Углеродистые конструкционные качественные стали.

Низкоуглеродистые стали 05 кп; 0,8; 08 кп; 10 и 10кп обладают малой прочностью и высокой пластичностью. Их применяют без термической обработки для изготовления малонагруженных деталей (шайб, прокладок и др.), элементов сварных конструкций, изготовляемых холодной деформацией.

Среднеуглеродистые стали 30, 35, 40, 45, 50, 55 приме­няют после нормализации, термического улучшения, поверхностной закалки. Эти стали по сравнению с низкоуглеродистыми обладают большей прочностью, но меньшей пластичностью. После термического улучшения достигается наилучшее сочетание механических свойств. После поверхностной закалки ста­лей 40, 45, 50 обеспечивается высокая поверхностная твердость деталей (HRC 40—58) и сопротивление износу. Среднеуглеродистые стали применяют для изготовления самых разнообразных деталей во всех отраслях машино­строения.

Стали с высокой концентрацией углерода 60, 65, 70, 75, 80, 85 используют в основном как рессорно-пружинные. В нормализованном состоянии эти стали также применяют для прокатных валков, шпинделей станков и других круп­ных деталей.

Достоинствами углеродистых качественных сталей яв­ляются дешевизна и технологичность. Однако вследствие малой прокаливаемости углеродистые стали не обеспечи­вают требуемого комплекса механических свойств в дета­лях сечением более 15—20 мм.

Автоматные стали (А15, А20)— это стали, обладающие высокой обрабатываемо­стью резанием. Они предназначены для массового изготовления деталей на металлорежущих станках автоматах. Для улучшения обрабаты­ваемости резанием в стали вводят повышенное по сравнению с обычными углеродистыми сталями количество серы и фосфора. При обработке резанием богатых серой и фосфором сталей образуется короткая и лом­кая стружка, условия резания облегчаются, так как стружка легко отделяется, устраняется налипание обрабатываемого материала на инструмент. Поверхность обрабатываемой детали получается гладкой, что особенно важно для деталей с мелкой резьбой (болтов, таек, вин­тов и пр.)

Применение низколегированных строительных сталей, обладающих повышенной прочностью и пониженной склон­ностью к хрупкому разрушению по сравнению с углеро­дистыми, позволяет уменьшить массу строительных конструкций и повысить их надежность. Хими­ческий состав сталей и нормы механических свойств опре­деляются соответственно ГОСТ 19281—73 и ГОСТ 19282 – 73. 09Г2, О9Г2С, 15ГФ, 15ХСНД - типичных низко­легированных сталей повышенной прочности.

Высокопрочные стали представляют особый интерес, потому что, имея наиболее высокую прочность, они в то же время обладают малой склонностью к хрупкому разруше­нию. Типичным представителем такой стали является 08Г2МФБ (0,08 % С; ~1,6 % Мп; -0,2 % Мо; -0,06 % V; -0,05 % Nb). Пониженное содержание углерода (до 0,10 %), способствует в структуре этих сталей уменьшается количество перлита. Это приводит к повышению ударной вязкости стали, снижению порога хладноломкости и улучшению свариваемости (например, сталь 09ГФБ с 0,09 % С).

Вмашиностроении большое количество деталей, изготавливают из листовой стали методом холодной штамповки. Для холодной штамповки преимущественно применяют тонко­листовую холоднокатаную качественную низкоуглеродистую сталь 08кп. Стали 08кп, 08Ю, 08Фкп используют в машиностроении для холодной штамповки деталей сложного профиля, от которых не требуется высо­кой прочности (например, детали кузова автомобиля). Для штамповки более простых деталей могут быть использованы стали 10кп, 15кп, 20кп, а также полуспокойные и спокойные стали тех же марок.

Цементуемые стали применяют для изготовления деталей, работающих на износ и подвергающихся действию пере­менных и ударных нагрузок. Хромоникелевые стали 20ХН, 12ХНЗА, 20ХНЗА, 20Х2Н4А и др. применяют для изготовления деталей сред­них и больших размеров, работающих на износ при высо­ких нагрузках (зубчатые колеса, шлицевые и другие валы, поршневые пальцы и др.). Они являются лучшими кон­струкционными сталями, но из-за дефицитности никеля их применение ограничено. Во всех случаях, когда это возможно, хромоникельные стали заменяют безникеле­выми.

