Виды углеродистой стали

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

1. Углеродистые стали обыкновенного качества

2. Автоматные стали

3. Литейные углеродистые стали

4. Углеродистые инструментальные стали

Библиографический список

1. Углеродистые стали обыкновенного качества

Сталь обыкновенного качества составляет до 80 % от всего объема производства. Стали обыкновенного качества (ГОСТ 380-2005) выпускают в виде проката (прутки, балки, листы, уголки, трубы, швеллеры и т.п.) в нормализованном состоянии.

Стали маркируются сочетанием букв «Ст» и цифрой (от 0 до 6), показывающей номер марки, а не среднее содержание углерода в ней, хотя с повышением номера содержание углерода в стали увеличивается. Для всех сталей, кроме Ст0, справедлива формула: С (%) = 0,07 ? номер марки.

Буквой «Г» обозначают марганец при его процентном содержании в стале 0,8 % и более. Степень раскисления обозначается добавлением ин-дексов: в спокойных сталях - «сп», полуспокойных - «пс», кипящих - «кп». В их составе разное процентное содержание кремния: спокойные - 0,12-0,30, полуспокойные - 0,05-0,17; кипящие < 0,07. Спокойными и по-луспокойными производят стали Ст1-Ст6, кипящими - Ст1-Ст4. Сталь Ст0 по степени раскисления не разделяют.

Химический состав стали по анализу ковшевой пробы должен соот-ветствовать нормам, приведенным в таблице 1.

Таблица 1

Химический состав углеродистой стали обыкновенного качества группы, %

Механические свойства горячекатаных сталей обыкновенного качества регламентирует ГОСТ 535-88. Прокат подразделяют на три группы (I-III) и пять категорий (1-5). Прокат группы I используют без обработки поверхности, II группы - для изготовления деталей обработкой резанием; III группы - для получения заготовок и деталей, получаемых горячей обработкой давлением. Категории проката (определяет заказчик) различаются набором нормируемых показателей механических свойств.

Для маркировки продукции используют краску цветов, приведенных в таблице 2.

Таблица 2

Цвета маркировки продукции из стали обыкновенного качества

Углеродистые стали обыкновенного качества предназначены для изготовления различных металлоконструкций, а также слабонагруженных деталей машин и приборов. Эти стали используются, когда работоспособность деталей и конструкций обеспечивается жесткостью. Углеродистые стали обыкновенного качества широко используются в строительстве при изготовлении железобетонных конструкций. Способностью к свариванию и к холодной обработке давлением отвечают стали марок 1-4, поэтому из них изготавливают сварные фермы, различные рамы и строительные металлоконструкции, а также крепежные изделия, часть из которых подвергается цементации.

Среднеуглеродистые стали марок 5 и 6, обладающие большой прочностью, предназначаются для рельсов, железнодорожных колес, а также валов, шкивов, шестерен и других деталей грузоподъемных и сельскохозяйственных машин. Некоторые детали из этих сталей подвергаются термической обработке - закалке с последующим высоким отпуском.

К недостаткам углеродистых сталей обыкновенного качества можно отнести то, что они часто не обеспечивают требуемых свойств по хладностойкости при эксплуатации сварных металлоконструкций в условиях Си-бири и Крайнего Севера, где более суровые климатические условия. Кроме того, существенным недостатком строительных углеродистых сталей яв-ляется их малая прочность, что приводит к большому расходу металла и увеличению массы металлоконструкций. Поэтому повышение прочности строительных сталей и увеличение их хладностойкости являются важными народнохозяйственными проблемами. Решаются эти задачи путем термического упрочнения углеродистых сталей и применения низколегированных сталей.

2. Автоматные стали

Автоматные стали отличаются хорошей обрабатываемостью, резанием за счет повышенного содержания серы и фосфора. Оба эти элемента повышают стойкость инструмента.

Обрабатываемость связана с интенсивностью изнашивания режущего инструмента, скоростью резания, чистотой поверхности резания, формой стружки, механическими свойствами стали и т.д. При обработке необходимо учитывать и скорость резания, и разогрев инструмента во время этого процесса. Обработка пластичных сталей затруднена из-за трудноломающейся стружки. Обрабатываемость низкоуглеродистых сталей повышают холодной пластической деформацией, что способствует формированию легкоотделяющейся стружки.

