Основные механические свойства:
• прочность;
• пластичность;
• твердость;
• ударная вязкость.
Приложение внешней нагрузки вызывает в твердом теле напряжение и деформацию.
Напряжение – это нагрузка (сила), отнесенная к площади сечения материала.
Деформация – это изменение форм и размеров при приложении внешних сил.
Деформация может быть упругой, т. е. исчезающей после снятия нагрузки, или пластической, т. е. остающейся после снятия нагрузки.
Прочность – способность твердого тела сопротивляться деформации или разрушению при воздействии внешних сил статического или динамического характера. Прочность определяют с помощью специальных механических испытаний образцов, изготовленных из исследуемого материала.
Пластичность – способность материала получать остаточное изменение формы и размера без разрушения. Пластичность характеризуется относительным удлинением при разрыве.
Твердость – способность материала сопротивляться внедрению в него другого тела. Твердость тесно связана с прочностью.
Ударную вязкость оценивают при динамических испытаниях.
Физические свойства металлов и сплавов
К физическим свойствам металлов и сплавов относятся:
• температура плавления;
• плотность;
• температурный коэффициент;
• электросопротивление;
• теплопроводность.
Физические свойства металлов и сплавов обусловлены их составом и структурой.
Химические свойства металлов и сплавов
К химическим свойствам относится способность к химическому взаимодействию с агрессивными средами.
Технологические свойства металлов и сплавов
Технологические свойства – это способность материала подвергаться различным методам горячей и холодной обработки.
У металлов и сплавов такими свойствами являются:
• литейные свойства определяются жидкотекучестью, усадкой и т. п.;
• деформируемость – способность принимать форму под нагрузкой без разрушения;
• свариваемость – способность образовывать сварное (неразъемное) соединение требуемого качества;
• обрабатываемость режущим инструментом.
Эксплуатационные свойства металлов и сплавов
Эксплуатационные, или служебные, свойства металлов и сплавов определяются условиями работы машин или конструкций, изготовленных из этих материалов.
В зависимости от условий работы выделяют:
• коррозионную стойкость – сопротивление действию агрессивной среды;
• хладостойкость – сохранение свойств пластичности при температуре ниже 0 °C;
• жаропрочность – сохранение механических свойств при высоких температурах;
• жаростойкость – способность сплава сопротивляться окислению в газовой среде при высоких температурах;
• антифрикционность – способность сплава прирабатываться к другому сплаву.
Около 90 % выплавляемой стали и большую часть цветных металлов перерабатывают прокаткой. При прокатке металл в слитках, полученных выплавкой, проходит через специальные вращающиеся валки, деформируется и принимает различные формы в зависимости от вида прокатки и формы валков.
Сортамент проката. Классификация и маркировка сталей
Почти весь сортамент (кроме специального назначения) выпускается в соответствии с ГОСТом (Государственным общесоюзным стандартом). В ГОСТах на сортамент проката приведены площадь поперечного сечения, размеры, масса 1 п. м длины профиля и допустимые отклонения от номинальных размеров.
Форму поперечного сечения прокатанного металла называют профилем.
Совокупность форм и размеров профилей, получаемых прокаткой, называют сортаментом.
Сортамент проката
Сортамент проката делится на 4 основные группы:
• сортовой прокат – профили простой геометрической формы;
• фасонный (швеллер, рельс, уголок, тавр и т. д.);
• листовой прокат – фольга (толщина проката менее 0,2 мм);
• тонколистовой (толщина менее 4 мм);
• толстолистовой (толщина 4–160 мм);
• трубы (трубный прокат) – бесшовные трубы диаметром 30–650 мм;
• сварные (шовные) трубы диаметром 5–2500 мм;
• специальные виды проката – кольца, колеса, шары и т. п.
Классификация сталей
Стали классифицируют по назначению, химическому составу, качеству. По химическому составу классифицируют главным образом конструкционные стали.
