2. Изучение классификации конструкционных сталей

Цель занятия - изучить классификацию конструкционных сталей.

Задачи:

изучить признаки, заложенные в классификацию конструкционных сталей;

изучить нормативную документацию на разновидности сталей;

изучить состав отдельных групп конструкционных сталей (обыкновенного качества, автоматные, качественные, инструментальные, легированные), различия в свойствах, способы и содержание маркировки.

2.1. Классификация углеродистых конструкционных сталей

Изучая классификацию и маркировку сталей, необходимо приобрести навыки, которые впоследствии позволят по каталогом и справочникам с достаточной для инженерной практики точностью выбирать материал для изделий определённого назначения, а выбирая марку стали - иметь представления о её свойствах (прочность, пластичность, сопротивляемость коррозии и др.).

Принятая в нашей стране классификация содержит два больших класса сталей: углеродистыеилегированные(в ряде случаев точнее называть их "сплавы").

Углеродистые сталиделятся на несколько разновидностей:углеродистые конструкционные обыкновенного качества(ГОСТ 380-2005),автоматные(ГОСТ 1414-75),качественные(ГОСТ 1050-88),нелегированные инструментальные (ГОСТ 1435-99) (рис. 2.1).

Легированные стали(по ГОСТ 4543-71) также делятся на несколько разновидностей по ряду признаков: по названиям вводимых легирующих элементов(хромистые, марганцовистые, хромоникелевые и др.),по свойствам(нержавеющие, жаростойкие и др.),по назначению(шарикоподшипниковые, быстрорежущие, электротехнические и т.д.) и по другим признакам.

Рассмотрим отличительные особенности сталей разных групп и классов.

Стали углеродистые конструкционные обыкновенного качества (ГОСТ 380-2005) выпускаются 20 марок от Ст0, Ст1кп до Ст6сп. Буквы Ст означают "Сталь", цифры – условный номер по порядку, сп –спокойные, пс –полуспокойные и кп –кипящие – различия в качестве стали по степени раскисления.

Спокойныестали хорошо раскисляютсяферромарганцемиферросилициемво время выплавки и дополнительночистым алюминием (илититаном) уже после разливки в ковши, поэтому после затвердевания металл получается плотный, свободный от пор и газовых включений.

Углеродистые стали

КОНСТРУКЦИОННЫЕ

ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ

Обыкновенного

качества

ГОСТ 380-2005

Автоматные

ГОСТ 1414-75

Качественные

ГОСТ 1050-88

Нелегированные Гост 1435-99

5 групп

1

2

3

к

а

ч.

высококачественные

Ст0

Ст1кп

Ст1пс

Ст1сп

Ст2кп

Ст2пс

Ст2сп

Ст3кп

Ст3пс

Ст3сп

Ст3Гпс

Ст3Гсп

Ст4кп

Ст4пс

Ст4сп

Ст5пс

Ст5сп

Ст5Гпс

Ст6пс

Ст6сп

А11

А12

А20

А30

А35

А40Г

Без Т

Калиброванная Т и Н

Для горячей

обработки

давлением,

холодной

обработки

на станках

автоматах

и холодного

волочения

05кп

08кп

08пс

08

10кп

10пс

10

11кп

15кп

15пс

15

18кп

20кп

20пс

20

25

30

35

40

45

50

55

58

60

Без Т

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

Т

10

15

20

25

30

35

40

45

50

Н

У7

У8

У8Г

У9

У10

У11

У12

У13

У7А

У8А

У8ГА

У9А

У10А

У11А

У12А

У13А

Рис. 2.1. Схема классификации углеродистых сталей:

обыкновенного качества - по степени раскисления (кп, пс, сп) и по содержанию марганца (Ст3Гпс - с повышенным содержанием марганца); автоматные стали (5 групп); по содержанию неметаллических включений (У7А – повышенного качества); по термической обработке (без термообработки; Т – термически обработанная; Н – нагартованная, со специальной отделкой поверхности)

При изготовлении кипящих сталей используется малое количество раскислителя (ферромарганец), в металле остаётся много газовых включений (в виде СО,SO, СО₂,SO₂и др.), поэтому после разливки в изложницы сталь продолжает булькать, "кипеть". До момента полного затвердевания металла значительная часть газов так и не успевает выйти из расплава, поэтому сталь получается насыщенной порами при довольно равномерном распределении их и неметаллических включений по объёму слитка.

Это дешёвая (по причине малого расхода раскислителей и быстроты выплавки), мягкая, пластичная сталь, которую из-за повышенной пористости нельзя применять для изготовления деталей ответственного назначения, работающих при действии высоких и знакопеременных нагрузок. При прокатке поры внутри металла закрываются, "закатываются", но изготовленная деталь под действием нагрузок может разрушиться именно в месте прежнего нахождения пор: считается, что металл "помнит" расположение пор.

Применяются кипящие стали для изготовления листового проката, идущего на изготовление кровельного железа, кузовных деталей автомобилей, светильников, металлической посуды, изготавливаемой методом штамповки, разнообразных предметов бытового назначения, деталей крепежа и др.

