1. Классификация и маркировка сталей

1. Классификация и маркировка сталей

2. Стали классифицируются по химическому со­ставу, качеству и назначению. По химиче­скому составу классифицируют главным образом конструкционные стали, предна­значенные для изготовления деталей ма­шин и металлических конструкций. Кон­струкционные стали делят на углероди­стые и легированные.

3. Углеродистые стали могут быть низ­коуглеродистые: С < 0,09... 0,25 %; сред- неуглеродистые: С < 0,25... 0,45 % и вы­сокоуглеродистые: С < 0,45... 0,75 %. Ле­гированные стали условно подразделяют на низколегированные с содержанием легирующих элементов 2,5 %; среднеле- гированные - от 2,5 до 10 % и высоколе­гированные - более 10 %.

4. Другие стали, например инструмен­тальные, с особыми физико-химическими свойствами по химическому составу обычно не классифицируются.

5. По назначению стали подразделяют на конструкционные, инструментальные и стали и сплавы с особыми свойствами - жаропрочные, кислотостойкие, износо­стойкие, магнитные и др.

6. По качеству различают стали общего назначения, качественные, высококачест­венные и особовысококачественные, в последнем случае в маркировке указыва­ется способ выплавки и последующей обработки стали.

7. Под качеством стали понимают со­вокупность свойств, определяемых метал­лургическим процессом ее производства. Однородность химического состава, строения и свойств стали, а также ее тех­нологичность во многом зависят от со­держания газов (кислорода, водорода, азота) и вредных примесей - серы и фос­фора. Газы являются скрытыми количест­венно трудноопределяемыми примесями, поэтому нормы содержания вредных при­месей служат основными показателями для разделения сталей по качеству. Стали обыкновенного качества содержат до 0,05 % S и 0,04 % Р, качественные - не более 0,04 % S и 0,035 % Р, высококачест­венные - не более 0,025 % S и 0,025 % Р, особовысококачественные - не более 0,015 % S и 0,025 % Р.

8. Стали углеродистые обыкновенного качества (ГОСТ 380-94) обозначаются индексом "Ст" и порядковым номером, например Ст1, СтЗ, Ст5. Чем выше номер в обозначении стали, тем выше ее проч­ность и ниже пластичность.

9. По степени раскисления и характеру затвердевания стали классифицируют на спокойные, полуспокойные и кипящие.

10.Раскисление - процесс удаления из жидкого металла кислорода, проводи­мый для предотвращения хрупкого раз­рушения стали при горячей деформации.

11.Спокойные стали раскисляют мар­ганцем, кремнием и алюминием. Они со­держат мало кислорода и затвердевают спокойно, без газовыделения. Кипящие стали раскисляют только марганцем. Пе­ред разливкой в них содержится повы­шенное количество кислорода, который при затвердевании, частично взаимодей­ствуя с углеродом, удаляется в виде СО. Выделение пузырей СО создает впечатле­ние кипения стали, с чем и связано ее на­звание. Кипящие стали дешевы, их произ­водят низкоуглеродистыми и практически без кремния (Si £ 0,07 %), но они содер­жат повышенное количество газообраз­ных примесей.

12.Полуспокойные стали по степени раскисления занимают промежуточное положение между спокойными и кипя­щими.

13.При классификации сталей по струк­туре учитывают особенности их строения в отожженном и нормализованном со­стояниях. По структуре в отожженном (равновесном) состоянии конструкцион­ные стали разделяют на четыре класса: доэвтектоидные, имеющие в структуре избыточный феррит; эвтектоидные, струк­тура которых состоит из перлита; аустенитные и ферритные.

14.Качественные углеродистые стали согласно ГОСТ 1050-88 маркируются цифрами, указывающими среднее содер­жание углерода в сотых долях процента: сталь 10, сталь 15, сталь 60. Содержа­ние серы и фосфора в этих сталях не должно превышать 0,035 %. Стали этой группы, содержащие свыше 0,2 % С, вы­пускаются только спокойными.

