ЛЕГИРОВАННЫЕ СТАЛИ. КЛАССИФИКАЦИЯ И МАРКИРОВКА ЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ

Классификация по структуре включает классификацию по равновесной структуре и структуре в нормализованном состоянии (после охлаждения на воздухе).

По равновесной структуре различают стали:

- доэвтектоидные, имеющие в структуре избыточный феррит;

- эвтектоидные, имеющие перлитную структуру;

- заэвтектоидные, имеющие в структуре избыточные (вторичные) карбиды;

- ледебуритные, имеющие в структуре первичные карбиды, выделившиеся из жидкой стали. В литомвиде избыточные карбиды совместно с аустенитом образуют эвтектику – ледебурит, который при ковке или прокатке разбивается на обособленные карбиды и аустенит.

По структуре после нормализации стали подразделяют на следующие основные классы: перлитный, мартенчитный, аустенитный, ферритный.

Стали перлитного класса – низколегированные, имеют невысокую устойчивость переохлажденного аустенита. При охлаждении на воздухе они приобретают структуру перлита, сорбита или тростита, в которой могут присутствовать избыточные феррит или карбиды.

Стали мартенситного класса при охлаждении на воздухе закаливаются на мартенсит. К этому классу относятся средне и высокоуглеродистые стали легированные Cr, W, V, Mo и др. элементами стабилизирующими область α -Fe. Стали аустенитного класса содержат повышенное количество Mn или Ni (обычно в сочетании с хромом), поэтому имеют интервал мартенситного превращения ниже 0⁰С и сохраняют аустенит при комнатной температуре.

Стали ферритного класса содержат повышенное количество легирующих элементов, стабилизирующих область α -Fe(Cr, V, W, Mo, Si и др.) при незначительном количестве углерода. Интервал мартенситного превращения сталей ниже 0^оС.

Легирующие элементы в конструкционных сталях.

Основными легирующими элементами конструкционных сталей являются хром, никель, кремний, марганец. Остальные легирующие элементы вольфрам, молибден, ванадий, титан, бор и др. вводят в сталь в сочетании с основными элементами для дополнительного улучшения свойств. Легированные стали применяют после закалки и отпуска, поскольку в отожженном состоянии они по механическим свойствам не отличаются практически от углеродистых. Для достижения высокой прокаливаемости стали легируют как дешевыми элементами – марганцем, хромом, бором, так и более дорогими – никелем, молибденом. Наиболее сильно повышает прокаливаемость введение нескольких элементов: Cr+Ni, Cr+Mo, Cr+Ni+Mo и др.

Хром вводят в количестве до 2%. Он повышает твердость и прочность, увеличивает прокаливаемость.

Никель – наиболее ценный и в то же время дефицитный и дорогостоящий легирующий элемент повышает пластичность и вязкость стали, увеличивает прокаливаемость, понижает температурный порог хладноломкости. В конструкционные стали его вводят совместно с хромом и другими легирующими элементами в количестве 1-5%.

Марганец вводят до 2%. Он повышает прочность, улучшает прокаливаемость, однако делает сталь чувствительной к перегреву.

Кремний сильно повышает предел текучести, снижает вязкость и пластичность сталей, затрудняет разупрочнение стали при отпуске, повышает прокаливаемость, количество его в конструкционных сталях не превышает 2%.

Молибден и вольфрам (дорогостоящие элементы) уменьшают величину зерна, повышают твердость и прочность сталей, увеличивают прокаливаемость. Количество молибдена 0, 2-0, 4%, вольфрама 0, 8-1, 2%. Молибден значительно повышает механические свойства стали после цементации и нитроцементации.

Ванадий и титан – сильные карбидообразующие элементы; добавляют в количестве до 0, 3%V и до 0, 1%Ti в стали содержащие хром, марганец, никель для измельчения зерна.

Бор вводят в микродозах (0, 002-0, 005%) для увеличения прокаливаемости.

Маркировка легированных сталей. Обозначения марок легированных сталей состоят из сочетания букв и цифр, указывающих на примерный состав стали. Каждый легирующий элемент обозначают буквой: Н – никель; Х – хром; Г – марганец; В – вольфрам; М – молибден; Ю – алюминий; С – кремний; Ф – ванадий; К – кобальт; Д – медь; Р – бор; Т – титан; Б – ниобий; А – азот (в середине наименования); Ц – цирконий; П – фосфор.

