ролики для накатывания резьбы и т.д.

Штампованные стали горячей деформации работают с более горячим металлом, температура которого может доходить до 550 ºС. Поэтому, помимо всего прочего, они должны обладать разгаростойкосью — способностью выдерживать многократные перегревы и не трескаться при этом. Наиболее востребованными марками здесь являются 5ХНМ и ХГМ.

Инструментальные стали в свое время совершили технологический прорыв в области обработки металлов. Их использование позволило повысить скорость резания почти в 5 раз. Но прогресс не стоит на месте. Сейчас они становятся все менее актуальными. Особенно на фоне новостей об усовершенствовании керамических сплавов.