Практическая работа №3
Тема: Маркировка сталей и чугунов
Цель: Научиться определять химический состав и классифицировать стали и чугуна по их маркам.
Порядок выполнения работы:
1. Изучить маркировку сталей и чугунов.
2. Расшифровать марки сталей и чугунов, согласно варианта задания из таблицы 1. Результаты расшифровки занести в таблицу 2.
3. Сделать выводы, описав характеристики сталей и чугунов, заложенные в маркировке этих сплавов.
Теоретическая часть
В различных отраслях промышленного производства наибольшее применение получили чёрные металлические сплавы - стали и чугуны.
Сталь - сплав железа (основа) с углеродом (до 2,14%), всегда содержит в определенных количествах постоянные примеси: марганец, кремний, серу, фосфор и газы (кислород, азот, водород).
Чугун - сплав железа с углеродом (более 2,14% до 6,67%). Чугун также содержит постоянные примеси и газы.
В легированные стали и чугуны вводят различные легирующие элементы с целью повышения механических характеристик и получения специальных свойств.
Классификация и маркировка сталей
Стали классифицируют по следующим признакам: химическому составу, способу производства, качеству, степени раскисления, назначению и структуре.
По химическому составу различают стали углеродистые и легированные. Сталь, содержащая железо, углерод и постоянные примеси в количестве до 0,5-0,8%Мn; 0,3-0,4%Si (содержание серы и фосфора определяются качеством стали) называется углеродистой.
Если же в процессе выплавки стали к ней добавляют легирующие элементы - хром, никель, ванадий и др., а также марганец и кремний в повышенном количестве по сравнению с углеродистой, то такую сталь называют легированной.
Углеродистые стали по содержанию в них углерода подразделяют на низкоуглеродистые (до 0,3 % С), среднеуглеродистые (0,3 - 0,7%С) и высокоуглеродистые (более 0,7 % С).
Легированные стали в зависимости от наличия в них легирующих элементов называют хромистыми, кремнистыми, хромоникелевыми и т.п., а в зависимости от общего содержания легирующих элементов подразделяют на низколегированные - до 3 %, среднелегированные от 3 до 10 % и высоколегированные - более 10 %.
По способу производства различают стали мартеновские (выплавка в мартеновских печах), конвертерные (выплавляемые в конверторах с продувкой кислородом) - однородны по составу, имеют низкое содержание азота, серы и фосфора, электростали (выплавляемые в электрических печах) - по качеству превосходят все остальные виды и, наконец, стали особых методов выплавки (индукционный нагрев, магнитное перемешивание и т.д.).
По качеству стали классифицируют на обыкновенного качества, качественные, высококачественные и особо высококачественные.
Критерием качества стали является, главным образом, содержание вредных примесей - серы и фосфора. Стали обыкновенного качества содержат до 0,060 % S и 0,070 % Р, качественные - до 0,040 % S и 0,035 % Р, высококачественные - не более 0,025 % S и 0,025 % Р, а особо высококачественные - не более 0,015 % S и 0,025 % Р.
Необходимо отметить, что углеродистые стали могут быть обыкновенного качества, качественные и высококачественные (инструментальные углеродистые), а легированные только качественные, высококачественные или особо высококачественные.
По степени раскисления стали делят на спокойные (сп) - полностью раскисленные ферромарганцем, феррокремнием и алюминием; кипящие (кп) - частично раскисленные только ферромарганцем, в ней сохраняется много окиси железа, которая взаимодействует с углеродом, выделяя газ СО (пузырьки газа создают впечатление “кипения”); полуспокойные (пс) – раскисленные ферромарганцем и алюминием – промежуточное положение между кипящей и спокойной сталями. Степень раскисления стали указывается в конце обозначения марки, например, Ст3кп, БСт2пс, ВСт1сп, 10кп.
По назначению стали подразделяют на конструкционные (для изготовления деталей машин и конструкций), инструментальные (для различного рода инструмента) и специальные стали с особыми свойствами (с низким коэффициентом расширения, для постоянных магнитов, электротехнические и др.).
Для сталей в России принята буквенно-цифровая маркировка. Цифры и буквы указывают на приблизительный химический состав стали.
Маркировка конструкционных сталей
Углеродистые конструкционные стали обыкновенного качества в соответствии с ГОСТ380-2005 маркируют буквами Ст и условным номером от 0 до 6, как правило, чем больше цифра, тем выше содержание углерода в стали (Ст6 содержит 0,38-0,49%С).
Стали с номером марок 1 - 4 производят кипящими, полуспокойными и спокойными, а с номерами 5 и 6 - только полуспокойными и спокойными, например Ст2сп, Ст3кп, Ст5пс. Если сталь содержит марганца более 0,8%, то в марке присутствует буква Г, например Ст3Гпс.
Стали обыкновенного качества используют для строительных конструкций и изготовляют в виде листов, полос, прокатных профилей, труб, а также для деталей в мостостроении, судостроении, вагоностроении.
Углеродистые качественные конструкционные стали (ГОСТ1050-88) обозначают двузначным числом, показывающим среднее содержание углерода в стали в сотых долях процента. Например, стали марок 08, 20, 45 содержат в среднем соответственно 0,08%; 0,20%; 0,45% углерода. В этих сталях допускается не более 0,04 % S, 0,035 % Р.
Углеродистые качественные стали производят спокойными, кипящими и полуспокойными (05 кп, 20 пс)..
Из них может быть изготовлена большая номенклатура деталей от шайб, втулок, шестерён, шпинделей, шатунов до деталей, работающих в условиях трения (рессоры и пружины). Низкоуглеродистые стали применяют для изготовления деталей методов холодной штамповки из листового проката.
Легированные конструкционные стали (качественные и высококачественные) (ГОСТ 4543-71) маркируют двухзначным числом, показывающим среднее содержание углерода в сотых долях процента, далее следуют буквы и цифры.
Буквы обозначают легирующие элементы:
А – азот (если буква стоит в середине марки стали), Б – ниобий, В – вольфрам, Г – марганец, Д – медь, К – кобальт, М – молибден, Н – никель, П – фосфор, Р – бор (не в начале марки), С – кремний, Т – титан, Ф – ванадий, Х – хром, Ц – цирконий, Ю – алюминий.
Цифры после букв показывают примерное содержание соответствующего легирующего элемента в целых процентах. Если цифра после буквы отсутствует, это означает, что содержание данного легирующего элемента в стали составляет менее 1,5 %. Для высококачественных сталей в конце обозначения марки ставят букву А. Например, сталь марки 12Х2Н4А содержит в среднем 0,12 % С, 2 % Сr, 4 % Ni и является высококачественной.
Конструкционные легированные стали широко применяются в автомобильной промышленности, строительстве и тяжёлом машиностроении для деталей машин и механизмов, работающих в условиях сложного нагружения под действием статических, динамических и знакопеременных нагрузок.