Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология
Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии


Классификация и маркировка сталей



По качествувсе стали подразделятся на четыре класса:

· обыкновенного качества (Ст0, Ст1, Ст2,… Ст6 и др.), которые маркируют сочетанием букв «Ст» и цифрой (от 1 до 6), показывающей номер марки. Химический состав, степень раскисления при выплавке регламентирует ГОСТ 380-94, а механические свойства – ГОСТ 535-88. Для всех сталей обыкновенного качества, кроме Ст0, содержание углерода можно приблизительно определить по формуле С (%) = 0,07 × номер марки.

· качественные конструкционные стали (05, 08, 10, 15, 20, 25, 35, ...65, ...85, 90, 95) маркируют двухзначными числами, обозначающими среднее содержание углерода в сотых долях процента (ГОСТ 1050-88). Качественные инструментальные – У7, У8, У9, У10, У11, У12, У13 – цифры показывают содержание углерода в десятых долях процента.

· высококачественные инструментальные – У7А, У8А,… У13А.

· особовысококачественные.

Качество стали определяется условиями металлургического производства, содержанием вредных примесей – серы и фосфора. В углеродистых сталях обыкновенного качества допускается содержание серы до 0,055%, фосфора до 0,045%. В качественных сталях – не более 0,04% серы и 0,035% фосфора. В высококачественных сталях – не более 0,025% и серы, и фосфора. В особовысококачественных допускается не более 0,015% серы и 0,025% фосфора.

По назначениюстали подразделяются на:

· конструкционные (чаще всего это стали доэвтектоидные);

· инструментальные (эвтектоидные и эаэвтектоидные).

Углеродистые конструкционные стали выпускают двух видов: обыкновенного качества и качественные.

Углеродистые инструментальные стали бывают качественными и высококачественными. Буква «У» в марке показывает, что сталь углеродистая, то есть не содержит легирующих элементов, а цифра обозначает среднее содержание углерода в десятых долях процента (ГОСТ 1435-90).

Конструкционныеуглеродистые стали в соответствии с содержанием углерода подразделяются на:

· малоуглеродистые (не более 0,25% С);

· среднеуглеродистые (0,3÷0,45% С);

· высокоуглеродистые (от 0,5% С и более).

При очень малом содержании углерода (0,05÷0,12%) из-за большого количества феррита стали очень пластичны, хорошо обрабатываются давлением, прокатываются в тонкие листы, хорошо штампуются с глубокой вытяжкой.

С увеличением концентрации углерода (0,15÷0,25%) возрастает содержание перлита, прочность будет выше при довольно высокой пластичности и вязкости. Но твердость этих сталей еще невелика – много феррита. Они упрочняются цементацией, закалке не поддаются, хорошо свариваются.

При содержании углерода от 0,3 до 0,5% из-за повышенного содержания перлита стали имеют хорошую прочность. Они упрочняются закалкой с последующим высоким отпуском.

Стали, содержащие 0,5÷0,7% углерода, имеют высокий предел упругости и не очень хрупкие. Применяются для изготовления рессор и пружин.

Инструментальныеуглеродистые стали нетеплостойкие, то есть теряют твердость и износостойкость при нагреве свыше 200 °С. Поэтому они применяются при небольших скоростях резания. Металлургические заводы поставляют углеродистые инструментальные стали после отжига на зернистый перлит. Благодаря невысокой твердости (НВ=1870÷2170 МПа) они хорошо обрабатываются резанием и деформируются. Режущий инструмент (мелкие метчики, сверла, напильники, шаберы и др.) изготавливают из заэвтектоидных сталей У10, У11, У12, У13. Стали У7, У8, У9, обеспечивающие более высокую вязкость, применяют для изготовления инструментов, подвергающихся ударам: деревообрабатывающих, кузнечных, пуансонов, матриц и др.

Дефекты сталей

Свойства сталей в значительной мере зависят от ее структуры, в том числе свойства доэвтектоидных (конструкционных) сталей со структурой феррит и перлит зависят от действительного размера исходного зерна аустенита, а также от взаимного распределения феррита и перлита, что определяется различными факторами. Равновесные структуры в реальных условиях получают при малых скоростях охлаждения, например при охлаждении вместе с печью (при отжиге) от температур, соответствующих аустенитной области диаграммы железо – цементит. Зерна при этом имеют компактную равноосную (полиэдрическую или округлую) форму, распределение феррита и перлита равномерное по сечению зерна.

