
- •Легированные конструкционные стали по дисциплине: оп. 04. Основы материаловедения
- •Пояснительная записка
- •Легированные конструкционные стали
- •Высоколегированные стали
- •Коррозионно-стойкие (нержавеющие) стали и сплавы
- •Жаростойкие стали и сплавы
- •Жаропрочные стали и сплавы
- •Рессорно-пружинная сталь
- •Шарикоподшипниковая сталь
- •Конструкционная сталь повышенной и высокой обрабатываемости резанием (автоматная)
- •Сталь для отливок
- •Сталь низколегированная строительная
- •Вопросы для самоконтроля
- •Перечень рекомендуемых источников:
МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
РОСТОВСКОЙ ОБЛАСТИ
государственное образовательное учреждение
начального профессионального образования профессиональный лицей №71
Ростовской области
УТВЕРЖДАЮ
Зам. директора по УМР
____________ Л.В. Петрова
«__» ______________ 201_
Легированные конструкционные стали по дисциплине: оп. 04. Основы материаловедения
Методическая разработка для учащихся
по профессии: 151902.03. Станочник (металлообработка)
2011
Рассмотрено и одобрено на заседании цикловой комиссии дисциплин профессионального цикла технологических профессий Протокол № ____ от «___»_____20_г. Председатель цикловой комиссии __________________ Л. М Гуляева
|
Составлено в соответствии с рабочей программой дисциплины: ОП. 04. Основы материаловедение по профессии: 151902.03. Станочник (металлообработка) |
Составитель:
Л. М Гуляева, преподаватель высшей квалификационной категории
Пояснительная записка
Методическая разработка «Легированные конструкционные стали» составлена в соответствии с рабочей программой дисциплины: ОП. 04. Основы материаловедение по профессии: 151902.03. Станочник (металлообработка).
Методическая разработка «Легированные конструкционные стали» содержит теоретический материал по изучению основных свойств, марок, применению легированных конструкционных материалов. В ней описаны технологические способы обработки легированных сталей, влияние легирующих элементов на свойства сталей, маркировка легированных сталей. Дана информация о сталях общего назначения, высоколегированных, корозионностойких, жаростойких, жаропрочных сталях и сплавах, а также углеродистых и легированных сталей специального назначения. В методической разработке «Легированные конструкционные стали» указаны структура, свойства, основные марки сталей согласно ГОСТ и области их применения.
Методическая разработка «Легированные конструкционные стали» учебный материал для усвоения профильных базовых знаний по дисциплине ОП. 04. Основы материаловедение по профессии: 151902.03. Станочник (металлообработка).
Приведены вопросы для самоконтроля по темам.
Методическая разработка может быть использована для теоретической и самостоятельной подготовки учащихся, для подготовки к практическим занятиям и производственной практике по профессии 151902.03. Станочник (металлообработка) и других смежных профессий.
Легированные конструкционные стали
Легирующие элементы определяют название легированной стали или сплава. Например, хромистая, ванадиевая, хромоникелевая стали в своем составе в качестве легирующих элементов содержат соответственно хром, ванадий и хром с никелем.
Для увеличения конструктивной прочности в сталь вводят один-два легирующих элемента.
Для получения комплекса физико-химических свойств вводят несколько легирующих элементов.
Влияние легирующих элементов на свойства сталей:
Марганец — естественная постоянная примесь в углеродистых сталях (до 0,6 %). При искусственном увеличении массовой доли марганца (свыше 1 %) увеличивается твердость, износостойкость, ударная вязкость. Пластичность стали не снижается. Сам марганец нейтрализует вредное влияние серы, связывая ее.
Кремний — также постоянная примесь в сталях (до 0,4 %). С увеличением массовой доли кремния увеличиваются конструктивная точность и упругость. Высокая массовая доля кремния придает стали специальные физические свойства, благодаря которым кремнистые стали широко используются в электротехнической промышленности.
Кремний придает стали также кислотостойкость и окалиностойкость. Высокое содержание кремния способствует распаду структуры цементита с образованием ферритно-перлитной структуры и придает стали упругость. Рессорная, пружинистая сталь является, как правило, кремнистой.
Хром повышает прочность, твердость, прокаливаемость. Пластичность хромистых сталей несколько уменьшается. Высокое содержание хрома (12 % и более) делает сталь нержавеющей (коррозионно-стойкой) и придает ей магнитные свойства. Хром является экономически дешевым, недефицитным легирующим металлом.