Эффективным металлургическим приемом является введение в сталь серы, селена, теллура, кальция, которые изменяют состав неметаллических включений, а также свинца, который образует собственные включения. В таблице 2 в соответствии с ГОСТ 1414-75 приведен химический состав некоторых автоматных сталей.

Таблица 2

Химический состав автоматных сталей

Эти стали маркируют буквой А (автоматная) и цифрами, показывающими среднее содержание углерода в сотых долях процента. Если автоматная сталь легирована свинцом, то обозначение марки начинается с сочетания букв «АС», например АС14. Красноломкость в автоматных сталях устраняют путем увеличения количества марганца. Добавление в автоматные стали свинца, селена и теллура позволяет в 2-3 раза сократить расход режущего инструмента.

Улучшение обрабатываемости достигается модифицированием кальцием (вводится в жидкую сталь в виде силикокальция), который глобулизирует сульфидные включения, что положительно влияет на обрабатываемость. Влияние кальция не так активно, как влияние серы и фосфора. Сера образует большое количество сульфидов марганца, вытянутых в направлении прокатки. Сульфиды оказывают смазывающее действие, нарушая при этом сплошность металла. Фосфор повышает хрупкость феррита, облегчая отделение стружки металла во время процесса резания. Оба эти элемента способствуют уменьшению налипания на режущий инструмент и получению гладкой блестящей обрабатываемой поверхности.

Однако повышение содержания серы и фосфора снижает качество стали. Она имеет ярко выраженную анизотропию механических свойств и пониженную коррозионную стойкость.

Стали А11, А12, А20 используют для крепежных деталей и изделий сложной формы, не испытывающих больших нагрузок, но и предъявляются высокие требования по точности размеров и чистоты поверхности.

Стали А30 и А40Г предназначены для деталей, испытывающих более высокие напряжения.

Свинецсодержащие стали широко применяют для изготовления деталей двигателя внутреннего сгорания.

В автоматных селеносодержащих сталях повышается обрабатываемость за счет образования селенидов, сульфоселенидов, которые обволакивают твердые оксидные включения и тем самым устраняют истирающее действие. Кроме того, селениды сохраняют глобулярную форму после обработки давлением, поэтому практически не вызывают анизотропии свойств и не ухудшают коррозионную стойкость стали, как сера. Применение этих сталей снижает расход инструмента в два раза и до 30 % повышает производительность.

3. Литейные углеродистые стали

Углеродистые стали используют и для получения фасонных отливок. Содержание углерода в сталях для фасонного литья составляет от 0,15 до 0,55 %. Во всех литейных сталях содержится кремний (0,2-0,4 %) и марганец (0,3-0,9 %). Примесь серы допускается до 0,06-0,08 %, фосфора - до 0,08 %. При получении фасонных отливок вред этих примесей выражается в том, что они вызывают образование горячих трещин. Стали при указанном содержании углерода обладают сравнительно небольшим интервалом кристаллизации, и поэтому в фасонных отливках их усадка проявляется в виде сосредоточенных раковин. Углеродистые стали для фасонного литья обозначают марками, в которых цифрами показывают содержание углерода в сотых долях процента, а большая буква Л указывает, что это литейный сплав (например, сталь 25Л).

Отливки из углеродистых сталей обладают грубой микроструктурой с крупными и ориентированными в одном направлении выделениями феррита. Это происходит из-за длительного пребывания стали в аустенитной области, где сильно возрастает зерно, и замедленного охлаждения в ходе превращений Аr₃ и Аr₁. Кроме того, в литой стали, как следствие неравновесной кристаллизации, сильно развита дендритная неоднородность. Грубая микроструктура и дендритная неоднородность обусловливают низкие механические свойства, главным образом низкую ударную вязкость. Поэтому фасонные отливки из углеродистых сталей всегда подвергают термической обработке: гомогенизации (нагреву и выдержке вблизи лини солидус) и фазовой перекристаллизации (нагреву выше превращений Ас₁ и ускоренному охлаждению).