В ряде случаев наблюдаются пороки строения. Для литой и перегретой стали характерно крупное зерно. В стальных отливках (особенно средних и крупных) формируется крупнозернистая и неравномерная по размеру зерна структура. Зерно исходного аустенита укрупняется и при перегреве, то есть при нагревании, значительно – на 200÷300 оС – превышающем температуры полного превращения в сталях. Это имеет место при цементации, диффузионном отжиге, горячем пластическом деформировании, при превышении оптимальных температур термообработки. Чем выше температура процесса, продолжительней выдержка и сталь более склонна к росту зерна (является наследственно-крупнозернистой), тем крупнее получается зерно. Рост зерна незначительно снижает механические свойства сталей, определяемые при статическом растяжении (σв, σт, δ, ψ), и твердость, но резко уменьшает ударную вязкость (KCU), повышает порог хладноломкости (t50), увеличивает склонность к хрупкому разрушению.

При ускоренном охлаждении перегретой стали происходит аномальный рост в аустените кристаллов феррита (в доэвтектоидной стали) или вторичного цементита (в заэвтектоидной стали). Формируется так называемая видманштеттова структура. При ее образовании выполняется принцип размерного и структурного соответствия, когда кристаллы феррита (цементита) прорастают ориентированно относительно кристаллической решетки исходного аустенита и имеют форму пластин. Стали с видманштеттовой структурой так же, как и крупнозернистой, присущи низкая ударная вязкость и повышенная хрупкость.

При обработке давлением возникает другой структурный дефект (порок строения) – строчечностьв расположении структурных составляющих – феррита и перлита, что приводит к анизотропии свойств. Если деформирование ведется при температурах выше температур полного фазового превращения (в области аустенита), а завершается в межкритическом интервале температур (между А1 и А3), то феррит, выделяющийся из аустенита в первую очередь, формируется в виде строчек в направлении деформирования. Другая причина возникновения строчечной структуры – загрязнение стали неметаллическими включениями, обычно сульфидами. При обработке давлением они вытягиваются, и феррит, зарождающийся на этих включениях, образует вытянутые скопления (строчки). Сталь со строчечной структурой имеет худшие механические свойства (прочность, пластичность и особенно вязкость) в поперечном и высотном направлениях по сравнению с основным направлением деформирования.

Перечисленные пороки строения доэвтектоидных сталей исправляются проведением отжига с полной фазовой перекристаллизацией (полным отжигом с нагревом выше температуры АС3 ), либо нормализацией (нагрев выше АС3, охлаждение на спокойном воздухе). Однако строчечность, вызванную неметаллическими включениями, нельзя устранить полностью, она становится менее выраженной при проведении нормализации.

Полученная после термообработки мелкозернистая феррито-перлитная структура обеспечивает повышение пластичности и вязкости.

Чугуны

Железоуглеродистые сплавы, содержащие более 2,14% углерода, называются чугунами. В зависимости от скорости охлаждения, содержания постоянно присутствующих примесей (Mn, Si, S, P) и последующей термической обработки углерод в чугунах может находиться в виде графита различной формы (пластинчатой, хлопьевидной, шаровидной и так называемый вермикулярный графит), либо в виде цементита. В зависимости от формы выделения графита различают ковкие, высокопрочные, серые (обычные, модифицированные) чугуны.

· Марганец затрудняет графитизацию и повышает способность чугуна к отбеливанию – появлению в поверхностных слоях отливок структуры белого или половинчатого чугуна. Поэтому марганца не должно быть более 1,25%.

·

Кремний способствует процессу графитизации. Изменяя в чугуне содержание углерода и кремния, скорость охлаждения, можно получить различную структуру металлической основы. В серых чугунах кремния содержится в пределах 1,5÷3,5%.

· Сера тормозит процесс графитизации, способствует выделению углерода в виде цементита и тем самым ухудшает литейные и механические свойства. Поэтому содержание серы в чугуне ограничивается 0,08÷0,12%.

· Фосфор улучшает жидкотекучесть, но при его содержании более 0,3% образуется тройная фосфидная эвтектика, в состав которой входит цементит. Наличие твердых участков фосфидной эвтектики повышает общую твердость, износоустойчивость чугуна и снижает пластичность. В серых чугунах фосфора содержится 0,3÷0,4%.

Белые чугуны. В белом чугуне весь углерод находится в связанном состоянии, то есть в виде цементита. В соответствии с диаграммой состояния «Fе–Fe3С» белые чугуны классифицируютпо структурена:

· доэвтектические (менее 4,3% С),

· эвтектические (4,3% С),

· заэвтектические (более 4,3% С).

Основные структурные составляющие белых чугунов – перлит, ледебурит и цементит. Доэвтектический белый чугун состоит из перлита, ледебурита и вторичного цементита. Такой чугун очень твердый и хрупкий: НВ>4500 МПа, d=0%. Его отжигают для получения ковкого чугуна. Эвтектический белый чугун состоит из ледебурита. Заэвтектический – из первичного цементита и ледебурита. Ледебурит очень твёрд и хрупок. Твердость ледебурита НВ=7000 МПа. Наличие ледебурита является структурным признаком белых чугунов.