Никель придает стали прочность, пластичность и ударную вязкость, понижает температуру отжига, нормализации и закалки. Никелевые стали имеют высокую прокаливаемость. Никель применяется также как активный раскислитель, способствует удалению из стали в жидком состоянии кислорода, водорода, азота, увеличивая ее плотность.
Никелевые стали имеют низкий коэффициент теплового линейного и объемного расширения.
Титан повышает прочность, твердость и пластичность, а также температуру отжига, нормализации и теплостойкость (окалиностойкость) стали.
При небольшом содержании титана прокаливаемость стали увеличивается, при содержании более 12 % — уменьшается.
Медь увеличивает прокаливаемость, температуру отжига и нормализации, прочность, твердость и пластичность. Придает стали коррозионную стойкость. Медь вводят, главным образом, в строительные стали.
Кобальт понижает прокаливаемость и пластичность. Придает теплостойкость и магнитные свойства. Увеличивает жаропрочность и ударную вязкость.
Молибден повышает прочность, твердость, износостойкость, Упругость, ударную вязкость и жаропрочность, незначительно понижает пластичность, увеличивает прокаливаемость, температуру отжига, нормализации и закалки.
Вольфрам резко увеличивает твердость, износостойкость, красностойкость, прокаливаемость и жаропрочность, повышает температуру отжига, нормализации и закалки. При массовой доле вольфрама в пределах 1 % увеличивается пластичность стали.
Ванадий повышает износостойкость, твердость, прочность и пластичность, увеличивает прокаливаемость и температуру нагрева для отжига, нормализации и закалки.
В теплостойкие, нержавеющие и электротехнические стали вводят также редкоземельные элементы: лантан, ниобий, цирконий и др.
Согласно ГОСТ 5950—73 приняты условные буквенные обозначения легирующих элементов:
алюминий — Ю,
азот — А,
бор - Р,
ванадий — Ф,
вольфрам — В,
кобальт — К,
кремний — С
марганец — Г,
молибден — М,
медь — Д,
никель — Н,
ниобий - Б,
селен — Е,
хром — X,
цирконий — Ц,
титан — Т,
фосфор — П,
редкоземельные металлы — РЗМ.
Кроме того, стандартом предусмотрены и другие обозначения отдельных групп легированных сталей:
Р — быстрорежущие;
Ш (в конце марки) — сталь особовысококачественная;
Ш (впереди марки) — сталь подшипниковая;
А (впереди марки) — сталь автоматная;
А (в конце марки) — сталь высококачественная;
А (в середине марки) — сталь с содержанием азота;
Э — сталь электротехническая;
Е (впереди марки) — сталь магнитная;
О — сталь холоднокатаная текстурированная;
ОО — сталь холоднокатаная высокотекстурированная;
И — сталь исследовательская;
П — сталь пробная;
ЭП — сталь пробная, полученная электроплавкой.
Легированные стали выпускаются улучшаемые термической обработкой и цементуемые, т. е. подвергаемые химико-термической обработке.
В основном все признаки классификации легированных сталей заложены в принципы маркировки.
В зависимости от основных легирующих элементов сталь легированная конструкционная по ГОСТ 4543—71 выпускается следующих групп:
• хромистая (15Х, 15ХА, 40Х, 45Х и др.);
• марганцовистая (15Г, ЗОГ, 10Г2, 40Г2, 50Г2 и др.);
• хромомарганцевая (16ХГ,30ХГТ, 35ХГ2 и др.);
• хромокремнистая (ЗЗХС, 38ХС, 40ХС);
• хромомолибденовая и хромомолибденованадиевая (15ХМ, 20ХМ, ЗОХЗМФ и др.);
• хромованадиевая (15ХФА, 40ХФА);
• никельмолибденовые (15Н2М, 20НМ);
• хромоникелевые и хромоникелевые с бором (20ХН, 40ХН. 20ХНР и др.);
• хромокремнемарганцевые и хромокремнемарганцево-никелевые (20ХГСА, 25ГСА, 30ХГС и др.);
• хромомарганцево-никелевая и хромомарганцево-никелевая с титаном и бором (15ХГН2ТА, 20ХГНР, 38ХГН, 20ХГНТР);
• хромоникельмолибденовая (18Х2НЗМА, 40ХН2А, 25Х2Н4МА
• хромоникельмолибденовая и хромоникелеванадиевая (30ХН2МФ, 20ХН4ФА и др.);
• хромоалюминиевая и хромоникелеалюминиевая с молибденом (38Х2Ю, 38Х2МЮА и др.).
