Маркировка легированных сталей

Легированные стали маркируют цифрами и буквами. Первая цифра указывает на процентное содержание углерода в сотых долях. Следующей далее буквой указывают на прочность элемента, который образуется этой буквой. Если за буквой стоит цифра она обозначает в целых проценты. Если цифры нет, то содержимое этого элемента порядка 1%.

Буква: А если в средине маркировки, то N, в конце маркировки, то сталь улучшенного качества.

Б-Nb(необий), В-W, Г-Mn, Д-Cu, К-Co(кобаоьт)

М-Mo(нолептен), Н-Ni, П-P

P если в средине маркировки В(бор), если в начале, то указывает на то, сто сталь быстрорежущая, инструментальная.

С-Si(кремний), Т-Ti(титан), Ф-V(ванадий), Х-Cr(хром), Ч-РЗМ(редкоземельный)

СИ если в начале маркировки, то указывает, что сталь торикоподминниковая, если в средине–Mg(магний), Ю-Al

18ХГТ прибл. равно 0.18 углерода, порядка 1% хрома, 1% магния, 1% титана остальное железо.

20Х2НЧВА прибл. равно 2.0% углерода, 2% хрома, 4% никеля, 1%-W углеродного качества.

44. Цементуемые стали.

К ним относятся стали с содержанием углерода от 0.1 до 0.25%. Эти стали подвергают цементации с последующей закалкой и низким отпуском при температуре порядка 150-200 градусов Цельсия. В зависимости от габаритов детали для их изготовления могут использоваться сталь 10–сталь 25 или лигидов. Однако основным показателем, который отличает цементуемые стали от других является содержание углерода. После цементной и термической обработки твердость цементованного слоя составляет около 58–62HRC.

45. Конструкционные цементуемые и улучшаемые легир стали. Цементуемые стали. Для изготовления деталей упрочняемых цементацией и нитроцементацией применяют низколегированные стали с содержанием 0,15-0,25 реже до 0,3% С. Содержание легирующих элементов не должно быть слишком большим, но должно обеспечить прокаливаемость поверхностного слоя и сердцевины. Прокаливаемость сердцевины должна обеспечить высокие механические свойства, особенно пределы текучести и твердости. При циклических нагрузках цементуемых и нитроцементуемых деталей, сопротивление их разрушения зависит от прочности сердцевины. Для получения высокой прочности и сопротивлению хрупкому разрушению используется непосредственно закалка после цементации, но стали должны быть наследственно мелкозернистыми. Увеличение зерна в цементованном слое после термообработки (т/о) уменьшает контактную прочность, предел выносливости при изгибе. Для измельчения зерна в стали, ее микролегируют ванадием, Ti, ниобием, цирконием, Br, N в результате чего образуется прочные, дисперсные нитриты, карбиды, корбонитриды, бориды. Все цементуемые стали делятся на три группы: 1) Сталь 10, 15, 20 - с неупрочняемой сердцевиной, применяют при незначительных нагрузках; 2) Сталь 15Х, 20Х, 15ХР, 20ХН – низколегированные стали со слабо упрочняемой сердцевиной; 3) Сталь 20ХГР, 20ХНР, 18ХГТ, 30ХГТ, 18ХНМФ, 25ХГНМАЮ – относительно более высоколегир стали с сердцевиной сильно упрочняемой т/о также называют высокопрочные цементуемые стали. Улучшаемые стали. Содержат 0,3-0,5% С и разное кол-во легир эл-ов: хром, Ni, молибден, вольфрам, марганец, кремний в сумме не более 3-5% и часто около 0,1% измельчителей. Т/о: закалка + высокий отпуск. Делятся на 5 групп. По мере увеличения номера группы растет степень легир и прокаливаемость. 1) Сталь 40, 45 критический 10 мм, прим для неответст деталей 2) Сталь 40Х, 40ХР - крит 25-35 мм. Эти стали использ для изготов коленч валов, осей, зуб кол, работающих на износ без значительных ударных нагрузок, 3) Сталь 30ХМ, 40ХГ, 40ХГР - крит  35-40 мм. Стали с достаточно высокой прочностью и прокаливаемостью, имеют пониженную вязкость и повышенные порог холодноломкости. 4) Сталь 40ХН, 40ХНР, 40ХГНР, 40ХНМ - крит  50-75 мм. Имеют более высокую прокаливаемость, высокую прочность и вязкость. Их использ для изготовления деталей сложной конфигурации, работающих при вибрационных и динамических нагрузках. 5) 30ХН2ВФ, 38ХН3МФ - крит  > 100 мм. Высокая прокаливаемость и прочность. Из за присутствия в стали водорода образ флокины, котор обнаруж после прокатки в виде тонких трещин овальной или округлой формы, имеющих в изломе тип пятен в виде хлопьев серебристого цвета. Они резко ухудшают свойства сталей. Используют в наиболее ответственных деталях.

