Лабораторна робота № 3 Класифікація сталей

Мета роботи:

Ознайомитись з основними положеннями класифікації та маркірування сталей. Вибрати матеріал для конкретного виробу.

Загальні відомості

Сталі, які застосовуються в промисловості, поділяють по хімічному складу, призначенню, якості, ступеню розкислення, структурі й іншим ознакам.

По хімічному складу сталі підрозділяють на вуглецеві та леговані.

Вуглецеві сталі - сплави заліза з вуглецем (при вмісті вуглецю до 2,14 %), у яких утримуються постійні домішки марганцю, кремнію, сірки і фосфору. Зі збільшенням вмісту вуглецю твердість, міцність і пружність сталі підвищується. Але пластичність, в'язкість, оброблюваність і зварюваність знижуються.

Розрізняють низьковуглецеві (до 0,25%С), середньовуглецеві (від 0,25 до про,6%С) і високовуглецеві (понад 0,6 %) сталі.

Кремній (до 0,5%) і марганець (до 0,75 %) не роблять істотного впливу на властивості сталі. Сірка викликає червоноламкість, тобто крихкість сталі при високих температурах, а фосфор - холодноламкість, тобто крихкість сталі при знижених температурах. Крім того, сірка знижує пластичність і міцність сталі, корозійну стійкість і зносостійкість.

Леговані сталі – сплави заліза і вуглецю, у які введені спеціальні добавки (легуючі елементи) для придання сталям певних властивостей; наприклад, хром марганець, нікель, титан, молібден, вольфрам, кобальт, ніобій, ванадій, алюміній, мідь і інші елементи. Марганець (при вмісті більш 1 %) і кремній (при вмісті більш 0,6 %) також є легуючими елементами.

Для позначення легуючих елементів використовуються літери: А – азот, Б – ніобій, В – вольфрам, Г – марганець, Д – мідь, Е – селен, К – кобальт, Л – берилій, М – молібден, Н – нікель, П – фосфор, Р – бор , С – кремній , Т – титан, Ф – ванадій, Х – хром, Ю – алюміній.

Легуючі елементи впливають на властивості сталі. Хром - один з основних легуючих елементів. Він підвищує міцність, твердість, корозійну стійкість сталі, а при підвищеному вмісті його робить сталь нержавіючою, жароміцною та інше. Нікель додає сталі високу міцність, пластичність корозійну стійкість і ударну в'язкість. Вольфрам збільшує твердість і червоностійкість сталі. Молібден підвищує міцність, пружність, червоностійкість, окалиностійкість і корозійну стійкість сталі. Ніобій і мідь різко поліпшують корозійну стійкість сталі.

Розрізняють низьколеговані сталі (до 5 % легуючих елементів), средньолеговані (від 5 до 10 %) і високолеговані (понад 10 %).

За призначенням сталі розділяють на конструкційні, інструментальні та спеціальні. Конструкційні сталі застосовують для виготовлення будівельних конструкцій, деталей машин і механізмів, корпусів суднин, резервуарів і т.д. Інструментальні сталі застосовують для виготовлення інструмента, що ріже та вимірювального, штампів гарячого і холодного деформування.

В залежності від вмісту шкідливих домішок – сірки і фосфору – сталі класифікують по якості на :

- сталі звичайної якості – вміст сірки знаходиться в межах 0,04 – 0,06%; фосфору – 0,04 – 0,08%;

- сталі якісні – вміст сірки і фосфору знаходиться в межах 0,03 – 0,04%;

- сталі високоякісні – вміст шкідливих домішок менше 0,03 %.

Сталі звичайної якості, як правило, виплавляють вуглецевими і застосовують, в основному, для виробництва різних конструкцій.

За ступенем розкислення ці сталі розділяють на киплячі [кп], напівспокійні [пс], і спокійні [сп].

