Карбиды в легированных сталях

 

По степени сродства легирующих элементов к углероду по сравнению со сродством к нему железа различают карбидообразующие и некарбидообразующие легирующие элементы.

К карбидообразующим относятся переходные металлы с недостроенной d-электронной оболочкой. Чем меньше электронов на оболочке, тем больше сродство к углероду. В процессе карбидообразования углерод отдает свои валентные электроны на заполнение d-электронной полосы атома металла, тогда как у металла валентные электроны образуют металлическую связь, обусловливающую металлические свойства карбидов.

В сталях карбидообразующими являются следующие элементы: Fе, Мn, Сг, Мо, W, V, NЬ, Тi (элементы перечислены в порядке возрастания их карбидообразующей способности). Некарбидообразующие элементы (Cu, Ni, Co, Si, Al) карбидов в стали не образуют.

При соотношении атомных радиусов углерода и металла менее 0,59 сильные карбидообразователи (Мо, W, V, Nb, Тi) образуют с углеродом фазы внедрения. При этом чаще всего карбиды имеют формулу МеС, т.е. на один металлический атом приходится один атом углерода. При известных условиях W и Мо образуют карбиды, более богатые металлом (Ме2С, Mo2C, WC, VC, TiC, TaC, W2C) имеют простую кристаллическую решетку, отличаются очень высокой тугоплавкостью, практически нерастворимы в аустените.

При соотношении атомных радиусов углерода и металла более 0,59 образуются типичные химические соединения: Fe3C, Cr23C6, Cr7C3, Fe3W3C, которые имеют сложную кристаллическую решетку и при нагреве растворяются в аустените.

Все карбиды обладают высокой твердостью и температурой плавления.

 

4.6. Классификация и маркировка сталей

4.6.1. Классификация сталей

 

Стали классифицируются по множеству признаков.

По химическому составу:

1) углеродистые:

углерод, %

низкоуглеродистые………….до 0,25

среднеуглеродистые………..0,25…0,65

высокоуглеродистые……….свыше 0,65

2) легированные:

суммарное содержание

легирующий элементов, %

низколегированные………….ниже 2,5

среднелегированные…………2,5…10

высоколегированные……….свыше 10

Если содержание Fe меньше 45 %, то это сплав, если больше – сталь. Основа сплава – элемент самого высокого содержания.

По назначению:

1) конструкционные – применяются для изготовления деталей машин и механизмов;

2) инструментальные – применяются для изготовления различных инструментов;

3) с особыми свойствами: электротехнические, с особыми магнитными свойствами и др.

По структуре в равновесном состоянии:

1) доэвтектоидные;

2) эвтектоидные;

3) заэвтектоидные.

По основной структуре после нагрева до 900 ºC с последующим охлаждением на воздухе: перлитные, бейнитные, мартенситные, ферритные, аустенитные.

Также могут быть смешанные классы: феррито-перлитный и т.д. (при наличии не менее 10 % перлита).

По качеству. Количественным показателем качества является содержания вредных примесей: серы и фосфора, % (не более):

обыкновенного качества………………….S≤0,05, P≤0,04

качественные стали……………………….S, P ≤0,035

высококачественные……………………...S, P ≤0,025

особовысокачественные………………….S≤0,015, P≤0,025

По способу выплавки:

1) в мартеновских печах;

2) в кислородных конверторах;

3) в электрических печах: электродуговых, индукционных и др.

 

4.6.2. Маркировка сталей

 

В России принято буквенно-цифровое обозначение сталей.

 

Углеродистые стали обыкновенного качества. Стали содержат повышенное количество серы и фосфора.

Маркируются Ст.2кп, БСт.3кп, ВСт.3пс, ВСт.4сп.

Ст – индекс данной группы стали. Цифры от 0 до 6 – это условный номер марки стали. С увеличением номера марки возрастает прочность и снижается пластичность стали. По гарантиям при поставке существует три группы сталей – А, Б и В. Для сталей группы А при поставке гарантируются механические свойства, в обозначении индекс группы А не указывается. Для сталей группы Б гарантируется химический состав. Для сталей группы В при поставке гарантируются и механические свойства, и химический состав.

