Виды стали и ее применение

Сталь занимает особое место среди металлов и сплавов. Она служит материальной основой практически всех отраслей тех­ники и производства. В зависимости от состава стали подразделяются на углеродистые и легированные.

Углеродистые стали — это сплавы железа с углеродом, в состав которых входят некоторые обычные примеси. Углерод придает стали твердость, но увеличивает хрупкость и снижает пластичность.

Легированные стали — сплавы, в которые, кроме же­леза, углерода и обычных примесей, входят так называемые легирующие элементы (хром, никель, вольфрам и др.). Добавле­ние их в сталь во время плавки изменяет ее свойства. Одни элементы повышают твердость и прочность, другие — упругость, третьи повышают коррозийную стойкость стали, улучшают другие полезные свойства и качества.

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

Конструкционные стали — уже их название говорит о том, что они применяются для изготовления различных металли­ческих конструкций, деталей механизмов и машин и т. д. Конструкционная углеродистая сталь бывает обыкновенного качества и качественной.

Сталь обыкновенного качества обладает невысокой прочно­стью и применяется для изготовления болтов, шайб, мягкой проволоки, заклепок и т. д.

Качественная углеродистая сталь более прочная, и из нее изготовляют зубчатые колеса, шкивы и другие детали машин.

Все стали маркируются, т. е. имеют условные обозначения, которые показывают вид стали, ее состав, свойства и т. д. (см. при­ложение).

Конструкционная углеродистая сталь обыкновенного качест­ва маркируется буквами «Ст.» и порядковым номером от о до 7. Например, Ст.О, Ст.1 и т.д. Чем выше номер стали, тем больше в ней содержание углерода и выше прочность. Качественная углеродистая сталь обозначается цифрами, указывающими со­держание углерода в сотых долях процента. Например, «Сталь 45» — сталь, содержащая 0,45 % углерода. Более подробно по марке стали можно определить ее состав и свойства, пользуясь специальным справочником.

Инструментальные углеродистые стали тоже под­разделяются на качественные и высококачественные.

Инструментальные стали отличаются от конструкционных большей твердостью и прочностью. Они применяются для из­готовления различного режущего и контрольно-измерительного инструмента.

Инструментальные качественные и высококачественные стали маркируются буквами и цифрами, указывающими содержание углерода в десятых долях процента. Например, У8 и У8А — углеродистая сталь, 8—0,8 % углерода, А — высококачественная сталь.

Специальные стали — это стали с особыми свойствами: нержавеющие, износостойкие и др.

Широко и разнообразно применение легированных сталей. Конструкционные и инструментальные легированные стали маркируются сочетанием цифр и букв. Цифры, стоящие в начале марки, указывают среднее содержание углерода в десятых долях процента для инструментальных сталей и в сотых долях процента для конструкционных. Если цифры отсутствуют, то содержание углерода около 1 %. Легирующие элементы, вхо­дящие в сталь, обозначаются в марке легированной стали буква­ми русского алфавита: хром — X, никель — Н, вольфрам — В, марганец —Г, ванадий — Ф, алюминий — Ю и т.д. Цифры после букв указывают среднее содержание этих элементов в процентах. Если цифры отсутствуют, то содержание элемента около 1%. Буква А в конце марки означает, что сталь высококачественная. Пример марки легированной стали: 12Х2Н4А — это высококачественная хромоникелевая сталь, содержащая 0,12 % углерода, 2 % хрома, 4 % никеля. Другой пример марки: ХВГ — хромовольфрамомарганцевая сталь, в которой углерода и леги­рующих элементов примерно по 1 %.

В школьных учебных мастерских используется для режущих инструментов быстрорежущая сталь. Она обозначается буквой Р с цифрой. Цифра указывает процентное содержание в стали вольфрама. Например: Р18 — быстрорежущая сталь, содержа­щая 18 % вольфрама. Если в марке указаны другие буквы и цифры, то они показывают процентное содержание в стали других легирующих элементов. Например: Р6М5 быстроре­жущая сталь с содержанием вольфрама 6 %, молибдена 5 %.

Термообработка.

Термообработка - это нагрев стали до определенной температуры, выдержка и охлаждение. Различают три вида тер­мообработки: закалка, отпуск, отжиг.

Теперь давайте рассмотрим эти три вида термообработки.

Закалка - это нагрев металла до определенном темпера­тура, выдержка при этой температуре и быстрое охлаждение в воде, масле или специальных растворах.

Закалка повышает твердость и прочность, но повышает хрупкость.

Отпуск позволяет снизить хрупкость и увеличить пла­стичность. Отпуск - это нагрев до 400 - 500°С и охлаждение в воде или на воздухе.

Отжиг снижает твердость стали и делает ее мяг­че. При отжиге заготовку нагревают, выдерживают при этой температуре и медленно, часто вместе с печью, охлаждают.

Для выполнения операций по термообработке в условиях мастерской применяю муфельную печь. Температуру закалки можно контролировать по цветам каления (см. таблицу 1), а тем­пературу отпуска - но цветам побежалости (см. таблицу 2)

Таблица 1 Цвет каления при закалке заготовок

Таблица 2 Цвета побежалости при нагреве заготовок

На произ­водстве термическую обработку выполняют специально подго­товленные люди - термисты.

III.Практическая часть.

Закрепите в тисках поочередно образцы из незакаленной и закаленной сталей. Проведите по образцам несколько раз на­пильником.

Сравните и сделайте вывод об обрабатываемости сталей.

Вопросы:

1. Сколько углерода содержится в углеродистой стали?

2. Чем отличаются углеродистые стали от легированных?

3. Зачем нужна термическая обработка сталей?

4. Как маркируются стали?

IV. Заключительная часть.

1. Учитель проводит экспресс - опрос о свойствах и назначе­ниях сталей.

2. Оценка ответов учащихся.

3. Отметить наиболее ха­рактерные ошибки в ответах.

4. Уборка мастерской.

V. Домашнее задание. §16, стр. 62 – 65.