Лаб. Раб. 1. Классификация сталей, чугунов и цветных сплавов.

1.1. Классификация сталей и сплавов

Сталями называют сплавы железа и углерода, при содержании углерода от 0,02% до 2,14%.

Стали классифицируются по нескольким признакам:

- по химическому составу;

- по назначению;

- по качеству;

- по степени раскисления;

- по структуре.

По химическому составу стали делят на углеродистые и легированные. По концентрации углерода те и другие подразделяют на низкоуглеродистые (0,09 – 0,25% С), среднеуглеродистые (0,26 – 0,45 % С) и высокоуглеродистые (0,46 – 0,7 % С ).

Легированные стали условно подразделяют на низколегированные, среднелегированные и высоколегированные стали.

Низколегированная сталь - сталь легируемая одним или несколькими элементами, если содержание каждого из них не превышает 2%, а суммарное содержание 5%. В низколегированных сталях выделяют подкласс микролегированных (с содержанием каждого из легирующих элементов порядка 0,1 % или менее 0,1 %)

Среднелегированная сталь - сталь легированная одним или несколькими элементами, если содержание каждого из элементов от 2 до 5 %, а суммарное содержание не превышает 10 %.

Высоколегированная сталь - сталь содержащая не менее 5 % одного из легирующих элементов, и не менее 10 % суммы легирующих элементов.

По существующей в машиностроении системе обозначений сталями называют как правило сплавы с содержанием железа не менее 50 %.

В углеродистых и легированных сталях содержатся различные примеси. Различают примеси постоянные, скрытые и случайные. Постоянные примеси есть у любой стали (кремний, марганец, алюминий, сера, фосфор). Скрытые примеси (кислород, водород, азот). Случайные (хром, никель).

По назначению стали подразделяют на конструкционные, инструментальные и стали и сплавы с особыми свойствами – жаропрочные, кислотостойкие, износостойкие, магнитные, пружинные и др.

По качеству различают стали обыкновенного качества, качественные, высококачественные и особовысококачественные.

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 (кислорода, водорода, азота) и вредных примесей – серы и фосфора. Стали обыкновенного качества содержат до 0,05% S и 0,04% Р, качественные – не более 0,04% S и 0,035% Р, высококачественные – не более 0,025% S и 0,025% Р, особовысококачественные – не более 0,015% S и 0,025% Р.

По степени раскисления и характеру затвердевания стали подразделяют на кипящие (раскисленные только Mn и практически не содержащие кремния, < 0,05 % Si), полуспокойные (раскисленные Mn и Al; содержание кремния - 0,05 – 0,1 % Si) и спокойные (полностью раскисленные с помощью Mn, Al, Si; содержание кремния - 0,14 – 0,3 % Si).

По структуре различают стали в состоянии поставки. При этом стали поставляются после отжига или после нормализации.

1.2. Маркировка сталей и сплавов

Углеродистые стали обыкновенного качества. В соответствии с ГОСТ 380-94 обозначаются следующим образом: Ст3пс, Ст5кп, Ст0, Ст3Гсп.

Здесь Ст – буквы, указывающие на принадлежность стали к группе сталей обыкновенного качества, цифра от 0 до 6 – условный номер марки в зависимости от химического состава стали. Степень раскисления обозначается добавлением индексов: сп - спокойная сталь, пс - полуспокойная сталь, кп - кипящая сталь. Буква Г обозначает повышенное содержание марганца.

Нелегированные конструкционные качественные стали. В соответствии с ГОСТ 1050-88 марка качественных углеродистых сталей обозначается цифрами, которые показывают среднее содержание углерода в сотых долях процента – 08, 10, 15, 20,…85. Для неполностью раскисленных сталей указывается степень раскисления: кп – кипящая сталь, пс – полуспокойная сталь. Для спокойных сталей индекс «сп» не указывается.

Например, 08кп, 10пс, 15, 18кп, 20.

Качественные стали с повышенными свойствами, используемые для производства котлов и сосудов, работающих под давлением, обозначаются: 15К, 18К, 22К.

