Лекция № III (3)

Стали и чугуны в машиностроении конструкционные стали

Сталь — основной металлический материал, широко при­меняемый для изготовления машин, приборов и инструмен­тов. Ее широкое использование обусловлено сочетанием целого комплекса механических, физико-химических и технологиче­ских свойств. Кроме того, сталь сравнительно недорога, и ее можно производить в большом количестве.

Развитие техники ведет к повышению рабочих параметров машин и приборов, предъявляет все возрастающие требования к свойствам и качеству стали. В связи с этим разрабатываются новые марки стали, совершенствуются процессы ее получения.

Общая классификация сталей

Стали классифицируют по химическому составу, назначе­нию, качеству, степени раскисления и структуре.

По химическому составу стали классифицируют на уг­леродистые и легированные. По концентрации углерода и те и другие подразделяют на низкоуглеродистые (0,3 % С), сред-неуглеродистые (0,3—0,7 % С) и высокоуглеродистые (выше 0,7 % С). Легированные стали в зависимости от количества введенных элементов подразделяют на низко-, средне- и вы­соколегированные (соответственно 5 %; 5—10 %; более 10 % количества легирующих элементов).

По назначению стали подразделяют на конструкционные, инструментальные и стали специального назначения с особы­ми свойствами.

По качеству стали классифицируют на стали обыкновен­ного качества, качественные, высококачественные и особо высококачественные. Под качеством стали понимают сово­купность свойств, определяемых металлургическим процес­сом ее производства. Однородность химического состава, строения и свойств стали, а также ее технологичность во многом зависят от содержания газов (0₂, N, Н) и вредных примесей серы и фосфора. Газы являются скрытыми приме­сями, которые трудно определить количественно, поэтому нормы содержания вредных примесей служат основным показателем для разделения сталей по качеству. Стали обыкновенного качества выплавляют только углеродистыми (до 0,5 % С), качественные и высококачественные — углеро­дистыми и легированными, особо высококачественные — ле­гированными.

По способу раскисления и характеру затвердевания сталь классифицируют на спокойную, полуспокойную и кипящую.

Раскисление —- процесс удаления из жидкого металла кисло­рода.

Легированные стали производят спокойными, углеродис­тые — спокойными, полуспокойными и кипящими.

По структуре стали классифицируют в отожженном и нормализованном состояниях. В зависимости от структуры в отожженном (равновесном) состоянии стали разделяют на шесть классов:

1) доэвтектоидные, имеющие в структуре избыточный фер­рит;

2) эвтектоидные, структура которых состоит из перлита;

3) заэвтектоидные, имеющие в структуре вторичные, вы­деляющиеся из аустенита, карбиды;

4) ледебуритные, содержащие в структуре первичные (эв­тектические) карбиды;

5) аустенитные;

6) ферритные.

По структуре после нормализации стали подразделяют на следующие основные классы: перлитный, мартенситный, аус-тенитный, ферритный.

Стали перлитного класса имеют невысокую устойчивость переохлажденного аустенита. При охлаждении на воздухе они приобретают структуру перлита, сорбита или троостита, в которой могут присутствовать также избыточные феррит или карбиды. К сталям перлитного класса относят углеродис­тые и низколегированные стали. Это большая группа деше­вых, широко применяемых сталей.

Стали мартенситного класса отличаются высокой устой­чивостью переохлажденного аустенита. Для таких сталей ско­рость охлаждения на воздухе оказывается больше критиче­ской скорости закалки; при охлаждении на воздухе они зака­ливаются на мартенсит. К этому классу относят средне- и высоколегированные стали.

Стали аустенитного класса из-за повышенного количест­ва никеля или марганца (обычно в сочетании с хромом) име­ют интервал мартенситного превращения ниже 0 °С и сохра­няют аустенит при комнатной температуре. Распад аустенита в перлитной и промежуточной области отсутствует.

В сталях с высоким содержанием элементов, сужающих у-область, при определенной их концентрации исчезает у-превращение. Подобные стали относят к ферритному классу.

Рассмотренная классификация относится только к норма­лизованным сталям. Если условия охлаждения изменить, то структура стали тоже может измениться. Если сталь перлит­ного класса охладить с большей скоростью, то можно полу­чить мартенсит; при охлаждении стали мартенситного класса с меньшей скоростью — перлит, после обработки стали аус­тенитного класса холодом — мартенсит.

Легированные стали доэвтектоидного, заэвтектоидного и перлитного классов наиболее широко применяют для изго­товления деталей конструкций и инструмента. Стали мартен­ситного класса применяют ограниченно. Стали аустенитного и ферритного классов имеют особые физические и химические свойства (коррозиестойкие, жаропрочные и др.). Стали ледебуритного класса применяют как инструментальные. Наиболее типичной сталью данного класса является быстро­режущая сталь.