Свойства и применение конструкционных сталей

На долю углеродистых сталей приходится до 80% от общего объема. Это объясняется тем, что эти стали дешевые и сочетают удовлетворительные механические свойства с хорошей обрабатываемостью резанием и давлением. Однако они менее технологичны при термической обработке.

Углеродистые стали обыкновенного качества наиболее дешевы, т.к. в них допускается повышенное содержание вредных примесей, а также газонасыщенность и загрязненность неметаллическими включениями. Из этих сталей выпускаются до 70% проката, работающего при невысоких напряжениях: балки, прутки, листы, трубы, и др. Их широко применяют для строительных и других сварных, клепаных конструкций. Этим сталям отдают предпочтение в тех случаях, когда работоспособность деталей и конструкций определена жесткостью.

Из стали номера 0 изготавливают второстепенные элементы конструкций и неответственные детали: настилы, арматуру, подкладки, шайбы, перила, кожухи, обшивки и др.

Из сталей номеров 1 - 4 изготавливают сварные фермы, рамы, клепаные и болтовые строительные металлоконструкции, используют их в котло - мосто- и судостроении.

Стали номеров 4 - 6 широко применяют в сельскохозяйственном машиностроении (валики, оси, рычаги, детали, изготовляемые холодной штамповкой, а также цементируемые детали: шестерни, червяки, поршневые пальцы и т.п.).

Стали номеров 5 и 6, обладающие большей прочностью, предназначены для железнодорожных колес, рычагов, фланцев, звездочек, шкивов, валов и других деталей грузоподъемных и сельскохозяйственных машин.

Углеродистые качественные стали характеризуются более низким, чем у сталей обыкновенного качества, содержанием вредных примесей и неметаллических включений. Они находят многостороннее применение в технике, так как в зависимости от содержания углерода и термической обработки обладают разнообразными механическими и технологическими свойствами.

Стали 05, 08, 10 - малопрочные, высокопластичные, способные к глубокой вытяжке. Их используют без термической обработки для изготовления шайб, прокладок, кожухов и других деталей, изготавливаемых холодной деформацией и сваркой.

Стали 15, 15Л ... 25, 25Л пластичны, хорошо штампуются и свариваются. Применяются для изготовления деталей машин и приборов невысокой прочности (крепежные детали, втулки, штуцеры и т.п.), для деталей котло-турбостроения (трубы перегревателей, змеевики), цементуемых деталей небольшого размера (кулачки, толкатели, малонагруженные шестерни и т.п.), от которых требуются твердая, износостойкая поверхность и вязкая сердцевина.

Стали 30, 30Л ... 50Л, 55 отличаются большей прочностью, но меньшей пластичностью, чем низкоуглеродистые. Их применяют после улучшения, нормализации и поверхностной закалки. Изготавливают из этих сталей шатуны, коленчатые валы, зубчатые колеса, маховики, оси и т.п.

Стали 60, 60Г, ... 85 преимущественно применяют в качестве рессорно-пружинных, благодаря их высоким упругим и прочностным свойствам (плоские и круглые пружины, рессоры, упругие кольца и другие детали пружинного типа), а также для прокатных валков, шпинделей станков и других крупных деталей.

Низколегированные качественные стали ненамного дороже углеродистых, но имеют лучший комплекс механических свойств: лучшую свариваемость, повышенные хладостойкость, износостойкость и коррозионную стойкость в различных средах. Применяют эти стали для деталей, работающих в условиях износа и трения (зубчатые колеса, кулачки, втулки, обоймы, гильзы, диски, плунжеры и т.п.); для несущих элементов сварных металлоконструкций, работающих при температуре от -70°С; для аппаратов, сосудов и частей паровых котлов, работающих при температурах от -70 до +475°С под давлением.

Высококачественные средне- и высоколегированные конструкционные стали имеют повышенную прочность, сопротивление хрупкому разрушению. Из них изготавливают наиболее ответственные, тяжелонагруженные детали: валы и роторы турбин, коленчатые валы двигателей внутреннего сгорания, гильзы цилиндров, штоки клапанов, детали редукторов и шасси.