Число, стоящее в начале марки указывает среднее содержание углерода. Если это число двузначное, то оно соответствует содержанию углерода в сотых долях процента (у всех сталей, кроме инструментальных), если однозначное – в десятых долях процента; если перед маркой нет числа, то это означает, что содержание углерода равно или больше одного процента. Цифры после буквы указывают примерное содержание соответствующего легирующего элемента в процентах. Отсутствие цифры указывает, что оно составляет 1-1, 5% и менее. Исключение сделано для молибдена и ванадия для которых отсутствие цифры соответствует содержанию их не более 0, 3%.

Например, сталь 12ХН3 в среднем содержит 0, 12%С, 1%Cr, 3%Ni. Сталь 25Х2М1Ф – 0, 25%С, 2%Cr, 1%Мо, 0, 3%V.

Сталь 9ХС – 0, 9%С, 1%Cr, 1%Si. Сталь Х12Ф1 - > 1%C, 12%Cr, 1%V.

В сталях целевого назначения, в которых изменение количества легирующего элемента вызывает значительное изменение свойств, цифра не ставится, если содержание легирующего элемента менее 1%. Например по ГОСТ20072 – 74. Сталь теплоустойчивая, марка 12Х1МФ обозначает сталь содержащую в среднем 0, 12%С, 1%Cr, 0, 2%V, 0, 3%Мо.

Высококачественные стали обозначаются буквой А в конце наименования марки, например 30ХГСА. Особовысококачественные обозначают добавлением через тире буквы Ш, например 18ХГ – Ш, 20ХГНТР – Ш и др. Существуют и другие отклонения от общепринятых маркировок сталей. Обозначение таких марок будет приведено при рассмотрении этих сталей. Нестандартные легированные стали, выплавляемые заводом «Электросталь», маркируют сочетанием букв ЭИ (электросталь исследовательская) или ЭП (пробная) и порядковым номером (например ЭИ415, ЭП716 и т.д.). После промышленного освоения условное обозначение заменяют на марку, отражающую примерный состав стали.

Подшипниковые стали

Стали применяются для изготовления элементов подшипников – тел качения (шариков или роликов), колец. Подшипниковая сталь должна обладать высокой твердостью (HRC≥ 62), поэтому применяют высокоуглеродистую сталь с содержанием углерода в среднем 1%. Стали должны иметь высокую прокаливаемость, т.к. элементы подшипника должны прокаливаться насквозь. Для достижения этого стали легируют хромом. Чем больше размер закаливаемой детали подшипника, тем больше должно быть содержание хрома в стали. К подшипниковым сталям предъявляют высокие требования по содержанию неметаллических включений (оксидных, сульфидных) и карбидной ликвации, потому что нагрузка в подшипниках локальная и если в точках касания шарика (ролика) и кольца окажется включение, то может произойти местное разрушение (выкрашивание), и долговечность работы подшипника снизится.

Термическая обработка детали подшипника состоит из закалки в масло с температурой 830-840⁰С и низкого отпуска при температуре 150-160⁰С, что обеспечивает твердость не ниже 62 HRC. Структура стали – мелкоигольчатый мартенсит с равномерно распределенными карбидами.

Марки подшипниковых сталей обозначаются буквами ШХ, что расшифровывается как подшипниковая (шарикоподшипниковая) хромистая, цифра после буквы Х показывает содержание хрома в десятых долях процента. Дополнительно стали легируют кремнием и марганцем. Химический состав подшипниковых сталей соответствует ГОСТ 801-78.

Быстрорежущие стали

маркируют буквой Р. Следующая за ней цифра указывает среднее содержание главного легирующего элемента быстрорежущей стали – вольфрама (в процентах). Среднее содержание остальных легирующих элементов, кроме хрома, обозначают цифрой после соответствующей буквы. Среднее содержание хрома в большинстве быстрорежущих сталей составляет 4% и поэтому в обозначении марки стали не указывается.