Принцип маркировки легированных конструкционных сталей рассмотрим на примерах.
Марка 15ХА — сталь легированная конструкционная хромистая, цементуемая, высококачественная, массовая доля углерода — 0,15 %, хрома — около 1 %, с пониженным содержанием вредных примесей (серы и фосфора).
Марка 30ХГСН2А — сталь легированная конструкционная улучшаемая, хромокремнемарганцево-никелевая, высококачественная, массовая доля углерода — 0,3%, хрома, марганца и кремния — по 1 %, никеля — 2%, имеет пониженное содержание вредных примесей.
Легированные конструкционные стали по ГОСТ 4543—71 по массовой доле углерода подразделяются на цементуемые и улучшаемые стали.
Цементуемые легированные стали — это низкоуглеродистые (до 0,3 % углерода) и низко- и среднелегированные стали марок 15Х, 20Х, 15Г, 20Г, 10Г2, 18ХГТ, 20ХГТ и др.
В связи с низкой массовой долей углерода эти стали закалке не подвергаются. С целью улучшения механических свойств поверхностей деталей их насыщают углеродом (цементация). После цементации производится закалка с последующим отпуском.
После закалки и отпуска поверхность деталей имеет высокую износостойкость, твердость 58...63 HRC и прочную и вязкую сердцевину.
Улучшаемые легированные стали — это среднеуглеродистые (массовая доля углерода — более 0,3 %) и среднелегированные стали марок 30Х, ЗОГ 35Х, 38ХА, 40Х, 50Х, 50Г, 50Г2, 30ХГТ и др.
Повышение механических свойств улучшаемых легированных сталей производят путем закалки и последующего отпуска.
Легированные стали маркируются цифрами, указывающими массовую долю углерода и легирующих элементов, и буквами, обозначающими легирующие элементы.
Буквой А в конце марки обозначают сталь высококачественную, а буквой Ш — особовысококачественную.
Эти стали имеют пониженную массовую долю вредных примесей — серы и фосфора.
Цифры, стоящие вначале, указывают на содержание углерода:
- в конструкционных сталях — в сотых долях процента,
-в инструментальных — в десятых долях процента.
Если впереди марки цифр нет, то массовая доля углерода в пределах 1 %. Цифры, стоящие после букв, соответствуют массовой доле легирующих элементов в процентах.
Если после букв цифр нет, то массовая доля легирующих элементов в пределах 1 %.
Например, 18Х2Н4МА — легированная конструкционная сталь высококачественная (с пониженным содержанием серы и фосфора) хромоникельмолибденовая (2 % хрома, 4 % никеля, 1 % молибдена, 0,18% углерода). Так как массовая доля углерода до 0,3%, сталь является цементуемой, т.е. улучшается химико-термической обработкой.
Сталь легированная конструкционная поставляется в виде сортового проката, в том числе фасонного, калиброванного и шлифованного прутка и серебрянки, полосы, поковок и кованых заготовок, труб, листов большой и малой толщины и других видов проката.
Легированная конструкционная сталь выпускается горячекатаной и кованой с обточенной или ободранной поверхностями, калиброванной и со специальной отделкой поверхностей круглого сечения.
В зависимости от назначения сталь делится на четыре подгруппы:
• для горячей обработки давлением;
• для холодной механической обработки (точение, строгание, сверление, фрезерование и др.);
• для холодного волочения
• для горячей осадки, штамповки, высадки.
Сталь может поставляться в термически обработанном состоянии (Т), без термической обработки и нагартованная (Н).
Легированные цементуемые конструкционные стали применяются для изготовления деталей, работающих в условиях трения при незначительных нагрузках: втулок, пальцев, валиков, толкателей, шестерен и др.
Улучшаемые легированные конструкционные стали применяются для изготовления деталей, работающих при средних и высоких нагрузках: шпинделей и валов в подшипниках скольжения, червячных валов, роторов, рычагов, толкателей, блоков, крепежных деталей, работающих при высоких температурах, крупных зубчатых колес, валков горячей прокатки.