Основные сведения
Для улучшения физических, химических, прочностных и технологических свойств стали легируют, вводя в их состав различные химические элементы (хром, марганец, никель и др). Стали могут содержать один или несколько легирующих элементов, которые придают им специальные свойства.
В зависимости от содержания углерода, степени легирования и применения легированные стали классифицируются по:
1. химическому составу;
2. структуре в равновесном состоянии;
3. назначению, то есть применению в промышленности.
По химическому составу стали подразделяются на низко-, средне- и высоколегированные.
Низколегированные стали содержат в сумме не более 5 % легирующих элементов; среднелегированные - 5¸10 %; высоколегированные – свыше 10 %.
По структуре в равновесном состоянии легированные стали подразделяются на пять структурных классов: перлитный, мартенситный, ферритный, аустенитный и карбидный.
По назначению легированные стали классифицируются на конструкционные, инструментальные и стали с особыми свойствами.
Конструкционные стали по содержанию углерода подразделяются на цементуемые (до 0,25% С), улучшаемые (0,3-0,45 % С) и рессорно-пружинные (0,5-0,7 %).
Маркировка легированных сталей
Марка легированной стали состоит из сочетания букв и цифр, обозначающих ее химический состав.
По ГОСТ 4543-71 принято обозначать: Х – хром, Н – никель, Г – марганец, С –кремний, М- молибден, В – вольфрам, Ф – ванадий, Т – титан, Д – медь, Р – бор, К – кобальт, Ю – алюминий, Б – ниобий, П – фосфор.
Содержание углерода указывается в начале марки цифрой, отвечающей его среднему содержанию. В конструкционных сталях и сталях с особыми свойствами (жаростойких, жаропрочных, нержавеющих) в начале марки ставится двузначная цифра, показывающая содержание углерода в сотых долях процента (35ХМ, 12Х17). В инструментальных сталях в начале марки ставится однозначная цифра, показывающая содержание углерода в десятых долях процента (9ХС, 3Х2В8Ф). При содержании в инструментальных сталях 1 % С и более цифру в начале марки опускают (Х12М, ХВ4).
После цифр в начале марки, указывающих на содержание углерода, следует сочетание букв Х, Н, М и т.д. Если после букв нет цифры, то содержание легирующего элемента в стали 1,0 –1,5 %. Исключением сделано для молибдена и ванадия, содержание которых в большинстве сталей 0,2 – 0,3 %. Если легирующего элемента больше 1,0 %, то цифра после буквы указывает на его содержание в целых процентах. Например, марка 45ХН обозначает сталь, имеющую в среднем 0,45 % углерода, ~1,0 % хрома и столько же никеля; сталь 35Г2 – 0,35 % углерода, 2 % марганца.
Сталь с особыми свойствами можно отличить от конструкционной по сумме легирующих элементов. Обычно в конструкционных сталях содержится в сумме до 5 % легирующих элементов, а в сталях с особыми свойствами – свыше 10 %.
Отличие в обозначении качественных конструкционных сталей от высококачественных заключается в том, что в конце марки высококачественной стали приписывается буква А. Например, сталь 40ХНМ качественная, а 40ХНМА – высококачественная.
Аналогично особо высококачественная сталь обозначается буквой Ш в конце марки (40 ХН-Ш).
У сталей, применяемых в виде литья (в отливке), в конце марки приписывается буква Л (35ГТРЛ, 110 Г13Л).
Все инструментальные легированные, а также стали и сплавы с особыми свойствами всегда качественные или высококачественные, поэтому в марках этих сплавов буква А не указывается.
В марках некоторых сталей более узкого применения указывается их назначение. Так, стоящие в начале марки буквы Ш, Р, А указывают:
Ш – шарикоподшипниковые хромистые стали ШХ6, ШХ9, ШХ15. Содержание хрома в этих сталях указывается в десятых долях процента, а содержание углерода (~ 1% С) не указывается. Так, сталь ШХ15 содержит 1% С и 1,5% хрома.
Р – быстрорежущие стали. Цифра, следующая за Р, указывает содержание главного легирующего элемента (вольфрам) в целых процентах. Другие элементы обозначаются как в остальных сталях. Среднее содержание углерода (в марке не показывается) соответствует 1%. Так, например, сталь Р6М3 содержит: ~ 1% С, 6% вольфрама, 3% молибдена.
А – автоматные стали. Следующая за буквой А двузначная цифра показывает содержание углерода в сотых долях процента. Например, сталь АС40Г содержит 0,40 % С; буква С, стоящая за буквой А указывает, какой элемент введен для улучшения обрабатываемости резанием (в данном случае - свинец); Г – указывает на наличие марганца (~1 %).
Структурные классы легированных сталей
В отожженном состоянии или после охлаждения на спокойном воздухе легированные стали могут относиться к одному из следующих структурных классов: перлитный, мартенситный, ферритный, аустенитный, карбидный. Принадлежность стали к тому или иному классу определяется содержанием углерода и суммой легирующих элементов. Свойства стали при этом определяются свойствами основной структурной составляющей, то есть перлита (П), мартенсита (М), феррита (Ф), аустенита (А), карбидов (К).
В таблице 1 показано, при каких сочетаниях углерода и легирующих элементов образуется тот или иной структурный класс.
