Глава 3. Сплавы на основе железа

3.1. Машиностроительные конструкционные стали

3.1.1. Классификация конструкционных сталей

Стали являются универсальным конструкционным материалом, способным работать при различных вариантах внешнего воздействия: при высоких статических и циклических напряжениях, климатических, криогенных и повышенных температурах; при воздействии агрессивной внешней среды.

Механические, физические и химические, технологические свойства сталей обусловлены свойствами металла-основы – железа. Стали наследуют от железа: высокий модуль нормальной упругости – 210 ГПа; высокую теплопроводность и низкий коэффициент линейного расширения; хорошие технологические свойства.

Многообразие свойств связано с полиморфизмом железа и с возможностью легирования железа углеродом и другими элементами в широком диапазоне концентраций; с возможностью применения практически всех видов термической обработки: отжига, нормализации, закалки с отпуском, закалки со старением, а также химико-термической обработки. Применение сталей для широкой номенклатуры деталей объясняется хорошей технологичностью материала – способностью к различным вариантам обработки: деформированию в горячем и холодном состояниях, к сварке, обработке резанием, термической обработке.

В настоящее время не существует единой системы классификации сталей. В основном она проводится по некоторым общим признакам: назначению, химическому составу, качеству, структуре, прочности, типичной упрочняющей термообработке или ХТО, основному свойству, учитывающему условия работы детали.

1. По назначению стали подразделяют на следующие группы (рис. 3.1):

– конструкционные, применяемые для изготовления различных деталей машин, механизмов и конструкций в машиностроении (строительные конструкционные стали не рассматриваются);

– инструментальные, предназначенные для обработки материалов резанием и давлением;

– стали с особыми физическими (магнитными и электрическими) свойствами (две последние группы в настоящем курсе не рассматриваются).

Рис. 3.1. Классификация сталей по назначению

2. По химическому составу стали подразделяют на углеродистые и легированные. Внутри этих двух групп есть градации, учитывающие химический состав (табл. 3.1).

Таблица 3.1

Классификация сталей по химическому составу

Название сталей по содержанию углерода	Содержание углерода,% С	Название сталей по содержанию легирующих элементов	Суммарное Содержание легирующих элементов, %
безуглеродистые	≤ 0,03 %	низколегированные	≤ 5
низкоуглеродистые	0,03 – 0,30	среднелегированные	5 – 10
среднеуглеродистые	0,30 – 0,70	высоколегированные	> 10
высокоуглеродистые	> 0,70	-	-

В зависимости от типа легирующих элементов стали также называют: хромистые, марганцевые, кремнистые, хромоникелевые, хромомолибденовые и т.п.

3. По качеству стали подразделяют на стали обыкновенного качества, качественные, высококачественные и особо высококачественные (табл.3.2).

Качество стали определяется металлургическим производством. Показателем качества является содержание вредных примесей – серы и фосфора.

Таблица 3.2