Вуглецеві сталі

Залізовуглецеві сплави з вмістом вуглецю від 0,025 до 2,14 % називаються сталями. Залежно від вмісту вуглецю сталі поділяють на:

• низьковуглецеві (до 0,25 % С);

• середньовуглецеві (0,25...0,6 % С);

• високовуглецеві (більше 0,6 % С).

За структурою у рівноважному стані їх поділяють на:

• доевтектоїдні (від 0,025 до 0,8 %, мають структуру, яка складається з зерен фериту і перліту (ферит + цементит) ) ;

• евтектоїдні (0,8 % С ,структура її склада­ється лише з перліту пластинчастої будови);

• заевтектоїдні(0,8...2,14 % С, мають структуру перліту, по границях зерен якого розташований надлишковий цементит).

Відповідно до призначення сталі поділяють на конструкційні з масовою часткою вуглецю до 0,65 % та інструментальні з масо­вою часткою вуглецю в межах від 0,65 до 1,35 % . Конструкційні сталі використовують для виготовлення деталей машин, металевих конструкцій та будівельних споруд. З інструментальних сталей виробляють різальні, вимірювальні інструменти та штампи.

Вуглецеві сталі звичайної якості позначають літерами Ст і цифрами від 0 до 6 (умовний номер марки сталі). Більше число відповідає більшому вмісту вуглецю, підвищенню міцності й зниженню пластичності. Індекси праворуч від номера марки вказують на ступінь розкислення сталі: КП — кипляча, ПС — напівспокійна, СП — спокійна сталь (Ст1кп, Ст2кп, Ст2пс, Ст2сп, СтЗкп, Ст4пс, Стбсп та інші). Між індексом і номером марки іноді може стояти літера Г, яка вказує на підвищений вміст марганцю (до 1 %). Діляться на групи:

У сталях групи А (гарантуються механічні властивості):

Ст5Гпс3 означає: сталь групи А, марка Ст5 з підвищеним вмістом Мn, напівспокійна, третьої кате­горії. Якщо не вказується ступінь розкислення, то категорію позна­чають за номером марки через тире (Ст4— 3). Для сталі першої категорії (Ст4пс) її номер не вказується.

Сталі групи Б (постачають з гарантованим хімічним складом)

Позначають на початку марки літерою Б, наприклад БСтО, БСтІкп, БСтбсп.

Сталі групи В(постачають за механічними властивостями, що відповідають нормам групи А, і за хімічним складом, що відповідає нормам сталей групи Б):

Позначають так: ВСтІкп, ВСт2сп, ВСт4пс, ВСт5сп тощо. Сталі групи В використовують переважно для зварювальних конструкцій.

Сталі вуглецеві якісні відрізняються від сталей звичайної якості меншим вмістом S, Р та інших шкідливих домішок, а також більш вузькими інтервалами вмісту вуглецю у кожній марці сталей і підвищеним вмістом Si і Мn (у більшості випадків). Сталі маркують двозначними числами, які означають вміст вуглецю у сотих частках процента і постачають з гарантованими показниками хімічного складу і механічних властивостей.

Сталі марок 08, 10, 15, 20 використовують їх для виготовлення малонавантажених деталей, таких, як шестерні, зірочки, ролики, осі, цементовані вироби.

Для середньонавантажених деталей (шестерні, вали, осі) використовують сталі марок 25, 30, 35, 40, 45.

Сталі марок 50 і 55 використовують для деталей, які працюють при високих навантаженнях (шестерні, муфти, пружинні кільця).

Пружини, ресори, ексцентрики та інші деталі для умов тертя виготовляють із вуглецевих сталей марок 60, 65, 70, 75, 80, 85, а також 60Г і 70Г.

Вуглецеві якісні сталі постачають у вигляді прокату, поковок, каліброваного перерізу, круга з обробленою поверхнею (сріблянка) тощо. За ступенем розкислювання розрізняють також кп, пс і спокійну (без вказування індексу сталі).

Сталі вуглецеві спеціального призначення. Серед них сталі, які добре обробляються різанням (автоматні сталі) на верстатах-автоматах. При цьому утворюється дрібна і коротка стружка, зменшується шорсткість оброблюваних поверхонь. Авто­матні сталі мають підвищений вміст сірки (0,08...0,2 %) і фосфору (0,06...0,15 %). Оброблюваність різанням покращують також техно­логічні добавки селену, свинцю, телуру. Автоматні сталі маркують літерою А перед цифрами, що вказують середній вміст вуглецю у сотих частках процента: А12, А20, А30, А40, А40Г. Із сталі А12 виготовляють відповідальні вироби, решта автоматних сталей вико­ристовується для деталей, що працюють за умов значних наванта­жень і тиску.

Сортамент автоматної сталі — сортовий прокат у вигляді прутків круглого, квадратного і шестигранного перерізів. Використовують їх для виготовлення зварювальних з'єднань.

Сталі для котлів, посудин високого тиску, парових котлів, камер горіння, судових топок, газових турбін тощо повинні працю­вати при значному тиску і температурі до 450 °С та добре зварю­ватись. Для забезпечення таких властивостей до їхнього складу дода­ють титан і додатково розкислюють алюмінієм. Вуглецеві котельні сталі 12К, 15К, 16К, 18К, 20К і 22К з вмістом від 0,08 до 0,28 % вуглецю після нормалізації і відпуску виробляють у вигляді листа завтовшки до 200 мм (див. розділ 4).