Таблица 1 – Структурные классы легированных сталей
| № п/п | Структурный класс | % С | Сумма легирующих элементов | Главные механические или специальные свойства |
| П | любое | До 5 | Механические свойства (твердость, прочность, пластичность) определяются содержанием углерода | |
| М | 0,1-0,6 | От 6 до 14 | Твердость, прочность, износостойкость. При содержании хрома в количестве 13% устойчивость против коррозии в слабых средах – атмосфере, пресной и морской воде, маслах, нефтепродуктах, слабых растворах солей, щелочей, кислот. | |
| Ф | До 0,2 | Хрома – 17% и более. Дополнительно могут присутствовать Si, Al, Ti | 1) Устойчивость против действия органических кислот; 2) Жаростойкость | |
| А | До 0,4 | Наряду с высоким содержанием хроиа присутствует никель или заменяющий его марганец. Дополнительно могут присутствовать Mo, P, Ti, Nb, W и другие элементы | 1) Устойчивость против действия минеральных кислот; 2) Жаропрочность | |
| К | Более 0,6 | Карбидообразующие элементы Cr, W, Mo, V, Mn,более 5% | Твердость, износостойкость |
Индивидуальные задания
При выполнении индивидуального задания работу оформить в виде таблицы:
| № п/п | Марка стали | Структурный класс | Тип | Главные механические или специальные свойства | Классификация по назначению |
Вариант 1
Определить химсостав, структурный класс, свойства и классифицировать по назначению стали: 45ХНМФА, Р12Ф3, 10Х14Н14Г4Т, Х, 15Х25Т, 120Г13ФЛ, 8ХФ, 18ХГТ, 40Х9С2, 40Г2.
Вариант 2
Определить химсостав, структурный класс, свойства и классифицировать по назначению стали: Х6ВФ, 7Х3, 12Х17, 40ХНМА, 10Х14АГ15, Р18, 65С2ВА, А40Г, 40Х13, 12ХН3А.
Вариант 3
Определить химсостав, структурный класс, свойства и классифицировать по на значению стали: Х12Ф1, Р6М5, 10Х13, 4Х5МФС, ХВ4, 70С3А, 08Х18Н12Т, 15Х28Ю5, ХГ, 40ХГР.
Вариант 4
Определить химсостав, структурный класс, свойства и классифицировать по назначению стали: 14Х17СЮ, 9Х2МФ, 11Х11Н4ГМВФ, 25ХГМ, АС20Г, ШХ9, 3Х2В8, Ф, Р6М3, Х12.
Вариант 5
Определить химсостав, структурный класс, свойства и классифицировать по назначению стали: 30Х2АФ, 10Х11Н20Т3Р, 5Х3В3МФС, 10Х13, 12ХМ, 55ХФА, 20ХНТЦ, Р9, ШХ15СГ, 12Х25Т.
Вариант 6
Определить химсостав, структурный класс, свойства и классифицировать по назначению стали: 10Х17Н13М2Т, А40ХЕ, 40Х10С2М, В2Ф, 5ХГМ, 30ХН2МФА, р12Ф4, ХГ, 38ХГС, 15Х28СЮ.
Вариант 7
Определить химсостав, структурный класс, свойства и классифицировать по назначению стали: 40ХН2МА, 110Г13Л, 04Х20Н14С2, Р5М8К4, 15Х11МБР, 65СГ, 12Х17, ХВГ, 10Х10С2М, 12ХН3А.
Вариант 8
Определить химсостав, структурный класс, свойства и классифицировать по назначению стали: Ф, Р6М5К5, 5Х2МФ, 30Х13, АС40Г, 07Х16Н6, 15Х18СЮ, 20Х2Н4ВА, ШХ15, 40Х25Н20С2.
Вариант 9
Определить химсостав, структурный класс, свойства и классифицировать по назначению стали: 4Х4ВМФС, 19Х14Н19В2БР, 20ХНТЦ, ХГС, 15Х6СЮ, Р10К5Ф5, Х12Ф, 15Х28Ю5, 40Х13.
Вариант 10
Определить химсостав, структурный класс, свойства и классифицировать по назначению стали: Р6М5Ф3, 15Х17АГ14, 40Х9С2, 7Х3, 55ХГР, 30ХГТ, Х, 12Х25Т, Х6ВФ, 45ХЕ.
Вариант 11
Определить химсостав, структурный класс, свойства и классифицировать по назначению стали: Р9К10, 10Х10С2М, 38МЮА, 55ХФ, 25ХГНМА, 10Х14АГ15МВ, Ф, 10Х14, 4ХС, 12Х17Т.
Вариант 12
Определить химсостав, структурный класс, свойства и классифицировать по назначению стали: Х12, 70С2ХА, ХВГ, 5ХНТ, 14Х14Н4Г12БТР, Х5В6, 35ГТРЛ, 3Х3М3ВФ, 15Х25Т, ШХ6.
Вариант 13
Определить химсостав, структурный класс, свойства и классифицировать по назначению стали: Р9М4К5, 20Х23Н20С, 5ХНВ, 09Г2, 3Х8, АЦ20ХНМ, 8Х4В9Ф2-Ш, 15Х13Л, 12Х28Ю5, 55СФА.
Вариант 14
Определить химсостав, структурный класс, свойства и классифицировать по назначению стали: 120Г13Х2БЛ, Х12ВМ, 10Х14, 12Х17Г9АН4Р, Р12Ф3, 20ХН3А, 7ХГ2НМ, 95Х18, 15ХМ, ШХ15СГ.
Вариант 15
Определить химсостав, структурный класс, свойства и классифицировать по назначению стали: Х6В3МФС, 08Х17СЮ, ХВСГ, Р9К10, 20ХГНР, 4Х5МФС, 6ХФ, Х12М, 15Х13Л, 18Х2Н4ВА.
Вариант 16
Определить химсостав, структурный класс, свойства и классифицировать по назначению стали: 25Х2МФ, Р6АМ5, 60ХГСФА, 9Х5ВФ, 08Х14МТЮР, АС19ХГМ, ХГ, 15Х28Ю5С, 40ХНМА, 3Х3М3ФС.