Вуглецеві сталі звичайної якості маркіруються буквами Ст, що означає "сталь", цифри від 0 до 6 - умовний номер марки в залежності від хімічного складу і механічних властивостей, букви кп, пс та сп після номера марки - ступінь розкислення.

Наприклад, Ст3кп2 –вуглецева сталь звичайної якості, номер марки 3, що кипить, другої категорії якості. Напівспокійна сталь з номерами 3 - 5 виплавляється також з підвищеним вмістом марганцю. У цьому випадку до позначення марки сталі після її номера ставлять букву Г: СтЗГпс, Ст5Гпс, СтЗГпс і.т.д.

Чим більше номер у марці, тим вище в ній вміст вуглецю, а, отже, твердіша і міцніша сталь.

Сталі конструкційні звичайної якості (їх ще називають "загального призначення" (табл.3.1 за додатком) широко застосовуються для виготовлення різноманітних деталей (вали, осі, черв'ячні колеса і т.д.) практично у всіх галузях машинобудування: автомобільному, тракторному, суднобудуванні та ін. Оскільки напружений стан, виникаючи в деталях різноманітних за формою, розмірами і умовами експлуатації, може сильно відрізнятися, необхідні численні марки сталей, що відрізняються вмістом вуглецю і легуючих елементів.

Якісна сталь у порівнянні зі сталлю звичайної якості містить менше сірки і фосфору, має більш високу міцність, пластичність і опір ударним навантаженням. При постачанні гарантується її хімічний склад і механічні властивості.

Конструкційна вуглецева якісна сталь випускається наступних марок 05кп, 08кп, 08, 10кп, 10пс, 10; 15кп, 15пс, 20кп, 20пс, 20; 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 58, 60, 65, 60Г. Цифри позначають середній вміст вуглецю в сотих частках відсотка, а букви Г – вміст марганцю близько 1%. Букви кп позначають киплячу сталь, пс – напівспокійну, відсутність букв – спокійну.

Конструкційні леговані сталі позначають буквами і цифрами. Букви, що входять в марку сталі означають легуючі елементи, а цифри - вміст даного елемента у відсотках. Якщо цифр за буквою немає - значить даного елементу міститься близько 1%. Цифри, що стоять перед маркою, указують вміст вуглецю в сотих частках відсотка. Наприклад, 20ХН2 – хромонікелева сталь, містить 0,20% вуглецю, близько 1% хрому, і до 2% нікелю, а інше – залізо й домішки.

Згідно діючих стандартів, конструкційна легована сталь поділяється на якісну, високоякісну (наприкінці марки буква А) і особливо високоякісну (наприкінці марки через тире ставиться буква Ш, що позначає – электрошлаковый переплав або інші обробки, що поліпшують якість сталі).

Наприклад, 20ХН2 - сталь якісна, 20ХНЗА–сталь високоякісна, ЗОХГС-Ш – особливо високоякісна сталь.

Конструкційні сталі поділяються на наступні групи:

1. Хромиста 15Х, 15ХА, З0ХРА, З8ХА та ін.

2. Марганцовиста 15Г, 25Г, 10Г2, 35Г2.

3. Хромомарганцева 18ХГ, 18ХГТ, 20ХГР, 25ХГТ, 35ХГФ.

4. Хромокремнієва 33ХС, 38ХС і 40ХС.

5. Хромомолібденова 15ХМ, 20ХМ, ЗОХМ, ЗОХЗ МФ.

6. Хромованадієва 15ХФ і 40ХФА.

Інструментальні - вуглецеві, леговані і швидкорізальні сталі.

Інструментальна вуглецева сталь поділяється на якісну і високоякісну.

Якісну сталь виплавляють у мартенівських печах, а високоякісну - в електричних.

Високоякісна сталь відрізняється від якісної меншим вмістом сірки і фосфору і, отже, має вищу міцність і опір ударним навантаженням. Якісна сталь містить не більш 0,03 % сірки і 0,035 % фосфору, а високоякісна не більш 0,02% сірки і 0,015 % фосфору.