Конструкционными называют стали, предназначенные для изготовления деталей машин и металлических конструкций. Конструкционные стали делят на углеродистые и легированные.
Углеродистые стали могут быть:
• низкоуглеродистые – с содержанием углерода не более 0,09–0,25 %;
• среднеуглеродистые – с содержанием углерода в пределах 0,25–0,45 %;
• высокоуглеродистые – с содержанием углерода 0,45–0,75 %.
По назначению применения стали подразделяют на:
• строительные стали – углеродистые и низколегированные, обыкновенного качества, т. е. для конструкций общего назначения;
• инструментальные стали для изготовления режущих и измерительных инструментов, штампов и т. п.;
• машиностроительные стали специализированного и общего назначения для изготовления деталей, машин, строительных конструкций;
• стали с особыми свойствами, которые подразделяют на стали с особыми физическими, химическими и технологическими свойствами (магнитные, жаропрочные, коррозионностойкие).
По качеству стали классифицируют на стали обыкновенного качества, качественные, высококачественные, особовысококачественные.
Качество стали определяется условиями металлургического производства и содержанием в них вредных примесей.
Стали классифицируют на группы А, Б, В:
А – стали обыкновенного качества, с механическими свойствами ниже, чем у других групп сталей. Основным элементом, определяющим эти механические свойства, является углерод. Эти стали имеют повышенное содержание серы (до 0,06 %) и фосфора (до 0,07 %).
Б – качественные стали, углеродистые или легированные с содержанием серы и фосфора не более 0,035 %.
В – высококачественные, в основном легированные стали. Содержание серы и фосфора не более 0,025 %.
Особовысококачественные стали. Это стали специального назначения, с содержанием серы и фосфора не более 0,015 %.
По химическому составу стали делят на углеродистые и легированные.
По способу раскисления стали классифицируют на:
• спокойные стали, когда сталь хорошо раскислена марганцем, кремнием, алюминием и ее затвердевание проходит без выделения газов;
• кипящие стали, когда сталь раскислена только марганцем и при ее затвердении происходит бурное выделение углекислого газа, создавая впечатление кипения стали;
• полуспокойные стали – раскислены марганцем и алюминием и занимают промежуточное положение между кипящей и спокойной сталью.
Маркировка сталей
Принятая буквенно-цифровая система обозначений сталей является простой и наглядной.
• Стали обыкновенного качества (группа А) обозначают Ст0–Ст6.
• Углеродистые стали.
Углеродистые стали, за исключением сталей обыкновенного качества, маркируют по содержанию углерода.
• Углеродистые качественные конструкционные стали маркируют двухзначным числом, указывающим среднее содержание углерода в стали в сотых долях процента. Например, сталь 40 содержит 0,4 % С и т. д. Если сталь при этом раскислена не полностью, то в обозначении добавляют индексы: «пс» – для полуспокойной стали и «кп» – для кипящей стали. Для спокойных сталей индекс не применяют. Например, сталь 08кп содержит 0,08 % С, это кипящая сталь.
• Углеродистые качественные инструментальные стали маркируют буквой «У», и следующие за ней цифры указывают на среднее содержание углерода в десятых долях процента. Например, сталь У8 содержит 0,8 % С, это качественная инструментальная сталь. Если сталь при этом высококачественная, то в конце следует буква «А». Например, У12А.
• Конструкционные легированные стали. Легирующие элементы вводят в стали специально с целью изменения свойств. Легирующие элементы обозначают русскими буквами. Цифры после буквы указывают примерное содержание данного легирующего элемента, округленного до целого числа процентов.
Буквенное обозначение легирующих элементов:
А – азот, если буква находится в середине марки;
Б – ниобий;
В – вольфрам;
Г – марганец;
Д – медь;
К – кобальт;
М – молибден;
Н – никель;
П – фосфор;
Р – бор;
С – кремний;
Т – титан;
X – хром;
Ц – цирконий;
Ю – алюминий.
Таблица 3