Хромомарганповистые стали с небольшими добавками (0,03—0,09 %) титана (18ХГТ; 25ХГТ; ЗОХГТ) или 0,20—0,30 % молибдена (25ХГМ) экономнолегированны и их широко используют для замены хромоникелевых сталей. Вместо никеля в них введен марганец. Стали 18ХГТ и ЗОГТ используют для замены стали 12Х2Н4А.

Хромоникельмолибденовую (вольфрамовую) сталь 18Х2Н4МА (18Х2Н4ВА) применяют для изготовления наиболее ответственных высоконагруженных деталей.

Стали, подвергаемые термическому улучшению — закалке и высокому отпуску, обеспечивающему получение струк­туры сорбит отпуска, широко применяют для изготовления разных деталей, работающих в сложных напряженных условиях (при действии разнообразных нагрузок, в том числе переменных и динамических).

Улучшаемые стали — среднеуглеродистые. Неле­гированные стали 35, 40, 45 дешевы. Легированные улучшаемые стали применяют для более крупных и более нагруженных ответственных деталей.

Хромокремнистые и хромокремнемарганцевые стали ЗЗХС, 38ХС, 25ХГСА, ЗОХГСА, 35ХГСА и др. не содержат дорогих элементов, обладают высокой прочностью и умеренной вязкостью. Широко распространенной сталью, особенно в авиационной промышленности, является сталь ЗОХГСА (хромансиль), обладающая хорошей сваривае­мостью. Из этой стали изготовляют стыковочные сварные узлы, кронштейны, крепежные и другие детали. Стали хромансиль могут заменять более дорогие хромоникелевые и хромомолибденовые стали.

Хромоникелевые стали 40ХН, 45ХН, 50ХН, ЗОХНЗА обладают хорошим сочетанием прокаливаемости и вяз­кости (влияние никеля). Они прокаливаются в сечениях до 40—50 мм, а сталь ЗОХНЗА — до 100 мм.

Пружины и рессоры изготавливают из углеродистых (0,65—0,85 % С) и легированных (0,5—0,7 % С) конструк­ционных сталей 65, 85, 65Г, 60С2. Наиболее высокими механическими свойствами обладают стали марок: 50ХФА, 70СЗА, 60С2ХА, 60С2Н2А.

Шарикоподшипниковые стали составляют особую груп­пу конструкционных сталей. Характерным для них являет­ся высокое содержание углерода (~1 %) и наличие хрома. Шарикоподшипниковые стали должны обладать высокой твердостью, износостойкостью, высокой прочностью и иметь высокий предел выносливости, так как детали подшипника (шарики, ролики, кольца) воспринимают значительные знакопеременные нагрузки. Для подшипников применяют следующие марки стали: ШХ6, ШХ9, ШХ15, и ШХ15СГ.

Стали, обладающие высоким сопро­тивлением электрохимической коррозии, называются коррозионностойкими (нержавеющими).Основными легирующими элемен­тами, обеспечивающими коррозионную стойкость сталей, являются хром и никель.

Хромистые коррозионностойкие стали содержат от 13 до 30 % хрома. Это обеспечивает им высокую коррози­онную стойкость во влажной атмосфере, водопроводной и речной воде, удовлетворительную стойкость в азотной кислоте и ряде других агрессивных сред. С повышением содержания хрома круг сред, в котором хромистая сталь сохраняет коррозионную стойкость, расширяется.

Стали 12X13 и 20X13 являются хорошим конструкционным коррозионностойким материалом для работы в ус­ловиях ударного нагружения, для работы с нагревом до 450—550 °С. Из них изготавливают клапаны гидравлических прессов, лопатки гидравлических и паровых тур­бин, предметы домашнего обихода и пр.

Сталь 12X17 и подобные ей стали применяют для из­готовления технологического оборудования в химической (для производства азотной кислоты) пищевой и легкой промышленности. Она может также использоваться как окалиностойкая (до 900 °С).

Хромоникелевые коррозионностойкие стали обладают более высокой коррозионной стойкостью по сравнению с хромистыми сталями. Особенно хорошо они сопротивля­ются коррозии в атмосферных условиях, в том числе и в загрязненной атмосфере промышленных районов, со­держащей сернистые газы. Никель повышает коррозион­ную стойкость сталей во многих органических кислотах и в H₂SO₄. В эту группу входят стали 12Х18Н9Т; 08Х18Н10; 08Х18Н10Т.