Индексы кп, пс, сп указывают степень раскисленности стали: кп – кипящая; пс – полуспокойная; сп – спокойная.

 

Качественные углеродистые стали. Качественные стали поставляют с гарантированными механическими свойствами и химическим составом (группа В). Степень раскисленности в основном спокойная.

Конструкционные качественные углеродистые стали. Маркируются двухзначным числом, указывающим среднее содержание углерода в сотых долях процента. Указывается степень раскисленности, если она отличается от спокойной.

Сталь 08, сталь 10 пс, сталь 45.

Содержание углерода соответственно 0,08; 0,10; 0,45 %.

Инструментальные качественные углеродистые стали маркируются буквой У (углеродистая инструментальная сталь) и числом, указывающим содержание углерода в десятых долях процента.

Сталь У8, сталь У13.

Содержание углерода соответственно 0,8 и 1,3 %.

Инструментальные высококачественные углеродистые стали. Маркируются аналогично качественным инструментальным углеродистым сталям, только в конце марки ставят букву А, для обозначения высокого качества стали.

Сталь У10А.

 

Легированные стали. Обозначение буквенно-цифровое. Легирующие элементы имеют условные обозначения. Обозначаются буквами русского алфавита.

 

Обозначения легирующих элементов:


А – азот ( указывается в

середине марки),

Б – ниобий,

В – вольфрам,

Г – марганец,

Д – медь,

Е – селен,

К – кобальт,

М – молибден,

Н – никель,

П – фосфор,

Р – бор,

С – кремний,

Т – титан,

Ф – ванадий,

Х – хром,

Ц – цирконий,

Ю – алюминий,

Ч – редкоземельные


 

Легированные конструкционные стали. В начале марки указывается двухзначное число, показывающее содержание углерода в сотых долях процента. Далее перечисляются легирующие элементы. Число, следующее за условным обозначением элемента, показывает его содержание в процентах. Если число не стоит, то содержание элемента не превышает 1,5 %.

Сталь 30Х2МА.

В указанной марке стали содержится около 0,30 % углерода, 2 % хрома, менее 1 % молибдена.

Для обозначения высококачественных легированных сталей в конце марки указывается символ А.

 

Легированные инструментальные стали. В начале марки указывается однозначное число, показывающее содержание углерода в десятых долях процента. При содержании углерода более 1 % число не указывается.

Далее перечисляются легирующие элементы с указанием их содержания.

Некоторые стали имеют нестандартные обозначения.

Сталь 9ХС, сталь ХВГ.

 

Быстрорежущие инструментальные стали. Р – индекс данной группы сталей (от rapid – скорость), далее число, указывающее содержание основного легирующего элемента – вольфрама. Содержание углерода более 1 %. Во всех быстрорежущих сталях содержится около 4 % хрома, поэтому он не указывается. Если стали содержат легирующие элементы, то их содержание указывается после обозначения соответствующего элемента.

Сталь Р5М3.

В указанной стали содержание вольфрама – 5 %,молибдена3 %.

 

Шарикоподшипниковые стали. Ш – индекс данной группы сталей. Х – указывает на наличие в стали хрома. Последующее число показывает содержание хрома в десятых долях процента. Содержание углерода более 1 %.

Сталь ШХ6, сталь ШХ15ГС.

В указанных сталях, соответственно, 0,6 и 1,5 %хрома.

Буква А в конце марки обозначает высококачественную сталь (30ХГСА), в середине марки – азот, в конце марки – сталь автоматная (А35Г2).

Высоколегированные стали сложного состава иногда обозначают по порядковому номеру разработки и освоения на заводе (ЭИ, ЭП – «Электоросталь»).

 

 

1. Материаловедение / под ред. Б.Н. Арзамасова. М.: Изд-во. МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2001. 648 с.

2. Гольдштейн М.И. Специальные стали / М.И. Гольдштейн, С.В. Грачев, Ю.Г. Векслер. М.: МИСиС, 1999. 408 с.

3. Гуляев А.П. Металловедение: учебник / А.П. Гуляев М.: Металлургия, 1986. 644 с.