Конструкционные легированные стали. В России и странах СНГ принята буквенно-цифровая маркировка таких сталей. Основные легирующие элементы обозначается буквами русского алфавита:

Х – хром, Н – никель, М – молибден, В – вольфрам, К – кобальт, Ф – ванадий, Г –марганец, Ю – алюминий, С – кремний,

Т – титан, Б – ниобий, Р – бор, Ц – цирконий, Д – медь, П – фосфор, Е – селен, А (в середине наименования) – азот Ч – редкоземельные металлы

Цифра, стоящие в начале марки показывает содержание углерода в сотых долях процента Цифра после буквы показывает примерное количество легирующего элемента в процентах. Если содержание легирующего элемента не превышает 1,5 %, то цифра не ставится. Для элементов, сильно действующих на свойства (бор, азот, ванадий) их присутствие в стали указывается в марке, даже если их содержание составляет сотые и тысячные доли процента.

Например, 12ХН, 30Х3МФ, 45ХГH2МФ.

Буква А в конце марки стали обозначает высокое качество стали, S 0,025 % и P0,025 % (30ХН2МФА). Если буква А находится в середине марки, то это сталь, специально легированная азотом (16Г2АФ). Если буква А стоит в начале марки, то это автоматная сталь с улучшенной обрабатываемостью резанием (А35Г2).

Особовысококачественная стали, подвергнутые электрошлаковый переплаву обозначаются буквой Ш в конце марки, пишущейся через дефис (18ХГ-Ш).

Литейные конструкционные стали. Например, 15Л, 35ХГЛ.

Строительные стали. По ГОСТ 27772-88 обозначаются буквой С (строительная) и цифрами, соответствующими минимальному пределу текучести стали. Буквы в конце наименования обозначают: К – повышенная коррозионная стойкость стали, Т – термоупрочненная, Д – повышенное содержание меди.

Например, С255, С390К, С345Т.

Подшипниковые стали. Например, ШХ15, ШХ20СГ, ШХ4-Ш.

Автоматные стали. По ГОСТ 1414-75 начинаются с буквы А (автоматная). Если сталь при этом легирована свинцом, то ее наименование начинается с букв АС. Например, А20, АС14, АС38ХГМ.

Инструментальные стали.

1. Нелегированные углеродистые инструментальные стали. В соответствии с ГОСТ 1435-90 делятся на качественные и высококачественные. Качественные стали обозначаются букой У (углеродистая) и цифрой, указывающей среднее содержание углерода в стали. Например, У7, У10, У13, У12А (А – высококачественная сталь), У8ГА (Г – повышенное содержание марганца в стали).

2. Инструментальные легированные стали. Например, 4Х2В5МФ, ХВГ (первая цифра содержание углерода в десятых долях %).

3. Быстрорежущие стали. Обозначение марок быстрорежущих сталей начинается с буквы Р и цифры, указывающей среднее содержание вольфрама. Далее следуют буквы и цифры, определяющие массовые доли других элементов. В наименовании не указывается процентное содержание:

– хрома (во всех сталях составляет около 4%);

– углерода (оно пропорционально содержанию ванадия).

Буква Ф, показывающая содержание ванадия, указывается только в том случае, если содержание ванадия составляет более 2,5%.

Например, Р6М5 (около 0,9% C, 4% Cr, 5% Mo, 2% V, 6% W),

Р6АМ5Ф3 (1% C, 4% Cr, 5% Mo, 2,5% V, 0,1 % N, 6% W).

Коррозионно-стойкие стали. Например, 08Х18Н10Т, 16Х18Н12С4ТЮЛ, 06Х16Н15М3Б-Ш, 09Х16Н4Б-ВД (ВД – вакуумно-дуговой переплав, ВИ - вакуумно-индукционный переплав, ЭЛ – электронно-лучевой переплав, ГР – газо-кислородное рафинирование, ИД – вакумно-индукционная выплавка с последующим вакуумно-дуговым переплавом, ПД – плазменная выплавка с последующим вакуумно-дуговым переплавом, ИЛ – вакуумно-индукционная выплавка с последующим электроно-лучевым переплавом).