5.2. Маркировка и классификация легированных сталей
В основу классификации легированных сталей заложены четыре принципа: равновесная структура, структура после охлаждения на воздухе, состав и назначение сталей.
По равновесной структуре стали подразделяются на доэвтектоидные, эвтектоидные, заэвтектоидные и ледебуритные.
Эвтектоидные стали имеют перлитную структуру; доэвтектоидные и заэвтектоидные наряду с перлитом содержат феррит или вторичные карбиды типа Ме3С. В структуре литых ледебуритных (карбидных) сталей присутствует эвтектика (ледебурит), образованная первичными карбидами с аустенитом.
В соответствии с диаграммой «Fe – Fe3C» доэвтектоидные стали содержат менее 0,8 % углерода, эвтектоидные – около 0,8 %; заэвтектоидные – 0,8–2,0 % и ледебуритные – примерно до 2,14 %.
Большинство легирующих элементов сдвигает точки S и E (на диаграмме «Fe – Fe3C») в сторону меньшего содержания углерода, поэтому граница между доэвтектоидными и заэвтектоидными сталями, заэвтектоидными и ледебуритными лежит в легированных сталях при меньшем содержании углерода, чем в углеродных.
При охлаждении на спокойном воздухе образцов небольшой толщины можно выделить три основных класса сталей: перлитный, мартенситный, аустенитный.
Получение трех классов стали обусловлено тем, что по мере увеличения содержания легирующих элементов устойчивость аустенита в перлитной области возрастает, а температурная область мартенситного превращения понижается. Это отражено на диаграммах изотермического распада аустенита (рис. 5.4).
Стали перлитного класса характеризуются относительно малым содержанием легирующих элементов и для них кривая скорости охлаждения на воздухе будет пересекать область перлитного распада и будут получаться структуры – перлит, сорбит, троостит.
У сталей мартенситного класса, характеризующихся большим содержанием легирующих элементов, область перлитного распада значительно сдвинута вправо – аустенит переохлаждается без распада до температур мартенситного превращения, образуется мартенсит.
Дальнейшее увеличение содержания углерода и легирующего элемента не только сдвигает область перлитного распада, но и переводит начало мартенситного превращения в область отрицательных температур, поэтому такая сталь, охлажденная на воздухе при комнатной температуре, сохранит аустенитное состояние.
а б в
Рис. 5.4. Диаграмма изотермического распада аустенита для сталей перлитного (а), мартенситного (б) и аустенитного (в) классов
В зависимости от вводимых элементов (по химическому составу) стали разделяются на хромистые, марганцовистые, хромоникелевые, хромоникельмолибденовые и т. п.
Кроме того, стали подразделяются по общему количеству легирующих элементов в них на низколегированные (до 2,5 % легирующих элементов), легированные (от 2,5 до 10 %) и высоколегированные (более 10 %).
Разновидностью классификации по химическому составу является классификация по качеству. Качество стали – это комплекс обеспечиваемых металлургическим процессом свойств, таких как однородность химического состава, строения и свойств стали, ее технологичность. Эти свойства зависят от содержания газов (кислорода, азота, водорода) и вредных примесей (серы и фосфора).
По качеству легированные стали подразделяются на качественные (до 0,04 % S и до 0,035 % P), высококачественные (до 0,025 % S и до 0,025 % Р) и особовысококачественные (до 0,015 % S и до 0,025 % Р).
В зависимости от назначения стали можно объединить в следующие группы:
конструкционные, применяемые для изготовления различных деталей машин, механизмов и конструкций в машиностроении и строительстве и обладающие определенными механическими, физическими и химическими свойствами;
инструментальные, применяемые для обработки материалов резанием или давлением и обладающие высокой твердостью, прочностью, износостойкостью и рядом других свойств.
Конструкционные стали подразделяются:
на строительные;
машиностроительные;
стали с особыми свойствами – теплоустойчивые, жаропрочные, жаростойкие, коррозионно-стойкие.
Маркировка легированных сталей состоит из сочетания букв и цифр, обозначающих их химический состав.
Каждый легирующий элемент обозначается буквой: А – азот, Б – ниобий, В – вольфрам, Г – марганец, Д – медь, Е – селен, К –кобальт, Н – никель, М – молибден, П – фосфор, Р – бор, С – кремний, Т – титан, Ф – ванадий, Х – хром, Ц – цирконий, Ч – редкоземельные элементы, Ю – алюминий.
Первые цифры в обозначении показывают среднее содержание углерода в сотых долях процента. Цифры, идущие после буквы, указывают примерное содержание легирующего элемента в процентах (при содержании 1–1,5 % и менее цифра отсутствует). Например, сталь 12Х2НВФА в среднем содержит 0,12 % С; 2 % Cr, 1 % Ni, 1 % W, 1 % V. Буква А в конце марки означает, что сталь высококачественная (ограничено содержание вредных примесей: S < 0,03 %; P < 0,03 %). Особовысококачественные стали имеют в конце марки букву Ш, например 30ХГС–Ш.
Некоторые группы сталей содержат дополнительные обозначения: марки подшипниковых сталей начинаются с буквы Ш (ШХ15), автоматных – с буквы А (А30); буква Л (110Г13Л) в конце марки обозначает, что детали из данного сплава получают литьем.
В начале обозначения марки быстрорежущих сталей стоит буква Р, за которой следует цифра, показывающая содержание основного легирующего элемента вольфрама в процентах (Р18 – 18 % W, Р6М5 – 6 %W, 5 % Mo).