Особовысококачественные стали имеют повышенную ударную вязкость, прежде всего при низких температурах, пластичность, длительную прочность. Эти стали широко используются в авиационной технике, атомной теплоэнергетике, приборостроении и других важных отраслях. Так, коррозионностойкие (хромистые, хромоникелевые и хромомарганцовые) стали идут на изготовление арматуры, турбинных лопаток и дисков, эксплуатируемых при температурах до 530 ... 580°С, хирургического инструмента, шарикоподшипников.

Малоуглеродистые жаропрочные (хромоникелевые с тугоплавкими добавками) стали применяют для изготовления деталей сварной арматуры, лопаток и заклепок компрессорных машин и других деталей, работающих в условиях, вызывающих коррозию металла, и в условиях высоких температур.

Автоматные стали характеризуются снижением трения между инструментом и стружкой в зоне резания и более легким измельчением и отделением стружки за счет как бы внутренней смазки, которую создают добавки серы, селена, кальция и образуемые ими включения. Отсутствие налипания металла на инструмент способствует получению гладкой блестящей поверхности резания. Все это необходимо на станках без постоянного обслуживания.

Вместе с тем эти стали имеют пониженную вязкость, пластичность и коррозионную стойкость. Стали группы А (автоматные сернистые) используют для крепежных деталей, а также малонагруженных деталей сложной формы, к которым предъявляются требования высокой точности размеров и чистоты поверхности (оси, валики, шестерни, пальцы, винты, болты, и другие детали, обрабатываемые на станках - автоматах). Стали группы АС (автоматные свинецсодержащие) по обрабатываемости заметно превосходят сернистые и широко применяются на автозаводах для изготовления многих деталей (рычаги, оси, храповики, фланцы, зубчатые венцы и др.). Стали группы АЦ (автоматные кальцийсодержащие) предназначены для изготовления термически упрочняемых деталей автомобилей и тракторов, обрабатываемых твердосплавным инструментом при высоких скоростях резания (вилки карданных валов, шестерни, цапфы, валы и др.).

Шарикоподшипниковые стали способны противостоять сложным сосредоточенным и переменным напряжениям, которые возникают в зоне контакта шариков (или роликов) с беговыми дорожками колец подшипников качения. Наряду с основным назначением указанные стали используют, когда требуется высокая износостойкость и контактная выносливость (детали насосов высокого давления, кулачки, копиры, пальцы, храповые механизмы и др.).

Строительные стали имеют свойства аналогичные соответствующим маркам углеродистых или низколегированных сталей. Применяются они для стальных строительных конструкций со сварными и другими соединениями (уголки, двутавры, швеллеры, листы и гнутые профили).

Арматурные стали имеют свойства, аналогичные соответствующим углеродистым или легированным сталям. Производят из них периодический профиль, предназначенный для армирования железобетонных конструкций.

Магнитно-твердые материалы должны иметь максимальные значения следующих параметров: коэрцитивной силы (более 4 кА/м), удельной магнитной энергии, остаточной индукции. Применяют их в станкостроении, автомобилестроении, в электротехнике, приборостроении, радиоэлектронной технике (машины постоянного тока, синхронные машины, шаговые двигатели, элементы с внешней и внутренней памятью и др.).

Магнитно-мягкие материалы (с коэрцитивной силой по индукции не более 4 кА/м) имеют высокое значение начальной магнитной проницаемости. Используются, в основном, для изготовления магнитопроводов переменного магнитного поля. Применяются в электромашиностроении, трансформаторостроении, в электротехнической и радиотехнической промышленности, измерительной технике, системах автоматики и телемеханики, вычислительной технике.

Сварочная и наплавочная проволока должна иметь определенный химический состав для образования качественного сварного соединения и наплавочного слоя. Применяется она для автоматической сварки и наплавки, а также служит полуфабрикатом для изготовления сварочных штучных электродов для ручной сварки (проволока Св).