Особую группу литейных углеродистых сталей представляют так называемые графитизированные стали, содержащие 1,3-1,7 % С, 0,7-1,25 % Si, 0,20-0,50 % Мn. В литом состоянии эта сталь очень хрупка и тверда, так как имеет в структуре много цементита в составе ледебуритной эвтектики. После литья фасонные отливки из этой стали сначала отжигают при 820-840 ?С для разложения вторичного цементита, входящего в ледебурит, на аустенит и графит. Затем отжиг ведут при 700-720 ?С для частичного разложения цементита и в перлите, который появился из-за распада аустенита. По окончании таких графитизирующих отжигов, длящихся 15-20 часов, сталь приобретает структуру зернистого перлита с включениями свободного графита.

В графитизированной стали удачно сочетаются прочностные и пластические свойства, обеспечивающие надежную работу при ударных нагрузках (_в= 850 МПа = 6 %). Кроме того, она неплохо работает как антифрикционный материал. Из графитизированной стали отливают коленчатые валы, траки, вкладыши крупных подшипников.

4. Углеродистые инструментальные стали

Инструментальные стали предназначены для изготовления режущего, измерительного инструмента и штампов холодного и горячего деформирования. Из всех инструментальных сталей углеродистые являются наиболее дешевыми. В основном их применяют для изготовления малоответственного режущего инструмента и штампов.

Основные свойства, которые необходимы для инструмента, - износостойкость и теплостойкость. Для обеспечения износостойкости инструмента необходимо придать ему высокую поверхностную твердость. Сохранение формы инструмента (смятие и выкрашивание рабочих кромок не допускается) обеспечивается прочностью, твердостью и вязкостью материала. Температуру разогрева режущего инструмента определяет величина теплостойкости стали. Скорость резания или производительность должна быть такой, что температура работающего инструмента не должна превышать 200 °С.

Углеродистые инструментальные стали (ГОСТ 1435-90) производят качественные - (У7, У8, У9, ..., У13) и высококачественные - (У7А, У8А, У9А, …, У13А). Буква У в марке показывает, что сталь углеродистая, а цифра - среднее содержание углерода в десятых долях процента. Буква А в конце марки показывает, что сталь высококачественная. Углеродистые стали поставляют после отжига на зернистый перлит. За счет невысокой твердости в состоянии поставки (НВ 187-217) они хорошо обрабатываются резанием и деформируются, что позволяет применять накатку, насечку и другие высокопроизводительные методы изготовления инструмента. Высококачественные стали имеют то же назначение, что и качественные, но из-за несколько лучшей вязкости их чаще используют для инструментов с более тонкой режущей кромкой.

Из-за низкой прокаливаемости (10-12 мм) углеродистые стали применяются для изготовления мелкого инструмента. Если сечение достигает 25 мм, то сердцевина остается незакаленной, а достаточно твердая режущая часть приходится на поверхностный слой, что позволяет изготавливать метчики, развертки, напильники и т.д. Несквозная закалка оставляет сердцевину вязкой и способствует за счет этого инструменту работать на удар, смягчая деформацию при эксплуатации. Инструмент с незакаленной сердцевиной меньшего сечения для уменьшения деформаций и опасности растрескивания охлаждают в масле или расплавах солей при 160-200 °С.

Стали марок У7, У8, У9 подвергают полной закалке и отпуску при 275-350 °С на тростит отпуска (HRC 48-51). Так как они более вязкие, то их используют для производства деревообделочного, слесарного, кузнечного и прессового инструмента.

Заэвтектоидные стали марок У10, У11, У12 и У13 подвергают неполной закалке и низкому отпуску при 150-180 °С на структуру мартенсит отпуска с включениями цементита. Инструмент из этих марок сталей обладает повышенной износостойкостью и высокой твердостью (HRC 62-64) на рабочих гранях. Необходимо учитывать, что при нагреве выше 200 °С твердость резко снижается. В связи с этим инструмент из этих сталей пригоден для обработки исключительно мягких материалов и при небольших скоростях резания.

Заэвтектоидные стали используют для изготовления мерительного инструмента (калибры), режущего (напильники, пилы, метчики, сверла, резцы и т.д.) и небольших штампов холодной высадки и осадки, работающих при невысоких нагрузках. Сталь марки У13 применяют для изготовления инструментов, требующих наиболее высокой твердости: шаберов, гравировального инструмента.

