Тема 3. Классификация, маркировка и применение металлов и сплавов

3.1. Основные примеси железоуглеродистых сплавов

Углерод повышает твердость, прочность, упругость, снижает пластичность, при С  0,8 % проявляется хрупкость стали.

Кремний повышает твердость, прочность, упругость, уменьшает склонность к хладноломкости-хрупкости при низких температурах, способствует графитизации чугуна. В зависимости от марки чугуна его содержание изменяется от 0,5 до 4,5 %. В обычных нелегированных сталях содержание Si = 0,35...0,4 %.

Марганец повышает твердость, прочность, упругость, износостойкость, прокаливаемость, способствует удалению серы, при содержании  1,5 % снижает пластичность стали, увеличивает склонность к перегреву стали при нагреве. В чугуне Mn препятствует графитизации, где его содержание от 0,4 до 1,3 %. В обычных нелегированных сталях Mn = 0,5 ... 0,8 %.

Сера является вредной примесью. Придает стали красноломкость, т. е. хрупкость при нагреве до  900 С, которая возникает в результате образования легкоплавкой эвтектики FeS + Fe по границам зерен. S способствует отбеливанию чугуна, снижает его жидкотекучесть и прочность. В чугуне ее содержание допускается до 0,12 %. В сталях обыкновенного качества S < 0,05 %, а в высококачественных < 0,03 %.

Фосфор в сталях является вредной примесью, т. к. приводит к хладноломкости, т. е. снижению ударной вязкости при низких температурах. В сталях обыкновенного качества P < 0,05 %, а в высококачественных < 0,03 %. В чугунах вредное влияние фосфора мало проявляется. При этом Р улучшает жидкотекучесть при содержании до 0,8 %, но увеличивает хрупкость отливки (хладноломкость).

Азот, кислород, водород – ухудшают механические свойства, образуя оксиды и нитриды FeO, SiO₂, Al₂O₃, Fe₄N. Опасность представляют также газовые пузыри и пустоты, которые являются концентраторами напряжений.

3.2. Классификация сталей

По химсоставу стали разделяются на углеродистые и легированные.

По назначению: конструкционные, инструментальные и специальные (с осо- быми физическими и химическими свойствами: нержавеющие, жаростойкие, жаропрочные, электротехнические, быстрорежущие и др.).

Содержание углерода обычно в конструкционных сталях до 0,7 %, в инструментальных свыше 0,7 %.

По качеству:

• обыкновенного качества общего назначения (только углеродистые) – S  0,06 %, Р  0,07 %;

• качественные – S и P  0,055 %;

• высококачественные S и P  0,035 % (в конце марки указывается буква А);

• особо высококачественные – S  0.015 %, P  0.025 % (в конце марки – Ш).

Низкоуглеродистые стали разделяются по степени раскисления: КП – кипящая, ПС – полуспокойная, СП – спокойная. При С  0,2 % – только спокойная.

3.3. Конструкционные углеродистые стали

Эти стали применяются для изготовления большинства деталей машин.

Стали обыкновенного качества: Ст. 0, Ст. 1, Ст. 2, Ст. 3, Ст. 4, Ст. 5, Ст 6. Цифра в марке стали соответствует номеру по каталогу. Стали разделяются на три группы: А – регламентируются только механические свойства, Б – регламентируются только химические свойства, В – регламентируются и механические и химические свойства. Группа А используется для изготовления деталей, которые не подвергаются термической обработке. Группа Б – для изготовления термообрабатываемых деталей. Группа В – для свариваемых деталей. Чем больше номер по каталогу, тем выше прочностные свойства и выше содержание углерода.

Стали качественные в обозначении содержат цифры, соответствующие содержанию углерода в сотых долях процента:

• низкоуглеродистые – 08, 08КП, 10, 10КП – хорошо штампуются в холодном состоянии (листовая штамповка) и свариваются (С = 0,08…0,1 %);

• низкоуглеродистые цементируемые – 15, 20, 25 (С = 0,08…0,1 %);

• cреднеуглеродистые – 30, 35, 40, 45, 50 (С = 0,30…0,5 %) – подвергаются термообработке, применяются наиболее широко для деталей машин;

• высокоуглеродистые – 60, 65, 70 и с повышенным содержанием марганца – 45Г, 45Г2 – после ТО обладают повышенной прочностью, твердостью, упругостью и износостойкостью (пружины, рессоры, режущие бытовые предметы).