Классификация легирующих элементов

Железо и сплавы на его основе относятся к черным металлам, а все остальные металлы и сплавы на их основе – к цветным.

Легирующие элементы – металлы можно условно разделить на следующие группы:

Металлы железной группы. К ним относятся металлы: кобальт, никель, а также близкий к ним по свойствам мар­ганец.

Тугоплавкие металлы. К ним относятся металлы, имею­щие температуру плавления выше, чем у железа, т. е. вы­ше 1539 ^оС: вольфрам, молибден, ниобий, ванадий и хром.

Легкие металлы. Ттитан и алюминий.

Редкоземельные металлы (РЗМ): лантан, церий, неодим, иттрий и скандий. Редкоземельные металлы час­то используют в виде так называемого мишметалла, со­держащего 40...45 % церия и 45...50 % всех других редко­земельных металлов.

Классификацию легирующих элементов можно проводить по степени сродства леги­рующих элементов к углероду. По этому признаку различают карбидообразующие: Ti, Zr, V, Nb, Та, Cr, Мо, W, Mn, и некарбидообразующие легирующие элементы: Сu, Ni, Cо, Si, A1. Склонность к карбидообразованию у легирующих элементов тем сильнее, чем менее достроена электронная d-оболочка у металлического атома по сравнению с атомом железа.

Легирующие элементы изменяют температуру полиморфных превращений в железе, т. е. температуры точек А₃ и А₄, тем самым влияя на вид диаграмм железо – легирующий элемент.

Классификация сталей по общим признакам.

По химическому составу стали подразделяют на углеродистые (нелегирован­ные), низколегированные, легированные, высоколегированные стали и сплавы на основе железа.

Углеродистые стали - не содержат специально введенных легирующих элементов. Их должно быть в пределах, регламентированных для примесей соответствующими ГОСТами.

В низколегированных сталях суммарное со­держание легирующих элементов - не более 2,5 % (кроме углерода), в легированных – от 2,5 до 10%, в высоколегированных – более 10 % при содержании в них железа не менее 45 %.

В зависимости от наличия легирующих элементов стали называют марганцовистыми, кремнисты­ми, хромистыми, никелевыми, а также хромоникелевыми, хромомарганцовистыми, хромокремнистыми, хромована-диевыми, никельмолибденовыми, хромоникельмолибденовыми, хромомолибденованадиевыми, хромокремнемарганцовоникелевыми и т. п.

По назначению специальные стали подразделяют на конструкционные, инструментальные и стали с особыми фи­зическими свойствами.

Конструкционная сталь - применяе­тся для изготовления различных деталей машин, механиз­мов конструкций в машиностроении и строительстве и обладающая определенными механическими, физическими и химическими свойствами.

Конструкционные стали подразделяют на строитель­ные, машиностроительные и стали и спла­вы с особыми свойствами – теплоустойчивые, жаропрочные, жаростойкие, коррозионностойкие и т. д.

Инструментальной сталью называется сталь, применяе­мая для обработки материалов резанием или давлением и обладающая высокой твердостью, прочностью, износостойкостью и рядом других свойств.

Инструментальные стали подразделяют на стали для режущего инструмента, штамповые стали и стали для измерительного инструмента.

Классификация сталей по структуре.

По структуре стали в равновесном состоянии делят на доэвтектоидные, эвтектоидные и заэвтектоидные.

Легирующие элементы изменяют содержание углерода в эвтектоиде. Положение эвтектоидной точки может быть при разном содержании углерода.

Другим условным структурным признаком, по которому классифицируют стали, является основная структура, полученная при охлаждении на воздухе образцов небольших размеров после высокотемпературного нагрева (900 ^оС).

В зависимости от структуры стали подразделяют на перлитные, бейнитные, мартенситные, ледебуритные, ферритные и аустенитные.

Перлитные и бейнитные стали чаще всего бывают углеродистыми и низколегированными.

Мартенситные – легированными и высоколегированными.

Ферритные и аустенитные, как правило, высоколегированными.

Могут быть смешанные структурные классы:

феррито-перлитный,

феррито-мартенситный,

аустенито-ферритный,

аустенито-мартен­ситный.

Такая классификация применяется при наличии не менее 10 % второй фазы (как вто­рой структурной составляющей).

По качеству стали подразделяют на:

стали обыкно­венного качества,

качественные, высокока­чественные,

особовысококачественные.

Главными качественными признаками стали являются более жесткие требования по химическому составу и, преж­де всего, по содержанию вредных примесей, таких как фос­фора и серы. Ниже приведено предельное содержание фос­фора и серы (не более), в сталях разной категории ка­чества:

Не более Р, % S. %

Обыкновенного качества . . . . . . . . . . 0,040 0,050

качественная . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,035 0,035

Высококачественная . . . . . . . . . . . . . . 0,025 0,025

Особовысококачественная . . . . . . . . .. 0,025 0,015

Категория “обыкновенного качества” может относиться только к углеродистым сталям. Все остальные категории качества относятся к любым по степени легирования сталям.