Основным недостатком инструментальных углеродистых сталей является потеря прочности при нагреве выше 200 °С (отсутствие теплостойкости). Инструмент, изготовленный из этих сталей, применяют для обкатки сравнительно мягких материалов и при небольших скоростях резания или деформирования.

углеродистая сталь химический горячекатаный

Библиографический список

1. Пейсахов, А.М. Материаловедение и технология конструкционных материалов [Текст] : учебник для студентов немашиностроит. спец. / А.М. Пейсахов, А.М. Кучер. - 2-е изд. - СПб. : Изд-во Михайлова, 2008. - 408 с. : ил.

2. Материаловедение [Текст] : учебник для студентов машиностроит. спец. вузов / Б.Н. Арзомасов [и др.] ; отв. ред. Б.Н. Арзомасов. - 5-е изд., перераб. и доп. - М. : Изд-во МГУ им. Баумана, 2010. - 512 с. : ил.

3. Адаскин, А.М. Материаловедение (металлообработка) [Текст] : учебник для нач. проф. образования / А.М. Адаскин, В.М. Зуев. - 2-е изд., стер. - М. : Академия, 2009. - 240 с. : ил.

4. Материаловедение и технология металлов [Текст] : учебник для студентов машиностроит. спец. вузов / Г.П. Фетисов [и др.] ; отв. ред. Г.П. Фетисов. - 3-е изд., испр. и доп. - М. : Высш. шк., 2009. - 862 с. : ил. - Библиогр. : с. 849-854.

5. Технология конструкционных материалов [Текст] : учебник для студентов машиностроит. спец. вузов / А.М. Дальский [и др.] ; под ред. А.М. Дальского. - 5-е изд., перераб. и доп. - М. : Маши-ностроение, 2010. - 512 с. : ил.

6. Материаловедение и технология металлов [Текст] : учебник для студентов машиностроит. спец. вузов / Г.П. Фетисов [и др.] ; отв. ред. Г.П. Фетисов. - 2-е изд., испр. и доп. - М. : Высш. шк., 2008 - 638 с. : ил.

7. Материаловедение. Технология конструкционных материалов [Текст] : учебник для вузов. В 2 т. Т. 2. Технологии получения и обработки материалов. Материалы как компоненты оборудования / под ред. В.С. Чередниченко. - Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2010. - 508 с. : ил.

8. Материаловедение. Технология конструкционных материалов [Текст] : учеб. пособие для студентов вузов / под ред. В.С. Чередниченко. - 2-е изд., перераб. - М. : Омега-Л, 2008. - 752 с. : ил.

9. Рогачева, Л.В. Материаловедение [Текст] : учебник для сред. проф. образования / Л.В. Рогачева. - М. : Колос-Пресс, 2010. - 136 с. : ил.

10. Материаловедение [Текст] : практикум для студентов технических вузов / под ред. С.В. Ржевской. - М. : Университетская книга, Логос, 2009. - 272 с. : ил.

11. Гуляев, А.П. Металловедение [Текст] : учебник для вузов / А.П. Гуляев. - 6-е изд., перераб. и доп. - М. : Металлургия, 2010. - 544 с. : ил.

12. Дриц, М.А. Технология конструкционных материалов и мате-риаловедение [Текст] : учебник для студентов немашиностроит. спец. вузов / М.А. Дриц, М.А. Москалев. - М., 2010. - 447 с. : ил.

13. Общая металлургия [Текст] : учебник для вузов / В.Г. Воскобойников [и др.] ; под ред. В.Г. Воскобойникова. - 5-е изд., перераб. и доп. - М. : Металлургия, 2008. - 768 с. : ил.

14. Материаловедение. Железоуглеродистые сплавы [Текст] : учеб.-метод. пособие / составители Ю.Е. Чертов, О.В. Жданова, В.И. Гомель. - Шахты : Изд-во ЮРГУЭС, 2007. - 50 с. : ил.

15. Журавлев, В.Н. Машиностроительные стали [Текст] : справочник / В.Н. Журавлев, В.И. Николаева. - М. : Машиностроение, 2008. - 480 с. : ил.

Размещено на Allbest.ru