Быстрорежущие стали обладают высокой теплостойкостью (до 600-620 ⁰С), которая достигается легированием карбидообразующими элементами (W, Mo, Cr, V) в таком количестве, при котором они весь углерод связывают в специальные карбиды и эти карбиды переходят в раствор при закалке. Быстрорежущие стали предназначены для изготовления режущего инструмента, работающего при высоких скоростях резания; фактически скорость резания в 2-4 раза выше, а стойкость инструмента в 10-30 раз выше по сравнению со сталями, не обладающими теплостойкостью.

Для придания стали высокой теплостойкости их подвергают закалке и трехкратному отпуску. Температуры закалки высокие (1230-1280^оС), с целью более полного растворения легирующих элементов в аустените, из которого в процессе закалки образуется легированный мартенсит, обладающий большой теплостойкостью. В структуре закаленной стали присутствует также около 30% остаточного аустенита, который ухудшает режущие свойства. Для превращения остаточного аустенита в мартенсит (и повышения твердости) сталь после закалки подвергают трехкратному отпуску (550-570^оС) или обработке холодом (-70^оС) и однократному отпуску.

Твердость сталей после такой термической обработки HRC63-65. Наиболее известные марки Р18, Р12, Р6М5, Р9К10, Р12Ф3, Р6М5К5 и др.

 

Стали для режущего инструмента

Стали для режущего инструмента после закалки и низкого отпуска должны иметь высокую твердость по режущей кромке (HRC 60-65); высокую износостойкость; достаточную прочность при некоторой вязкости для предупреждения поломки инструмента в процессе работы; теплостойкость, когда резание выполняется с повышенной скоростью.

Углеродистые стали небольшой прокаливаемости, не обладающие теплостойкостью. Углеродистые инструментальные стали У7 (У7А), У8 (У8А), У8ГА, У9 (У9А), У10 (У10А), У12 (У12А) имеют небольшую прокаливаемость, поэтому их применяют для инструментов небольших размеров, применяемых для резания материалов с низкой твердостью и с малой скоростью, т.к. их твердость сильно снижается при нагреве выше 190-200^оС. Для режущего инструмента (фрезы, зенкеры, сверла и др.) применяют заэвтектоидные стали (У10, У12 и др.). Деревообрабатывающий инструмент - зубила, кернеры, топоры и т.п. - изготовляют из сталей У7 и У8.

Легированные стали повышенной прокаливаемости, не обладающие теплостойкостью. Стали содержат 1-3% легирующих элементов и поэтому обладают повышенной прокаливаемостью. Легированные стали применяют для изготовления режущего инструмента большого сечения для обработки материалов с небольшой скоростью, при нагреве во время работы не свыше 250⁰С.

Из сталей марок Х, 9ХС и др. изготавливают ручные сверла, метчики, развертки и др. Стали, легированные марганцем ХГ, ХВГ, применяют для изготовления длинномерного инструмента (протяжки, длинные развертки и т.д.), т.к. присутствие марганца способствует увеличению количества остаточного аустенита, что уменьшает деформацию инструмента при закалке. Стали, легированные вольфрамом, марок В2Ф, ХВ4 имеют после закалки и низкого отпуска очень высокую твердость (HRC 67-70) и их применяют для обработки твердых материалов.

⇐ Предыдущая123456Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. I. КЛАССИФИКАЦИЯ ПО ИСПОЛЬЗОВАНИЮ.
2. I. Классификация установок, по Узнадзе.
3. II КЛАССИФИКАЦИЯ И МАРКИРОВКА ЧУГУНОВ
4. III. Классификация мебельных тканей.
5. IV. Классификация по скорости развития
6. TNM клиническая классификация
7. Автомобильные перевозки. Классификация автотранспорта. Конвенция КДТП , накладная CMR. Ассоциация международных автомобильных перевозок АСМАП.
8. Альфа-адреноблокаторы: классификация, основные показания и противопоказания, побочные эффекты
9. Антиагреганты: классификация, основные показания и противопоказания, побочные эффекты
10. Антидепрессанты. Классификация и механизм действия. Тактика назначения антидепрессантов. Показания к применению в психиатрии и соматической медицине.
11. Базы данных и их классификация
12. Береговой рельеф. Классификация берегов