43(31). Конструкционные стали и сплавы, маркировка, свойства и область применения

Конструкционные стали и сплавы относятся к материалам универсального применения, для которых важнейшими являются механические и технологические свойства. В зависимости от состава они делятся на две большие группы (состоящие из подгрупп):

1. Углеродистые стали

а) Стали обыкновенного качества по ГОСТ 380-94 являются наиболее дешевыми; маркируются буквами Ст (Ст0, Ст1,…Ст6); цифра указывает на группу прочности – чем выше, тем больше предел прочности, что вызвано бóльшим содержанием углерода.

Стали обыкновенного качества подразделяются на три группы (обозначаемые буквами, которые могут стоять в самом начале марки):

А – с гарантированными механическими свойствами – не подвергаются ТО у потребителя (буква А обычно не пишется, а подразумевается);

Б – с гарантированным химическим составом – требуется для успешной горячей обработки у потребителя;

В – с гарантированными механическими свойствами и химическим составом – обеспечивает качественную сварку у потребителя.

В конце марки указывается степень раскисления: сп – спокойная (обычно не пишется, а подразумевается); пс – полуспокойная; кп – кипящая. Спокойная сталь обладает самыми лучшими механическими свойствами и является более дорогой, т. к. требует наибольшего количества раскислителей. Например, самой распространенной сталью является Ст3 – сталь конструкционная, углеродистая, обыкновенного качества, с гарантированными механическими свойствами, 3-ей группы прочности, спокойная.

Некоторые марки выпускаются с повышенным (до 0,8…1,1 %) содержанием марганца, например, БСт5Гпс – сталь конструкционная, углеродистая, обыкновенного качества, с гарантированным химическим составом, 5-ой группы прочности, с повышенным содержанием марганца, полуспокойная.

Из сталей обыкновенного качества изготавливают горячекатаный рядовой прокат: балки, швеллеры, уголки, прутки, а также листы, трубы и поковки, которые широко используются в строительстве, мосто- и судостроении, для изготовления малонагруженных деталей машин и т. п.

б) Стали с повышенной обрабатываемостью резанием(автоматные) по ГОСТ 1414-75 используются для изготовления деталей резанием на станках-автоматах (дают дробленную стружку в отличие от сливной стружки в виде винтовых пружинок, характерной для других сталей). Марка таких сталей начинается с буквы А (А11, А20, А40Г и др.), после которой идет цифра, указывающая на среднее содержание углерода в сотых долях процента. Для повышения обрабатываемости резанием они имеют повышенное содержание серы (до 0,3 %) и фосфора (до 0,15 %) и/или включают в свой состав до 0,008 % кальция (Ц), до 0,1 % селена (Е), до 0,35 % свинца (С) и др. элементы. Например, А12 – сталь конструкционная, углеродистая, автоматная – сернистая, содержащая примерно 0,12 %Си до 0,2 %S; АС40 – сталь конструкционная, углеродистая, автоматная – свинецсодержащая, имеющая в своем составе около 0,40 %С.

в)Литейные сталипо ГОСТ 977-88 имеют повышенную жидкотекучесть, благодаря повышенному содержанию серы (до 0,07 %) и фосфора (до 0,09 %). Марка этих сталей начинается с цифры, указывающей на среднее содержание углерода в сотых долях процента, и заканчивается буквой Л (15Л, 20Л, …55Л). Одной из самых распространенных для прочных отливок является 40Л – сталь конструкционная, углеродистая, литейная, содержащая около 0,40 %С.

г)Качественные сталипо ГОСТ 1050-88 используются для изготовления более ответственных деталей в машиностроении и, как правило, подвергаются ТО. Маркируются цифрой, указывающей на среднее содержание углерода в сотых долях процента (05, 08, 10, 15, …85). Некоторые низкоуглеродистые стали выпускаются кипящими и полуспокойными (05кп, 20пс и т. д.), а средне- и высокоуглеродистые – с повышенным содержанием марганца, например, 60Г – сталь конструкционная, углеродистая, качественная, с повышенным содержанием марганца, содержащая примерно 0,6 %С.

Низкоуглеродистые стали имеют сравнительно небольшую прочность (σ_в=330…460 МПа) и высокую пластичность (δ=33…23 %), хорошо штампуются и свариваются, часто используются без ТО. Сталь марок 05, 08, 10 обычно используется для листовой штамповки; а марок 10, 15, 20, 25 – подвергается упрочнению за счет цементации и др. видов ХТО.

Среднеуглеродистые стали марок 30, 35, …55 обладают лучшим сочетанием прочностных и пластических свойств (σ_в=500…610 МПа, δ=21…16 %); применяются после нормализации, улучшения или поверхностной закалки для изготовления ответственных деталей во всех отраслях машиностроения (валы, шестерни, шатуны и т. п.). Для повышения прокаливаемости применяют стали с повышенным содержанием марганца (40Г, 50Г). Наоборот сталь 50ПП с низким содержанием марганца (≤0,2 %) имеет пониженную прокаливаемость и используются для изготовления шестерен и других деталей, работающих при динамических нагрузках.

Высокоуглеродистые стали обладают повышенной прочностью, износостойкостью и упругими свойствами; их применяют после закалки и отпуска, нормализации и отпуска или поверхностной закалки для деталей, работающих в условиях трения при высоких статических и динамических нагрузках (крупные пружины, рессоры, шпиндели, прокатные валки и др.). Более высокой упругостью обладают стали с повышенным содержанием марганца до 1,2 % (60Г, 65Г, 70Г), подвергнутые закалке и среднему отпуску на структуру троостита. Сталь марок 75, 80, 85 используются для изготовлении пружинной проволоки и канатов.