49, 50, 51. Инструментальные стали и твердые сплавы. Инструментальными наз. углер. и легир. стали обладающие высокой тв-тью 60…65HRC, прочностью, износостойкостью, красностойкостью и прим. для изготовл. различных инструментов: режущие, измерительные. Обычно это эвтектоидные или Л-ные стали, структура кот. после закалки и низкого отпуска представляет собой М и избыточные карбиды. Для инструментов требующих повыш. вязкости прим. доэвтектоидн. стали, кот. после закалки подвергаются отпуску при более высоких тем-рах с получ. структуры троостита или даже сорбита. Одна из главных хар-тик теплостойкость (красностойкость), т.е. сохранять высокую тв-ть при нагревании или сохранять устойчивость против отпуска при нагреве в процессе работы. Делятся на 3 группы: 1) углеродистые и легир. стали содерж. небольшое кол-во легир. эл-тов и необладающ. красностойкостью до 200⁰ (У7…У13, 9ХС); 2) легир. стали содерж. 0,6-0,7% С, 4-18% Cr, среднетеплостойкие, работают до 400-500⁰ (Х12, Х12М, 5ХНМ); 3) теплостойкие стали до 550-650⁰. это высоколегир. стали содерж. хром, ванадий, вольфрам, марганец, кобальт. Стали Л-ного класса наз. быстрорежущие (Р9, Р18, Р9К5). Твердые сплавы – металлокерамические материалы получ. методом порошковой металлургии – победит. t=800⁰. Сплавы 3 группы: 1) вольфрамовая группа – карбид вольфрама + кобальт (WC+Co) (ВК3, ВК10, ВК20); 2) TiC+WC+Co – (Т15К6); 3) TiC+TaC+WC+Co – (ТТ7К12). Иногда в конце марки буква: М – корбид вольфрама мелкий; В – крупнозернистый порошок; ОМ – особомелкий; ВК – особокрупный. Широко прим. пластинки без W. ТН20. Основа TiC и молибден (роль связки) 20%. КНТ16 – карбонитрит титана. Иногда пластинки подвергают покрытию TiC. Стойкость увелич. в 3-4 раза. Широко прим. сверхтвердые материалы – минералокерамич. сплавы на основе Al, нитрита бора, карбонитрита бора, (Белбор композит 2, Гексонит Р композит 10). Для чистовой обработки прим. алмазы. Чаще искусственные, такие как: Борт, Баллас, Карбонадо. Теплостойкость до 800⁰ при тем-ре выше – графитизируются.

