Конструкционные стали

Конструкционные стали, применяемые для изготовления ответственных конструкций, деталей машин и приборов, должны удовлетворять следующим требованиям:

— обладать высокой конструкционной прочностью, то есть определенным комплексом механических свойств, обес­печивающих длительную и надежную работу материала в ус­ловиях службы;

— иметь хорошие технологические свойства — хорошую обрабатываемость давлением, резанием, свариваемость.

Для легированных сталей важно также, чтобы они содер­жали возможно меньше дорогих и дефицитных легирующих элементов.

Требование обеспечения конструктивной прочности явля­ется определяющим.

Углеродистые конструкционные стали

Около 80 % объема производства стали составляют угле­родистые. Большой объем производства углеродистых сталей, помимо экономических соображений, определяется тем, что они сочетают в себе удовлетворительные механические свой­ства с высокой технологичностью: при одинаковом содержа­нии углерода их обрабатываемость резанием и давлением значительно превосходит легированные стали.

Однако углеродистым сталям свойственны существенные недостатки: высокая критическая скорость закалки и неболь­шая прокаливаемость. Их закаливают в воде, что вызывает значительные деформации и коробления.

Углеродистые конструкционные стали выпускают обык­новенного качества и качественные.

Углеродистые стали обыкновенного качества. В этих сталях допускаются наиболее высокое содержание вредных примесей, а также газонасыщенность и загрязненность неме­таллическими включениями.

Стали обыкновенного качества выпускают в виде проката (листов, прутков, балок и т. д.), а в зависимости от назначения и гарантируемых свойств поставляют трех групп: А, Б, В.

Стали маркируют сочетанием букв «Ст» и цифрой (от 0 до 6), обозначающей номер марки. Стали групп Б и В имеют перед маркой буквы Б и В, указывающие на их принадлеж­ность к этим группам. Группа А в обозначении марки стали не указывается. Степень раскисления обозначают добавлени­ем индексов: в спокойных сталях — «сп», полуспокойных — «пс», кипящих — «кп».

Стали группы А поставляют с гарантированными меха­ническими свойствами. Химический состав не регламентиру­ется.

С увеличением номера марки повышается предел про­чности и снижается пластичность стали.

Стали группы Б поставляют с гарантированным хими­ческим составом. Механические свойства не гарантируют­ся. Стали этой группы предназначаются для изделий, изго­товляемых с применением горячей обработки (ковки, свар­ки и в некоторых случаях — термической обработки), при которой исходная структура и механические свойства не сохраняются. Для таких сталей важны сведения о химиче­ском составе, необходимые для определения режимов горя­чей обработки.

Стали группы В поставляют с гарантированными механи­ческими свойствами и химическим составом. Их широко при­меняют для производства сварных конструкций.

Марки сталей этой группы — от BCтl до ВСт5.

Углеродистые стали обыкновенного качества (всех трех групп) предназначаются для изготовления различных метал­локонструкций, а также слабонагруженных деталей машин и приборов.

Низкоуглеродистые стали применяют для производства строительных конструкций (арматуры, фермы), изготавлива­емых сваркой и холодной деформацией, а также крепежных деталей.

Среднеуглеродистые стали, обладающие большой проч­ностью, предназначаются для изготовления рельсов, желез­нодорожных колес, а также валов, шкивов и шестерен и других деталей грузоподъемных и сельскохозяйственных машин.

Углеродистые качественные стали. Эти стали харак­теризуются более низким, чем у сталей обыкновенного ка­чества, содержанием вредных примесей и неметаллических включений. Их поставляют в виде проката, поковок и дру­гих полуфабрикатов с гарантированным химическим соста­вом и механическими свойствами. Маркируют двузначными цифрами 05, 08, 10, 15, 20... 85, обозначающими среднее содер­жание углерода в сотых долях процента. Например, сталь 10 содержит в среднем 0,1 % С; сталь 45 - 0,45 % С и т. д.

Спокойные стали маркируют без индекса, полуспокойные и кипящие — с индексами, соответственно «пс» и «кп».

Кипящие стали производят марок: 05кп. 08кп, 10кп, 15кп, 20кп.

Полуспокойные стали — 08пс, 10пс, 15пс, 20пс.

Изделия из стали изготавливают без термической обра­ботки, термически обработанными и нагартованными.

Качественные стали находят многообразное применение в машино- и приборостроении, так как в зависимости от содер­жания углерода и термообработки они обладают широким диа­пазоном механических и технологических свойств. В табл. 13.2 приведены примеры назначения этих сталей.

Таблица 3.2

Примерное назначение углеродистых качественных

конструкционных сталей

Марка стали	Назначение
08кп, 10	Детали, изготавливаемые холодной штамповкой и хо­лодной высадкой, трубки, прокладки, крепеж, колпач­ки. Цементуемые и цианируемые детали, не требую­щие высокой прочности сердцевины (втулки, валики, упоры, копиры, зубчатые колеса, фрикционные диски)
15, 20	Малонагруженные детали (валики, пальцы, упоры, копиры, оси, шестерни). Тонкие детали, работающие на истирание, рычаги, крюки, траверсы, вкладыши, болты, стяжки и др.
30, 35	Детали, испытывающие небольшие напряжения (оси, шпиндели, звездочки, тяги, траверсы, рычага, диски, валы)
40, 45	Детали, от которых требуется повышенная прочность (коленчатые валы, шатуны, зубчатые венцы, распре­делительные валы, маховики, зубчатые колеса, шпильки, храповики, плунжеры, шпиндели, фрикци­онные диски, оси, муфты, зубчатые рейки, прокатные валки и др.)
50, 55	Зубчатые колеса, прокатные валки, штоки, бандажи, валы, эксцентрики, малонагруженные пружины, рессоры и др. Применяют после закалки с высоким отпуском и в нормализованном состоянии
60	Детали с высокими прочностными и упругими свойствами (прокатные валки, эксцентрики, шпин­дели, пружинные кольца, пружины и диски сцепле­ния, пружины амортизаторов). Применяют после закалки или после нормализации (крупные детали)

Автоматные стали. Они отличаются хорошей обраба­тываемостью резанием благодаря повышенному содержанию серы и фосфора и предназначены для изготовления деталей

массового производства на станках-автоматах. Маркируют

буквой А (автоматная) и цифрами, показывающими среднее содержание углерода в сотых долях процента. Чтобы не про­явилась красноломкость, в автоматных сталях увеличено ко­личество марганца.

Сера образует большое количество вытянутых в направ­лении проката сульфидов марганца, нарушающих сплош­ность металла и способствующих образованию ломкой «сыпу­чей» стружки. Фосфор повышает хрупкость феррита, облег­чая отделение и измельчение стружки. Он вместе с суль­фидами устраняет налипание металла на инструмент и обес­печивает получение гладкой поверхности, что важно для де­талей с мелкой резьбой (гаек, винтов) (стали марок А12, А20, АЗО, А40Г).

Образование мелкой стружки уменьшает нагрев инстру­мента, способствует увеличению его стойкости и скорости ре­зания. Сера и фосфор, улучшая обрабатываемость резанием, ухудшают качество стали.

Автоматные стали имеют пониженные вязкость, пластич­ность в поперечном направлении, усталостную прочность и коррозионную стойкость. Их используют для изготовления крепежных и мелких слабонагруженных деталей машин и приборов.