Інструментальні вуглецеві сталі (0,65...1,3 % С). Виготовляють такі марки цих сталей: У7, У8, У8Г, У9, УII, У12 і У13. Цифри вказують на вміст вуглецю у десятих частках процента. Літера А після цифри означає високоякісну сталь. Наприклад, сталь марки У12А розшифровують так: інструментальна вуглецева сталь з вмістом вуглецю 1,2 %, високоякісна.

Інструменти, що працюють за умов ударного навантаження, виго­товляють із сталей У7А, У8А (молотки, зубила, бородки, стамески). Інструменти ж, що потребують високої твердості без ударного наван­таження (свердла, мітчики, напилки, розвертки, шабери), виготовля­ють із сталей У12А, У13А. Для вимірювального інструменту вико­ристовують сталі У8, У9, У10, У12. Вада інструментів з вуглецевих сталей — це низька теплостійкість (здатність зберігати твердість при підвищенні температури).

Чавуни

Чавуни — це залізовуглецеві сплави, масова частка вугле­цю в яких перебуває в межах від 2,14 до 6,67 %. Крім заліза та вуглецю, в чавунах промислового виробництва є постійні домі­шки кремнію, марганцю, фосфору та сірки в кількостях біль­ших, ніж у сталях. Чавуни характеризуються добрими ливар­ними властивостями, у зв'язку з чим широко використовують­ся для виготовлення різноманітних виливків.

За структурою чавуни поділяють на білі, чавуни з пластинчас­тим графітом (сірі), ковкі та чавуни з кулястим графітом (високо­міцні).

Білими називаються чавуни, в яких увесь вуглець перебу­ває у хімічній сполуці Fе₃С. Їх злами мають білий колір.

Чавуни з пластинчастим графітом (сірі чавуни)

Чавунами з пластинчастим графітом називають чаву­ни, в структурі яких більша частка вуглецю перебуває у вигля­ді графіту пластинчастої форми в площині шліфа. Решта вугле­цю разом із залізом утворює структуру металевої основи (фери­тну, феритно-перлітну або перлітну).

Умовне позначення марки має літери СЧ — сірий чавун й цифри — значення мінімальної границі міцності матеріалу на розрив σ_в в 10^-1 х МПа.

СЧ 10 - σ_в =100МПА (порог міцносты)

Ковкі чавуни

Ковкими називають чавуни з пластівчастою формою графі­ту, отримані внаслідок спеціального довготривалого відпалу виливків з білого чавуну.

Марки ковких чавунів (таблиця 6) позначають літерами КЧ й числами, перше з яких відповідає границі міц­ності на розрив σ_в в 10^-1 х МПа, а друге — відносному видовжен­ню — δ у %.

КЧ 30-6 - σ_в =300 МПа, δ = 6%

Чавуни з кулястим графітом (високоміцні чавуни)

Чавун з кулястим графітом має в металевій основі графіт кулястої форми. Структура металевої основи — ферит, ферито - перліт або перліт. Чавун з феритною основою найменш міцний, але високопластичний, а чавун з перлітною основою — міцний, але малопластичний.

Марки чавунів з кулястим графітом позначають літерами ВЧ — високоміцний чавун й двоцифровим числом, що означає мінімальну межу міцності чавуну на розрив σ_в в МПа та через дефіс — мінімальне значення відносного видовження у відсотках.

Леговані сталі

Леговані сталі — це сплави на основі заліза та вуглецю, у складі яких є легувальні елементи.

Класифікація й маркування легованих сталей

Леговані сталі класифікують за структурою у рівноважно­му стані, за сумарною часткою легувальних елементів, за при­значенням, а також за іншими ознаками.

Залежно від структури в рівноважному стані леговані сталі поділяють на доевтектоїдні з феритно-перлітною структу­рою, евтектоїдні з перлітною структурою, заевтектоїдні з перлітно-карбідною структурою та ледебуритні, в структурі яких є первинні карбіди, що виділились із рідкого розчину.

За сумарною часткою легувальних елементів розрізняють низьколеговані сталі (містять до 2,5 % легувальних елементів), середньолеговані сталі (2,5... 10 %) та високолеговані сталі (понад 10 %).

За призначенням розрізняють конструкційні, інструменталь­ні (для різальних та вимірювальних інструментів, штампів) та сталі зі заданими фізичними й хімічними характеристиками (корозійнотривкі, жароміцні, з особливими електричними або магнітними властивостями тощо). Сталі з особливими власти­востями можна умовно зарахувати до конструкційних.

Марки конструкційних легованих сталей позначають літе­рами й цифрами, які показують приблизний хімічний склад сталі. Двоцифрові числа, поставлені на початку марки конструк­ційної сталі, означають середню масову частку вуглецю в сотих частинах відсотка. Літерами позначені: азот А, ніобій Б, вольф­рам В, марганець Г, мідь Д, кобальт К, нікель Н, молібден М, бор Р, кремній С, титан Т, ванадій Ф, цирконій Ц, алюміній Ю. Цифри після цих літер показують приблизний вміст у відсот­ках відповідного легувального елемента. Літера А в кінці мар­ки означає „високоякісна сталь", літера Ш, поставлена через дефіс в кінці марки, — „особливо високоякісна".

18Х2Н4В- середній вміст 0,18% вуглецю С, 2%Сr, 4%Ni і близько 1%W.

18ХН3А; 95Х18Ш

Підшипникові сталі

Деталі підшипників у роботі сприймають високі знакозмінні навантаження. Підшипникові сталі повинні бути дуже твер­дими й зносостійкими. В позначенні марок цих сталей літери й цифри означають: Ш на початку марки — підшипникова; X — легована хромом; 4,15, 20 — вміст хрому в десяти частках проценту (0,4; 1,5; 2,0 %);СГ — легована кремнієм і марганцем

ШХ15СГ