Полуспокойные стали по свойствам и стоимости занимают промежуточное положение между кипящими и спокойными.

ГОСТ 380-2005 в сталях обыкновенного качества нормирует химический состав(содержание углерода, марганца и кремния);механические характеристики не нормируются. В маркировке "Ст" – означает принадлежность к группе сталей обыкновенного качества, цифра – порядковый номер (а не содержание углерода!); "сп", "пс" и "кп" – степень раскисления.

Прокат из конструкционной стали высокой обрабатываемости резанием(ГОСТ 1414-75) отличается от сталей обыкновенного качестваповышенным содержанием серы(0,08-0,30%),фосфора(0,08-0,15%) исвинца(0,15-0,30%), что облегчает обрабатываемость давлением (ковка, штамповка, волочение) и резанием при высоком качестве поверхности. Однако присутствиеS,PиPbограничивает широту применения сталей (повышается хрупкость в холодном и горячем состояниях и склонность к коррозии). Эти стали широко применяются в массовом производстве деталей крепежа (винты, болты, гайки и шайбы - настанках автоматах) и неответственных корпусных деталей по различным технологиям ОМД.

Выпускается 5 групп сталей: углеродистые сернистые (5 марок от А11 доА35); сернистомарганцовистая А40Г, углеродистая свинцесодержащая АС40, сернистомарганцовистые свинцесодержащие (АС14, АС35Г2 и АС45Г2) и легированные свинцесодержащие (8 марок от АС12ХН до АС40ХГНМ). Стали с содержанием 0,11-0,20%Свыпускаются калиброванными, 0,30-0,45%С- калиброванными термически обработанными (в отожжённом, высокоотпущенном, нормализованном и закалённом с последующим отпуском состояниях).

Первая буква "А" в маркировке обозначает условную группу сталей - автоматные, цифры указывают содержание углерода всотых доляхпроцента. Другими буквами в маркировке обозначены легирующие элементы: Г-марганец, С-свинец, Х-хром, Н-никель, М-молибден; цифрами после букв указано содержание элементов в целых процентах.

Стали углеродистые конструкционные качественные(ГОСТ 1050-88) выпускаются разных марок от 05кп, 08, 10 и далее - 15, 20, 25, … до марки 60. Маркировка указывает содержание углерода всотых доляхпроцента, поэтому после стали 10 марки в сортаменте располагаются с шагом через 0,05% С. По условиям поставки прокат из качественных сталей по ГОСТ 1050-88 делится на три группы: 1 -без термической обработки, 24 марки, от 05кп до 60; 2 -в термически обработанном состоянии, 11 марок от стали 10 до 60; 3 -в нагартованном состоянии со специальной отделкой поверхности, 9 марок от стали 10 до 50. Буквами в маркировке указаны стали кипящие (кп) и полуспокойные (пс), спокойные сталиспециальноне маркируются (по умолчанию).

ГОСТ 1050-88 нормирует химический состав, механические характеристики и режим термической обработкистального проката: предел прочности (_В), предел текучести (_Т), относительное удлинение () и относительное сужение (), твёрдость по Бринеллю (НВ), а также ударную вязкость (КСU, а_н). Стали со средним содержанием углерода (30, 35, 40, 45) применяются в термически обработанном состоянии для изготовления элементов передачи движения, работающих в условиях высоких и знакопеременных нагрузок (валы, зубчатые колёса). Стали с высоким содержанием углерода (50, 55, 60) применяются для изготовления рессор, пружин и т.п.

Стали нелегированные инструментальные(ГОСТ 1435-99) выпускаются 16 марок: качественные (8 марок, от У7 до У13) и высококачественные (8 марок, от У7А до У13А).

В маркировке буква "У" означает разновидность стали (углеродистая инструментальная), цифра указывает содержание углерода в десятых доляхпроцента (например, У7 содержит 0,7% С, У13 – 1,3% С), "А" в конце маркировки указывает на более низкое содержание неметаллических включений (сера, фосфор). Две марки стали (У8Г и У8ГА) имеют повышенное содержание марганца.

ГОСТ 1435-99 нормирует химический состав, режимы термической обработки и свойства после термообработки. Применяются эти стали для изготовления мерительного и режущего инструмента (скобы, калибры, пробки, штангенциркули, напильники, пилы и ножовки, ножи кухонные и для предприятий общественного питания и др.).

Общей для всех разновидностей углеродистых конструкционных сталей является следующая закономерность: с повышением содержания углерода возрастают прочность, твёрдость (_Ви НВ) иизносостойкость,носнижаются пластические характеристики(,),падает ударная вязкость(КСU). Таким образом, чем больше сталь содержит углерода, тем хуже она поддается обработке (ковка, штамповка, точение, сварка) и более чувствительна к действию ударной нагрузки. Вместе с тем изменением содержания углерода совершенно невозможно регулировать такие свойства сталей, как прокаливаемость, сопротивляемость коррозионному разрушению, стойкость к воздействию высоких температур, магнитные свойства и др. Для регулирования этих и ряда других свойств применяютлегирование сталей.