Л 3. Маркировка сталей – 2 ч + самост. работа – 2ч .

Маркировка стали в России

Принципы маркировки в зарубежных странах

В России принята буквенно-цифровая система обозначения марок сталей и сплавов. Углеродистые конструкционные качественные стали обозначают двухзначным числом, указывающим среднее содержание углерода в сотых долях процента (например, 05; 08; 10; 15; 20; 25...80; 85).

Углеродистые инструментальные стали обозначают буквой "У" и следующей за ней цифрой, указывающей среднее содержание углерода в десятых долях процента (например, У7; У8; У9; У10; У11; У12; У13).

В легированных сталях основные легирующие элементы обозначают буквами: А – азот, К – кобальт, Т – титан, Б – ниобий, В – вольфрам, Г – марганец, Д – медь, Е – селен, М – молибден, Н – никель, Р – бор, С – кремний, Ф –ванадий, Х – хром, Ц – цирконий, Ю – алюминий.

Цифры после буквы в обозначении марки стали указывают примерное количество того или иного элемента в процентах, округленное до целого числа. При среднем содержании легирующего элемента до 1,5 % цифру за буквенным индексом не приводят. Содержание углерода указывается в начале марки в сотых (конструкционные стали) или десятых (инструментальные стали) долях процента.

Так, конструкционная сталь, содержащая 0,42-0,50 % С; 0,5-0,8 % Mn; 0,8-1,0 % Сr; 1,3-1,8,% Ni, 0,2-0,3 % Мо и 0,1-0,18% V, обозначается маркой 45ХГН2МФ. Инструментальная сталь (штамповая) состава 0,32-0,40 % С; 0,80-1,20 % Si; 0,15-0,40 % Mn; 4,5-5,5% Cr; 1,20-1,30 % Мо и 0,3-0,5 % V обозначается 4Х5МФС.

Если содержание углерода в инструментальных легиро­ванных сталях составляет 1 % и более, то цифру в начале марки, как правило, вообще не ставят (например, X, ХВГ).

Буква “А” в конце марки указывает на то, что сталь относится к категории высококачественной (30ХГСА), если та же буква находится в середине марки – значит сталь легирована азотом (16Г2АФ), а в начале марки буква “А” указывает на то, что сталь автоматная – повышенной обрабатываемости (А35Г2). Индекс —“АС” в начале марки указывает, что сталь автоматная и легирована свинцом (АС35Г2).

Особовысококачественная сталь обозначается добавле­нием через дефис в конце марки букв, которые указывают способ производства: Ш – шлаковый переплав, ЭШП – электрошлаковый переплав, ВДП – вакуумно-дуговой переплав, ВИП – вакуумно-индукционный переплав, МП – порошковая и т. д.

В марках быстрорежущих сталей вначале приводят букву «Р», за ней следует цифра, указывающая содержа­ние вольфрама. Во всех быстрорежущих сталях содержит­ся около 4 % Сr, поэтому в обозначении марки буквы ”X“ нет. Ванадий, содержание которого в различных марках колеблется в пределах от 1 до 5 %, обозначается в марке, если его среднее содержание 2,0 % и более. Так как содер­жание углерода в быстрорежущих сталях пропорциональ­но количеству ванадия, то содержание углерода в марки­ровке стали не указывается. Если в быстрорежущих сталях содержится молибден или кобальт, то их содержание указывает­ся в марке.

Например, сталь состава: 0,7–0,8 % С; 3,8–4,4 % Сr; 17,0–18,5 % W; 1,0–1,4 % V обозначается маркой Р18, а сталь: 0,95–1,05% С; 3,8–4,4% Сr; 5,5–6% W; 4,6 – 5,2 % Мо; 1,8–2,4 % V и 7,5–8,5 % Со обозначается Р6М5Ф2К8.

Высоколегированные стали сложного состава иногда обозначают упрощенно по порядковому номеру разработки и освоения стали на металлургическом заводе. Перед номе­ром стали ставят индексы, которые обозначают организацию разработчика, например, “ЭИ” или “ЭП” – завод “Электро­сталь”, а далее условный номер разработки, например 936. Ранее условное название присваивали сталям не утвержденным ГОСТ-ом, например, Я1, Я1Т, что теперь по принятой маркировке значит: Х18Н10 и Х18Н10Т. Или, упомянутая быстрорежущая сталь Р6М5Ф2К8 упрощенно обозначалась ЭП658, а жаропрочная 37Х12Н8Г8МФБ – ЭИ481.