53. КЛАССИФИКАЦИЯ СТАЛЕЙ ПО СОДЕРЖАНИЮ УГЛЕРОДА, НАЗНАЧЕНИЮ И КАЧЕСТВУ Углеродистые конструкционные стали подразделяются на стали обыкновенного качества и качественные. Буквы «Ст» в марке стали обозначают «сталь», цифры — ус­ловный номер марки (с увеличением номера возрастает в стали содержание углерода. В зависимости от условий и степени раскисления различают стали: 1) спокойные «сп» Ст1сп) 2) полуспокойные «ПС» (Стпc); 3) кипящие «кп» (Сткп). В их составе разное массовое содержание кремния и кислорода: в спокойных 0,15—0,3 % Si и —0,002 % О₂; в полуспокойных 0,05—0,15 % Si и —0,01 % 0₂ и в кипящих — не более 0,05 % Si и ~0,02 % О₂. Спокойные стали получают полным раскислением стали ферромарганцем, ферросилициумом, алюминием в печи, а затем в ковше. Они застывают спокойно без газовыделения. Кипящие стали раскисляют только ферромарганцем и до затверде­вания в них содержится повышенное количество FeO. При засты­вании в изложнице FeO взаимодействует с углеродом стали, образуя СО, который выделяется в виде пузырьков, создавая впечатление, что металл кипит. Стали обыкновенного качества, особенно кипящие, наиболее дешевые. В процессе выплавки они меньше очищаются от вредных примесей. Массовая доля серы должна быть не более 0,05 % , фосфора — не более 0,04 % и азота — не более 0,008 %. Стали отливают в крупные слитки, вследствие чего в них раз-вита ликвация и они содержат сравнительно большое количество неметаллических включений. С повышением условного номера марки стали возрастает пре дел прочности и текучести и снижается пластичность. Из сталей обыкновенного качества изготовляют горячекатаный рядовой прокат: балки, швеллеры, уголки, прутки, а также листы, трубы и поковки. Стали в состоянии поставки широко применяют в строительстве для сварных, клепаных и болтовых конструкций, реже для изготовления малонагруженных деталей машин (валы, оси, зубчатые колеса и т. д.). Кипящие стали (Ст1кп), содержащие повышен­ное количество кислорода, имеют порог хладноломкости на 30— 40 °С выше, чем стали спокойные (Ст1сп). Поэтому для ответственных сварных конструкций, а также рабо­тающих при низких климатических температурах применяют спо­койные, стали (Ст1сп, Ст2сп, СтЗсп). С повышением содержания в стали углерода свариваемость ухудшается. Поэтому стали Ст5 и Ст6 с более высоким содержа­нием углерода применяют для элементов строительных конструк­ций, не подвергаемых сварке. Стали, предназначенные для сварных конструкций, должны обладать малой чувствительностью к термическому старению, а стали, подвергаемые холодной правке и гибке, — малой склон­ностью к деформационному старению. Стали обыкновенного качества нередко имеют специализиро­ванное назначение (моего- и судостроение, сельскохозяйственное машиностроение и т. д.) и поступают по особым техническим ус­ловиям. Низкоуглеродистые стали СтЗ, Ст4 и другие обладают малой устойчивостью переохлажденного аустенита ' (высокой критической скоростью закалки)» поэтому после закалки мартенсит не образуется. Качественные углеродистые стали. Эти стали (ГОСТ 1050—74) выплавляют с соблюдением более строгих условий в отношении состава шихты и ведения плавки и разливки. К ним предъявляют более высокие требования по химическому составу и структуре: содержание S<0,04%, P < 0,035-0,04 %, а также меньшее количество неметаллических включений, регламентированные макро- и микроструктура. Качественные углеродистые стали маркируют цифрами 08, 10, 15, 20, ..., 85, которые указывают среднее содержание угле­рода в сотых долях процента. Низкоуглеродистые стали (содержание углерода <0,25 %) 05кп, 08, 07кп, 10, 10кп обладают невысокой прочностью и высо­кой пластичностью. _в = 330-340 МПа, _0,2= 200-210 МПа и δ = ЗЗ-31 % . Эти стали без термической обработки приме­няют для малонагруженных деталей. Тонколистовую холодно­катаную низкоуглеродистую сталь используют для холодной штам­повки изделий. Стали 15, 15кп, 20, 25 чаще применяют без термической обработки или в нормализованном состоянии. Низкоуглеродистые качественные стали используют и для от­ветственных сварных конструкций, а также для деталей машин, упрочняемых цементацией. Среднеуглеродистые стали (0,3—0,5 % С) 30, 35, 40, 45, 50, 55 применяют после нормализации, улучшения и поверхностной закалки для самых разнообразных деталей во всех отраслях ма­шиностроения. Эти стали в нормализованном состоянии по сравне­нию с низкоуглеродистыми имеют более высокую прочность при более низкой пластичности (_в = 500-5-610 МПа, _0,2= 300-360 МПа, δ = 21 -16 %). Стали в отожженном состоянии хо­рошо обрабатываются резанием. Наиболее легко обрабатываются доэвтектоидные стали со структурой пластинчатого перлита. Прокаливаемость ста­лей невелика; критический диаметр после закалки в воде не превышает 10—12 мм (95 % мартенсита). В связи с этим их сле­дует применять для изготовления небольших деталей или более крупных, но не требующих сквозной прокаливаемости. Для по­вышения прокаливаемости стали добавочно легируют марганцем (40Г, 50Г). Стали с высоким содержанием углерода (0,6—0,85 % С) 60, 65, 70, 80 и 85 обладают повышенной прочностью, износостой­костью и упругими свойствами; применяют их после закалки и отпуска, нормализации и отпуска и поверхностной закалки для-j деталей, работающих в условиях трения при наличии высоких! статических вибрационных нагрузок. Из этих сталей изготовляют пружины и рессоры, шпиндели, замковые шайбы, прокатные, валки и т. д.