Для изготовления различного рода высокотемпературных установок, деталей печей и газовых турбин применяют жаростойкие ферритные (12X17, 15Х25Т и др.) и аустенитные (20Х23Н13, 12Х25Н16Г7АР, 36Х18Н25С2 и др.) стали, обладающие жаропрочностью. (оставить 4-ре строчки)

Жаропрочные стали благодаря сравни­тельно невысокой стоимости (по сравнению со стоимостью других жаропрочных сплавов) широко применяют в высокотемпературной технике. Для выпускных клапанов двигателей внутреннего сгорания применяют хромокремнистые стали мартенситного класса, полу­чившие название сильхромов. Наиболее известны сильхромы 40Х9С2 и 40Х10С2М (0,7—0,9 % Мо). Аустенитные жаропрочные стали со структурой твердых растворов, например 10Х18Н12Т, 08Х15Н24В4ТР, 09Х14Н18В2БР, предназначенные для изготовления пароперегревателей и турбоприводов силовых установок высокого дав­ления, работающих при 600—700 °С

Инструментальными называют углеродистые и леги­рованные стали, обладающие высокой твердостью (60—65 HRC), прочностью и износостойкостью и применяемые для изготовления различного инструмента.

Углеродистые инструментальные стали (ГОСТ 1435—74) производят качественными: У7, У8, У9, У10, У11, У12, У13, и высококачественными У7А, У8А, У9А, У13А. эти стали применяют для изготовления мелких инструментов с поперечным сечением до 25мм с незакаленной сердцевиной.

Легированные инструментальные стали глубокой прокаливаемости (Х, 9ХС, ХВГ)обладают более глубокой прокаливаемостью по сравнению с углеродистыми и низколегиро­ванными сталями. Поэтому из этих сталей изготавливают крупный режущий инструмент.

Наибольшую прокаливаемость имеют стали, легированные несколькими элементами: хромом, марганцем, кремнием, вольфрамом. К сталям глубокой прокаливаемости относятся также высокохромистая 9Х5ВФ и сложнолегированная 8Х4ВЗМЗФ2, обладающие повышенной устойчивостью к нагреву

Сталь 9Х5ВФ применяют для изготовления ножей для фрезерования древесины и другого деревообрабатываю­щего инструмента.

Сталь 8Х4ВЗМФ2 относится к полутеплостойким ста­лям. Ее применяют для изготовления деревообрабатываю­щего инструмента, способного работать при повышенных скоростях резания в условиях, когда происходит разогрев режущей кромки

Быстрорежущие стали предназначены для изготовления различного рода режущего инструмента, работающего с большими скоростями резания в тяжелых тепловых условиях.

Стали, легированные вольфрамом и молибденом и с небольшим содержанием ванадия (1—2 %): Р18, Р12, Р9, Р6М5, сохра­няют высокую твердость (не ниже HRC 60) при нагреве до 620 °С.

Стали для штампов холодного деформирования (для инструмента деформирующего металл в холодном состоянии).

Для обработки малопрочных материалов используют стали У10, У11, У12.

Более крупные и сложные по форме штампы, предна­значенные для работы в более тяжелых условиях, изго­тавливают из легированных сталей повышенной прокаливаемости (X, ХВГ, ХВСГ, 7ХГ2ВМ и др.).

Сталь 7ХГ2ВМ сочетает глубокую прокаливаемость (в сечениях диамет­ром до 100—125 мм) с небольшими объемными изменени­ями при закалке.

Для изготовления инструмента, который должен иметь высокую твердость и повышенную износостойкость, а так­же малую деформируемость при закалке (дыропрошивные матрицы и пуансоны, матрицы глубокой высадки ли­стового металла, матрицы и пуансоны глубокой высадки вырубных и просечных штампов сложной конфигурации и др.), применяют стали высокой прокаливаемости и изно­состойкости (ГОСТ 5950—73). Наиболее широко при­меняемые стали этой группы - высокохромистые стали Х12М и Х12Ф1 по своей при­роде близки к быстрорежущим.

Для инструментов, работающих с большими ударными нагрузками (пневматические зубила, ножи для холодной резки металла, обжимные матрицы и др.), применяют стали повышенной вязкости. В эту группу входят хромокремнистые стали (4ХС, 6ХС) и стали, дополнительно легированные вольфрамом: 4ХВ2С, 5ХВ2С, 6ХВ2С. По­вышение вязкости достигается снижением содержания в сталях углерода (0,4—0,6 %).