Маркування сталей
Конструкційні вуглецеві сталі виробляють звичайної якості та якісні. Конструкційні вуглецеві сталі звичайної якості позначають літерами «Ст» (сталь) та числом, яке вказує на її умовний номер. Це сталі Ст0, Ст1, Ст2...Ст6. Зі збільшенням номера сталі зростає вміст Карбону. Проте число у марці не є жодним показником її хімічного складу або властивостей. Сталі звичайної якості можуть містити підвищену кількість Манґану (0,8...1,1 %) – Ст3Гпс, Ст3Гсп, Ст5Гсп. Літера Г вказує, що Манґану у складі сталі приблизно 1 %, тобто його концентрація більша тієї, що відповідає нормі (0,25...0,80 %).
Зі сталей звичайної якості виготовляють гарячекатані вальцівки: балки, швелери, кутники, а також листи, труби, періодичні профілі. Їх широко використовують у будівництві, мосто- та суднобудуванні, машинобудуванні для сільського господарства. Зі зростанням вмісту Карбону в сталі збільшуються границі міцності та текучості, зменшується пластичність. Що більша товщина вальцівки, то нижчі її показники міцності та пластичності.
Конструкційна міцність сталей звичайної якості може бути поліпшена гартуванням з вальцювального нагрівання. Гартування проводять відразу на виході сортового прокату з кліті вальцювального стану. Після гартування та відпуску напівфабрикатів границя міцності зростає у 1,5...2,0 рази зі збереженням високої пластичності, границі витривалості та зниженням температури переходу з в'язкого стану у крихкий. Термічна обробка вуглецевих сталей з вальцювального нагрівання заощаджує 10...50 % металу, економить енергетичні витрати та уможливлює заміну ними дорожчих легованих сталей.
Конструкційні якісні вуглецеві сталі маркують числами 05, 08, 10, 15, ..., 85, які вказують на середній вміст Карбону у сотих частках відсотка (наприклад, сталь 08 містить 0,08 %, а сталь 85 – 0,85 %). У марках киплячих та напівспокійних сталей засвідчують спосіб дезоксидації; спокійні сталі позначають без відповідного індексу. Металургійний завод-виробник гарантує не тільки хімічний склад, але й механічні властивості сталі. Зі збільшенням вмісту Карбону від 0,08 до 0,60 % границя міцності сталі у стані після нормалізації зростає від 320 до 680 МПа, а відносне видовження зменшується з 33 до 12 %.
Маловуглецеві сталі 05кп, 08, 08кп, 10, 10кп мають малу міцність та високу пластичність. Такі сталі без термічної обробки використовують для виготовлення малонавантажених деталей (прокладок, шайб, змійовиків тощо) та елементів зварних конструкцій. З холоднокатаної тонколистової сталі виготовляють вироби холодним штампуванням.
Середньовуглецеві сталі 30, 35, 40, 45, 50, 55 застосовують після нормалізації, поліпшення та поверхневого гартування для виготовлення різноманітних деталей машин у різних галузях промисловості. Недоліком цих сталей є невисока прогартовуваність, яку підвищують легуванням Манґаном (40Г, 50Г).
Багатовуглецеві конструкційні сталі 60, 65, 70, 75, 80, 85 мають підвищену міцність, зносостійкість та пружність. Належного рівня властивостей сталям надають такими видами термічної обробки: гартуванням та відпуском, нормалізацією та відпуском, поверхневим гартуванням. Їх застосовують для виготовлення деталей, які працюють в умовах тертя за наявності високих статичних та вібраційних навантажень (пружини та ресори, шпинделі тощо).
Інструментальні вуглецеві сталі позначають літерою «У» і числом, яке вказує на середню масову концентрацію Карбону у десятих частках відсотка (наприклад, сталь У8 містить 0,8 %). Сталі виробляють тільки як якісні (У7, У8... У13) та високоякісні (У10А тощо). Літера «А» у марці сталі вказує, що сталь високоякісна. Сталі такого складу внаслідок малої стійкості переохолодженого аустеніту мають невисоку прогартовуваність і не є теплостійкими. За вмістом Карбону це переважно евтектоїдні та заевтектоїдні сталі, структура яких після гартування та низького відпуску складається з мартенситу відпуску або мартенситу відпуску та надлишкових карбідів. Інструментальні вуглецеві сталі застосовують для виготовлення різального інструмента невеликих розмірів — фрез, зенкерів, свердел, шаберів, терпугів тощо). З них виробляють також деревообробні та хірургічні інструменти. Сталі У10, У11, У12 використовують для виготовлення витяжних штампів холодного деформування.
Чавуни
Хімічний склад, перш за все, вміст вуглецю не у повному обсязі характеризує властивості чавунів: їх структура та основні властивості залежать від процесу плавлення, умов охолодження виливок і режиму їх термічної обробки.
Білі чавуни
Структура білих чавунів визначається метастабільною діаграмою стану Fe–Fe3C. Мікроструктура білих чавунів з доевтектичною концентрацією вуглецю (від 2,11 % до 4,3 %) містить вторинний цементит, перліт надлишковий і крихку евтектику — ледебурит (рис. 1.4, а). Кількість ледебуриту досягає 100 % у евтектичному білому чавуні (рис. 1.4, б) з вмістом вуглецю 4,3 %. Структура заевтектичного білого чавуну, у котрому вміст вуглецю знаходиться в межах від 4,3 % до 6,67 %, складається з ледебуриту та масивних пластин надлишкового цементиту первинного, що виділяється при кристалізації з розплаву (рис. 1.4, в).
Білі чавуни з огляду на погану оброблюваність різанням, зумовлену високою твердістю цементиту (близько 800 HB) та крихкістю, незважаючи на хороші ливарні властивості у машинобудуванні не застосовуються.
а |
б |
в |
1 – ледебурит; 2 – перліт; 3 – цементит вторинний; 4 – цементит первинний;
а – чавун білий доевтектичний; б – чавун білий евтектичний; в – чавун білий заевтектичний
Рисунок 1.4 — Мікроструктура білих чавунів, 200
Машинобудівні чавуни
У структурі машинобудівних чавунів ледебуритна евтектика відсутня, а натомість хімічно незв'язаний вуглець перебуває у вигляді графіту. За формою графітних включень машинобудівні чавуни поділяють на сірі, ковкі, високоміцні та з вермикулярним графітом. Властивості машинобудівних чавунів залежать як від форми, розмірів та характеру розподілу графітних включень, так і від структури металевої основи. Мікроструктура металевої основи може змінюватися, в залежності від кількості цементиту в суміші з феритом, від феритної (весь вуглець виділений у вигляді графіту) через ферито–перлітну до перлітної (близько 0,77 % вуглецю міститься в металевій основі).