54. Классификация чугунов. Влияние формы выделений графита на свойства чугуна. Сплав железа с углеродом (>2,14 % С) называют чугуном. При­сутствие эвтектики в структуре чугуна обусловливает его использование исключительно в качестве литейного сплава. Углерод в чугуне может находиться в виде цементита или гра­фита, или одновременно в виде цементита и графита. Цементит придает излому специфический светлый блеск. Поэтому чугун, в котором весь углерод находится в виде цементита, называют белым. Графит придает излому чугуна серый цвет, поэтому чугун называют серым. В зависимости от формы графита и условий его образования различают следующие чугуны: серый, высокопрочный и ковкий. 1. СЕРЫЙ И БЕЛЫЙ ЧУГУНЫ Серый чугун (технический) представляет собой, по существу, сплав Fe—Si—С, содержащий в качестве постоянных примесей Mn, P и S. В структуре серых чугунов большая часть или весь углерод находится в виде графита. Характерная осо­бенность структуры серых чугунов, определяющая многие его свойства, заключается в том, что графит имеет в поле зрения ми­крошлифа форму пластинок. В зависимости от содержания углерода, связанного в цемен­тит, различают: 1. Белый чугун в котором весь углерод нахо­дится в виде цементита Fe₃C. Структура такого чугуна — перлит, ледебурит и цементит. 2. Половинчатый чугун, большая часть угле­рода (>0,8 %) находится в виде Fe₃C. Структура такого чугуна — перлит, ледебурит и пластинчатый графит . 3. Перлитный серый чугун структура чугуна— перлит и пластинчатый графит. В этом чугуне 0,7—0,8 % С находится в виде Fe₃C, входящего в состав перлита.; 4. Ферритно-перлитный серый чугун. Структура такого чугуна - перлит, феррит и пластинча­тый графит. В этом чугуне в за­висимости от степени распада эвтектоидного цементита в связан­ном состоянии находится от 0,7 до 0,1 % С 5. Ферритный серый чугун. Структура — феррит и пластинчатый графит. В этом случае весь углерод находится в виде графита. При данном содержании углерода и кремния графитизация протекает тем полнее, чем медленнее охлаждение. В производ­ственных условиях скорость охлаждения удобно характеризовать по толщине стенки отливки. Чем тоньше отливка, тем быстрее охлаждение и в меньшей степени протекает графитизация Механические свойства чугуна обусловлены его структурой, главным образом графитной составляющей. Чугун можно рассма­тривать как сталь, пронизанную графитом, который играет роль надрезов, ослабляющих металлическую основу структуры В этом случае механические свойства будут зависеть от количества величины и характера распределений включений графита Чем меньше графитных включений, чем они мельче и больше степень изолированности их, тем выше прочность чугуна Чугун с большим количеством прямолинейных крупных графитных вы­делении, разделяющих его металлическую основу, имеет грубо­зернистый излом и низкие механические свойства. Чугун с мелкими и завихренными графитными выделениями обладает более высо­кими свойствами. Пластинки графита уменьшают сопротивление отрыву, времен­ное сопротивление и особенно сильно пластичность чугуна. Отно­сительное удлинение при растяжении серого чугуна независимо от свойств металлической основы практически равно нулю (~0,5 %). Графитные включения мало влияют на снижение пре­дела прочности при сжатии и твердость, величина их определяется главным образом структурой металлической основы чугуна. При сжатии чугун претерпевает значительные деформации и раз­рушение имеет характер среза под углом 45°. Разрушающая на­грузка при сжатии в зависимости от качества чугуна и его струк­туры в 3—5 раз больше, чем при растяжении. Поэтому чугун рекомендуется использовать преимущественно для изделий, ра­ботающих на сжатие. 2. ВЫСОКОПРОЧНЫЙ ЧУГУН С ШАРОВИДНЫМ ГРАФИТОМ Высокопрочными называют чугуны с шаровидным гра­фитом, который образуется в литой структуре в процессе кри­сталлизации. Шаровидный графит, имеющий минимальную поверхность при данном объеме, значительно меньше ослабляет металлическую основу, чем пластинчатый графит, и не является активным кон­центратором напряжений. Для получения шаровидного графита чугун модифицируют, чаше путем обработки жидкого металла магнием (0,03—0,07 %) или введением 8—10 % магниевых лигатур с никелем или ферро­силицием.Под действием магния графит в процессе кристаллизации принимает не пластинчатую, а шаровидную форму. Чугуны с шаровидным графитом (ЧШГ) имеют более высокие ме­ханические свойства, не уступающие свойствам литой углероди­стой стали, сохраняя при этом хорошие литейные свойства и обра­батываемость резанием, способность гасить вибрации, высокую износостойкость и т. д. Обычный состав чугуна: 3,2—3,6 % С 3. ковкий чугун Ковкий чугун получают длительным нагревом при высоких температурах (отжигом) отливок из белого чугуна. В результате отжига образуется графит хлопьевидной формы. Такой графит по сравнению с пластинчатым меньше снижает прочность и пластичность металлической основы струк­туры чугуна. Чугун имеет пониженное содержание углерода и кремния