15.Углеродистые инструментальные стали (ГОСТ 1435-99) с содержанием уг­лерода более 0,7 % имеют в обозначении букву "У" и цифру, указывающую на со­держание углерода в десятых долях процента: У7, У8, У12.

16.Легированные конструкционные ста­ли (ГОСТ 4543-71) в зависимости от со­держания серы и фосфора подразделяются на качественные, высококачественные и особовысококачественные.

17.Все высоколегированные стали со­держат минимальное количество вредных примесей и являются высококачествен­ными. Для придания особых свойств их подвергают дополнительной обработке специальными методами, которые отра­жены в обозначении сталей в конце на­именования марки: ВД - вакуумно- дуговой переплав, Ш - электръшлаковый переплав, ВИ - вакуумно-индукционная выплавка, СШ - обработка синтетически­ми шлаками.

18.Маркировка легированных сталей. В основу маркировки легированных ста­лей положена буквенно-цифровая система (ГОСТ 4543-71), Легирующие элементы обозначаются буквами русского алфавита: марганец - Г, кремний - С, хром - X, ни­кель - Н, вольфрам - В, ванадий - Ф, ти­тан - Т, молибден - М, кобальт - К, алю­миний - Ю, медь - Д, бор - Р, ниобий - Б, цирконий - Ц, азот - А. Количество угле­рода, как и при обозначениях углероди­стых сталей, указывается в сотых долях процента цифрой, стоящей в начале обо­значения; количество легирующего эле­мента в процентах указывается цифрой, стоящей после соответствующего индек­са. Отсутствие цифры после индекса эле­мента указывает на то, что его содержа­ние менее 1,5 %. Высококачественные стали имеют в обозначении букву А, а особовысококачественные - букву Ш, проставляемую в конце. Например, сталь 12Х2Н4А содержит 0,12 % С, около 2 % Сг, около 4 % Ni и менее 0,025 % S и Р.

19.В легированных инструментальных сталях цифра в начале указывает среднее содержание углерода в десятых долях процента, если его содержание менее 1 %; если оно равно 1 % или больше, то цифру не ставят, например: сталь ЗХ2В8Ф со­держит 0,3 % С, а сталь ХВГ - больше 1 % С.

20.В маркировке сталей иногда ставят буквы, указывающие на их применение: А - автоматные, Р - быстрорежущие, Ш - шарикоподшипниковые, Э - электротех­нические.

21. Кристаллизация металлов и сплавов

Процесс перехода сплава из жидкого состояния в твердое с образованием кри­сталлических решеток (кристаллов) назы­вается первичной кристаллизацией. Про­цесс кристаллизации начинается с образо­вания зародышей - центров кристаллиза­ции, которыми могут быть группы эле­ментарных кристаллических решеток, тугоплавкие неметаллические включения или примеси. Чаще всего кристаллизация начинается от стенок формы или от полу­оплавленных зерен основного металла сварного шва. Образующиеся кристаллы с наибольшей скоростью растут в направ­лении, противоположном отводу теплоты, т.е. перпендикулярно к стенкам формы.

Азот, кислород и водород присутст­вуют в сплавах в составе оксидов FeO, Si0₂, AI₂0₃; нитридов Fe₄N или в свобод­ном состоянии, при этом они располага­ются в дефектных местах в виде молеку­лярного и атомарного газов. Оксиды и нитриды служат концентраторами напря­жений и могут снижать механические свойства (прочность, пластичность).

Водород растворяется в стали при расплавлении. При охлаждении сплава растворимость водорода уменьшается, он накапливается в микропорах под высоким давлением ц мржеххтахь. дричинрй обра­зования внутренних нарывов в металле (флокенов) и трещин.

Кремний и марганец попадают в железоуглеродистый сплав при его выплавке и в процессе раскисления. Кремний повышает предел текучести и уменьшает склонность К хладноломкости. Кремний способствует графитизации чугуна. Марганец образует твердый раствор с железом и немного повышает твердость и прочность феррита.