Якісна інструментальна вуглецева сталь має наступні марки: У7, У8, У9, У10, У11, У12, У13. Буква У означає - інструментальна вуглецева сталь, а цифри – зміст вуглецю в десятих частках відсотка. Наприклад, У11 - якісна вуглецева сталь зі вмістом вуглецю 1,1%, інше – залізо, інші елементи і домішки.

Високоякісну інструментальну вуглецеву сталь позначають так само, як і якісну, але наприкінці марки ставлять букву А. Наприклад: У7А - високоякісна інструментальна вуглецева сталь з вмістом вуглецю 0,7 %.

Сталь марок У7, У7А, У8, У8А, У8М, У8ГА застосовують для виготовлення інструментів, що піддаються ударним навантаженням: зубил, кернерів, молотків, викруток, пробійників, пуансонів, матриць і т д. (буква Г означає підвищений вміст марганцю).

Сталь марок У9, У9А, У10, У10А призначена для виготовлення інструментів, що не піддаються сильним поштовхам і ударам, але потребують високої твердості (стругальні різці, калібри, фасонні штампи, розгортки і т.д.).

Зі сталі марок У11, У11А, У12, У12А – роблять особливо тверді інструменти - напилки, шабери, мітчики, фрези і т.д.

Інструментальні леговані сталі (ДСТ 5950-73) за призначенням розділяють на групи і підгрупи:

1. Сталь для ріжучого і вимірювального інструменту:

а) неглибокої прогартовуваності марок 7ХФ, 8ХФ,ЗХФ, 9ХФ, 11ХФ, 13ХФ, ХВ4 і В2Ф;

б) глибокої прогартовуваності марок 9X1, Х, 12X1, 9ХС, ХГС, 9ХВГ, ХВГ, ХВСГ, 9Х5ВФ, 8Х6НФС.

2. Сталь для штампового інструменту

а) для деформування в холодному стані марок Х6ВФ, Х12, Х12ВМ, Х12ВМ, Х12М, Х12Ф1, 7ХГ2ВМ і 6Х6ВЗМФС.

б) для деформування в гарячому стані - марок 7X3, 8X3, 5ХНМ, 5ХНВ, 5ХНВС, 5Х1М, 4ХМФС і ін.

в) для ударного інструмента - марок 4ХС, 6ХС, 4ХВ2С, 5ХВ2С, 6ХВ2С, і 6ХВГ.

У позначенні марок одна або дві перші цифри означають середній вміст вуглецю, у десятих частках відсотка. Якщо перед маркої цифри немає – вміст вуглецю приблизно 1 %.

Особливу групу складає високолегована швидкорізальна сталь. За ДСТ 19265-73 вона випускається наступних марок: Р18, Р12, Р9, Р6М3, Р6М5, Р18Ф2, Р14Ф4, Р9Ф5, Р18ДО5Ф2, Р10ДО5Ф5, Р9ДО5, Р6М5ДО5, Р9ДО10, і Р9М4ДО8. У позначенні марки сталі початкова буква Р позначає швидкорізальну сталь (Р – початкова буква слова рапід, що значить швидкий). Цифри, що стоять за нею, показують середній вміст вольфраму, основного легуючого елемента, у відсотках, інші букви і цифри, якщо вони маються – вміст позначених легуючих елементів у відсотках. У позначенні марок сталі не вказується вміст хрому (від 3 до 4,6 %), вуглецю (від 0,7 до 1,1 %) і молібдену (до 1 % включно). Наприклад, Р9Ф5 - швидкорізальна сталь містить 9% вольфраму і 5% ванадію, інше - залізо, хром, вуглець і інші домішки.

Сталь марок Р18 і Р12 служить для виготовлення усіх видів інструмента, що ріже, застосовуваного при обробці конструкційних матеріалів; сталь Р6МЗ - для виготовлення інструмента невеликих перетинів, що працює з ударними навантаженнями.