3.1.2 Влияние содержания углерода и постоянных примесей на свойства углеродистых сталей.

С изменением содержания углерода меняется структура стали. Сталь, содержащая 0,8%С – перлитная. В стали с содержанием более 0,8%С кроме перлита есть и вторичный цементит. Если в стали менее 0,8%С, то структура стали содержит феррит и перлит.

Постоянные примеси сталей – марганец, кремний, фосфор, сера. Содержание этих примесей ограничивается следующими верхними пределами: Mn – 0,8%; Si – 0,5%; P – 0,05%; S – 0,05%. При большем содержании этих примесей сталь становится легированной, т.к. эти элементы вводятся в неё искусственно.

Марганец и кремний ввводят в любую сталь для раскисления – удаления вредных примесей железа.

Фосфор – является вредным химическим элементом для стали. т.к. он повышает температуру перехода стали в хрупкое состояние, т.е. хладоломкость. Однако, фосфор облегчает обрабатываемость стали режущим инструментом, а в присутствие меди – повышается коррозионная стойкость.

Сера попадает в металл из руд, это вредная примесь, образуя сульфид железа FeS, делает сталь хрупкой и красноломкой.

3.1.3 Углеродистая конструкционная сталь.

Конструкционными называют стали, применяемые для изготовления деталей машин и механизмов, конструкций и сооружений. Эти стали могут быть углеродистыми и легированными.

Эти стали должны обладать хорошими технологическими свойствами: легко обрабатываться давлением, резанием, свариваться, прокаливаться, иметь малую склонность к деформации и трещинообразованию.

Углеродистые конструкционные стали делят на стали обыкновенного качества и качественные стали.

Стали обыкновенного качества. Они дешевле, чем качественные. В процессе выплавки они меньше очищаются от примесей (P, S, O, N). Стали отливают в крупные слитки, поэтому в них развита ликвация и они содержат большое количество неметаллических включений. Из них изготавливают детали менее ответственного назначения; горячекатанный сортовой прокат (прутки, швеллеры, уголки), листы, трубы, поковки, работающие при невысоких напряжениях. Их применяют для

строительных, сварных, клепанных и болтовых конструкций, для малоответственных деталей машин.

В зависимости от свойств стали обыкновенного качества подразделяют на три группы (ГОСТ 380-94):

Группа А – стали, поставляемые без уточнения их химического состава в виде листов и различных профилей без последующей обработки давлением, сваркой, или термической обработки.

Маркировка. Углеродистая сталь группы А обозначаются буквами «Ст» и цифрами 1, 2, 3,…6, например, Ст1, Ст2 и т.д. Чем выше число, тем выше прочность и ниже пластичность.

Группа Б – стали, поставляемые с гарантированным химическим составом.

Маркировка. Впереди ставится буква «Б», а в конце – степень раскисления: кп – кипящая сталь, сп – спокойная; пс – полуспокойная, Например, БСт1кп, БСт3 и т.д. Чем выше число, тем больше в стали углерода.

Группа В – стали повышенного качества. Их поставляют с гарантированным химическим составом и механическими свойствами.

Маркировка. В обозначение сталей ставится буква «В», например, ВСт1, ВСт2 и т.д.

Стали групп Б и В применяют в тех случаях, когда при производстве применяют сварку, горячую деформацию или термическую обработку.

Углеродистую сталь обыкновенного качества применяют для изготовления деталей для автомобилей.

Качественные углеродистые стали. В соответствии с ГОСТ 1050-88 выплавляют с соблюдением более строгих условий в отношении сырья, ведения плавки и разливки. К ним предъявляются более высокие требования по химическому составу: содержание серы должно быть менее 0,04%; фосфора – менее 0,035-0,04%, а также неметаллических включений. Кроме того, регламентированы макро- и микроструктуры.

Маркировка. В обозначение качественных углеродистых сталей входят цифры 08, 10, 15, 20 и т.д. до 85, которые указывают среднее содержание углерода в сотых долях процентов; пере цифрами пишется слово «Сталь». Спокойные стали маркируют без букв сп после цифры; полуспокойные и кипящие стали записывают с индексами «пс» и «кп».

Эти стали можно разделить на низкоуглеродистые, среднеуглеродистые и высокоуглеродистые.

Низкоуглеродистые стали (05кп, 08, 07кп, 10, 10кп) обладают невысокой прочностью и высокой пластичностью. Можно изготавливать детали слабонагруженные и сложной конструкции.

Стали 15. 20, 25 применяют без термической обработки или в нормализованном виде, в виде проката, поковок, труб, листов, ленты и проволоки для менее ответственных деталей.

Среднеуглеродистые стали (30, 35, 40, 45, 50) применяют после нормализации, улучшения и поверхностной закалки для различных деталей. Они имеют более высокую прочность при более низкой пластичности. В отожженном состоянии эти стали хорошо обрабатываются резанием.

Высокоуглеродистые стали (60, 65. 70, 75, 80, 85) и стали с повышенным содержанием марганца (60Г, 65Г, 70Г) в основном используют для изготовления пружин, рессор, высокопрочной проволоки и других изделий с высокой упругостью и износостойкостью.

Качественную конструкционную сталь, предназначенную для повышенной обрабатываемости резанием на станках-автоматах (автоматная сталь), маркируют буквой «А» (А20, А40). Повышенная обрабатываемость резанием достигается увеличением в содержании стали серы, фосфора и свинца.

3.1.3 Инструментальные углеродистые стали. Эти стали предназначены для изготовления режущего, измерительного инструмента, работающего при температуре 150-200^ОС вследствие нагревания режущей кромки. Основные качества этих сталей – износостойкость и теплостойкость.

Эти стали относятся к наиболее дешевым. Их применяют для малонагруженного режущего инструмента. Углеродистые стали (ГОСТ 1435-90) бывают качественными (У7, У8, У9, …У13) и высококачественными (У7А, У8А, У9А, … У13А). Буква «У» в марке указывают на то, что сталь углеродистая, а цифра – среднее значение углерода в десятых долях процента; буква «А» в конце обозначает – сталь высококачественная.

Из-за невысокой твердости в состоянии поставки (187-217НВ) углеродистые стали хорошо обрабатываются резанием и деформируются. Что позволяет применять к ним накатку, насечку и другие восокопроизводительные методы изготовления инструмента.

Контрольные вопросы:

1. По каким признакам классифицируют стали?

2. От чего зависит структура стали?

3. Назовите основные постоянные примеси в сталях и их влияние на свойства.

4. Какие виды углеродистых конструкционных сталей вам известны?

5. Назовите группы и способы маркировки сталей обыкновенного качества.

6. Как маркируют низкоуглеродистые стали?

7. Как маркируют среднеуглеродистые стали?

8. Как маркируют высокоуглеродистые стали?

9. Назовите отличительные свойства инструментальных углеродистых сталей.