55. СВЕРХПЛАСТИЧНОСТЬ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ Под сверхпластичностью понимают способность металла Незначительной пластической деформации (=10²-10³%) в определенных условиях при одновременно малом сопротивлении деформированию (10° — 10¹ МПа). Существуют следующие разновидности сверхпластичности. 1. Структурная, которая проявляется при температурах > 0,5 Т_пл в металлах и сплавах с величиной зерна от 0,5 до 10 мкм и небольших скоростях деформации² (10^-5 — 10^-1 с^-1). 2. Субкритическая (свёрхпластичность превращения), наблю­дающаяся вблизи начала фазовых превращений, например, полиморфных. Наиболее перспективен процесс структурной сверхпластичности.Сверхпластичность не является свойством каких-то особых сплавов и при соответствующей подготовке структуры и в опреде­ленных условиях деформации проявляется у большого числа сплавов, обрабатываемых давлением. Известно много сплавов на основе магния, алюминия, меди, титана и железа, деформирование которых возможно в режимах сверхпластичности. Сверхпластичность может иметь место лишь при условии, когда в процессе деформации (растяжения образца) не образуется локальной деформации. При локализации деформации в образце возникает местное утонение шейки и он сравнительно быстро разрушается. Высокое сопротивление образованию шейки при растяжении образца в условиях сверхпластичности связано с большой чув­ствительностью напряжения течения а к изменению скорости деформации :  = k^m, где k — коэффициент, зависящий от струк­туры и условий испытания; т — показатель скоростной чувстви­тельности напряжения течения. Для идеально вязких (ньютоновских) твердых тел т = 1 и удлинение не должно сопровождаться образованием шейки. В случае обычной пластической деформации т < 0,2, а в условиях сверхпластической деформации т > 0,3 (обычно 0,4—0,7). Когда при сверхпластической деформации начинается образо­вание шейки, в этом участке образца возрастает  и из-за высокого значения т увеличивается сопротивление течению а, благодаря чему образование шейки прекращается. Этот процесс непрерывно повторяется, приводя к образованию так называемой бегущей шейки (размытых шеек), когда она перемещается по длине образца, не давая локализованного сжатия. При такой квазиравномерной деформации достигаются очень большие удлинения при растяже­нии образца. Структурная сверхпластическая деформация протекает глав­ным образом благодаря зернограничному скольжению, хотя в опре­деленной степени существует и внутризеренное дислокационное скольжение. Проблема создания промышленного структурного сверхпла­стичного материала — это прежде всего получение ультрамелкого равноосного зерна и сохранение его при сверхпластической дефор­мации. Стабилизация размеров зерна достигается: 1) применением двухфазных сплавов с объемным соотношением фаз 1:1; в этом случае имеет место максимальное развитие межфазовой поверх­ности, что обеспечивает взаимное торможение роста зерен фаз; 2) использованием дисперсных выделений, являющихся барьером для перемещения границ зерен. В настоящее время для обработки в состоянии сверхпластичности чаще используют цинкоалюминиевый сплав ЦА22 (22 % А1), титановые а α+β-сплавы, двухфазные – α+γ’-сплавы меди и цинка (латунь), алюминиевый сплав, состоящий из α-раствора и дисперсных частиц Al₃Zr, и некоторые другие. Явление сверхпластичности в промышленности используют при объемной изотермической штамповке и при пневмоформовке. Сверхпластичность позволяет в процессе штамповки за одну операцию получить детали сложной формы, повысить коэффициент использования металла, уменьшить трудоемкость и стоимость изготовления изделий. Недостатком является необходимость нагрев штампов до температуры обработки и малая скорость деформаций.