Белые чугуны из-за высокой хрупкости и твердости не используются как конструкционные материалы. Ограниченное применение находят отбеленные чугуны-отливки из серого чугуна со слоем белого чугуна в виде твердой корки на поверхности. Из них изготавливают прокатные валки, лемехи плугов, тормозные колодки и другие детали, работающие на износ.

Серые чугуны. Чугун, в структуре которого отсутствует ледебурит и свободный цементит, а часть углерода выделяется в виде графита различной формы, называется серым. Как и белый, серый чугун получается непосредственно при отливке в случае медленного охлаждения. При этом цементит, выделяющийся из жидкого или твердого раствора, распадается с образованием пластинок графита.

Серый чугун является одним из важнейших литейных машиностроительных материалов, так как характеризуется высокими литейными и удовлетворительными механическими свойствами, хорошей обрабатываемостью резанием, высокой износостойкостью и дешевизной.

В марке серого чугуна (СЧ15, СЧ21, СЧ35 и др.) буквы «СЧ» означают – серый чугун, цифры – предел прочности на растяжение в кГс/мм2 (килограмм силы на миллиметр в квадрате).

Структура металлической основы серого чугуна может состоять из феррита, перлита, смеси феррита и перлита. Структура металлической основы определяет механические свойства чугуна, такие, как предел прочности при сжатии, твердость, сопротивление износу. Они наиболее высоки у перлитного чугуна.

Графит – важнейшая фазовая и структурная составляющая серых чугунов. Он обуславливает малую усадку при кристаллизации, высокие антифрикционные свойства, малую изнашиваемость, большое внутреннее трение, обеспечивающее уменьшение вибраций и ряд других полезных свойств. Графит выделяется в виде пластин, располагающихся в форме разветвленных крабовидных включений. Пластичность, сопротивление растяжению, изгибу зависят, главным образом, от количества, формы и характера расположения графитовых включений. Чем они мельче, компактно и равномернее расположены, а их форма ближе к округлой, тем указанные свойства будут выше. Повысить прочность серых чугунов можно модифицированием – введением в расплав порошка ферросилиция или силикокальция (0,3÷0,6% от массы шихты), частицы которого являются центрами кристаллизации графитовых включений. Марки серых модифицированных чугунов – СЧ30, СЧ35.

Ковкий чугун– это чугун с хлопьевидной формой графита. По сравнению с пластинчатым графитом хлопьевидный графит располагается в металлической основе чугуна более компактно, включения графита не действуют как острые надрезы, поэтому такие включения в меньшей степени ослабляют металлическую основу. Получают ковкий чугун путем графитизирующего отжига белого чугуна. При отжиге цементит белого чугуна распадается, углерод выделяется в виде графита в форме хлопьевидных гнездообразных включений. Такой чугун хорошо сопротивляется изгибу и удару. Получение определенной металлической основы ковкого чугуна (ферритная, феррито-перлитная) обеспечивается специальным режимом отжига. Наиболее пластичны ферритные ковкие чугуны (КЧЗ0-6, КЧ35-10 и др.). Лучшая износостойкость – у перлитных чугунов (КЧ60-3, КЧ70-2 и др.), благодаря высокой твердости и прочности. Ковкий чугун находит широкое применение в машиностроении как хороший конструкционный материал для изготовления деталей, работающих при ударных и вибрационных нагрузках. Недостаток ковких чугунов по сравнению с другими – повышенная стоимость из-за продолжительного дорогостоящего отжига.

В марке ковкого чугуна (КЧЗ0-6, КЧ35-10и др.) буквы «КЧ» означают – ковкий чугун, первые цифры – предел прочности на растяжение в кГс/мм2, вторые – относительное удлинение, %.

Высокопрочный чугун получается путем добавки в жидкий расплав перед разливкой небольших количеств магния (модификатора II рода). Модификатор изменяет условия кристаллизации, приводит к образованию графита шаровидной формы. Шаровидный графит – менее сильный концентратор напряжений, чем пластинчатый, поэтому он меньше снижает механические свойства металлической основы. Металлическая основа может состоять из феррита (ВЧ35, ВЧ40), перлита и феррита (ВЧ45, ВЧ50, ВЧ60), перлита (ВЧ80, ВЧ100). Высокопрочный чугун отличается высокой износостойкостью, антифрикционными и литейными свойствами, способностью гасить вибрации (демпфирующая способность), легко обрабатывается резанием.

В марке высокопрочного чугуна (ВЧ40, ВЧ45, ВЧ60и др.) буквы «ВЧ» означают – высокопрочный чугун, цифры – предел прочности на растяжение в кГс/мм2.






Читайте также:

Последнее изменение этой страницы: 2016-03-15; Просмотров: 52; Нарушение авторского права страницы


lektsia.com 2007 - 2017 год. Все права принадлежат их авторам! (0.085 с.) Главная | Обратная связь