56. Механические свойства, определяемые при статических, динамических и циклических испытаниях Под механическими свойствами понимают характери­стики, определяющие поведение металла (или другого материала) под действием приложенных внешних механических сил. К механическим свойствам обычно относят сопротивление металла (спла­ва) деформации (прочность) и сопротивление разрушению (пла­стичность, вязкость, а также способность металла не разрушаться при наличии трещин). В результате механических испытаний получают числовые значения механических свойств, т. е. значения напряжений или деформаций, при которых происходят изменения физического и механического состояний материала. При оценке механических свойств металлических материалов различают несколько групп их критриев. 1. Критерии, определяемые независимо от конструктивных особенностей и характера службы изделий. Эти критерии нахо­дятся путем стандартных испытаний гладких образцов на рас­тяжение, сжатие, изгиб, твердость (статические испытания) или на ударный изгиб образцов с надрезом (динамические испытания). Прочностные и пластические свойства, определяемые при ста­тических испытаниях на гладких образцах хотя и имеют важное значение (они входят в расчетные формулы) во многих случаях не характеризуют прочность этих материалов в реальных усло­виях эксплуатации деталей машин и сооружений. Они могут быть использованы только для ограниченного числа простых по Форме изделий, работающих в условиях статической нагрузки при температурах, близких к нормальной. 2. Критерии оценки конструктивной прочности материала, которые находятся в наибольшей корреляции со служебными свойствами данного изделия и характеризуют работоспособность материала в условиях, эксплуатации. Критерии конструктивной прочности металлических материа­лов можно разделить на две группы: а) критерии, определяющие надежность металлических ма­териалов против внезапных разрушений (вязкость разрушения, работа, поглощаемая при распространении трещин, живучесть и др.)- В основе этих методик, использующих основные положения механики разрушения, лежат статические или динамические ис­пытания образцов с острыми трещинами, которые имеют место в реальных деталях машин и конструкциях в условиях эксплуата­ции (надрезы, сквозные отверстия, неметаллические включения, микропустоты и т. д.). Трещины и микро несплошности сильно ме­няют поведение металла под нагрузкой, так как являются кон­центраторами напряжений; б) критерии, которые определяют долговечность изделий (сопротивление усталости, износостойкость, сопротивление корро­зии и т. д.).

Критерии оценки прочности конструкции в целом (кон­струкционной прочности), определяемые при стендовых, натур­ных и эксплуатационных испытаниях. При этих испытаниях вы­является влияние на прочность и долговечность конструкции таких факторов, как распределение и величина остаточных напряжений, дефектов технологии изготовления и конструирования металло­изделий и т. д. Для решения практических задач металловедения необходимо определять как стандартные механические свойства, так и критерии конструктивной прочности.