Карбиды в легированных сталях
По степени сродства легирующих элементов к углероду по сравнению со сродством к нему железа различают карбидообразующие и не карбидообразующие 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, обуславливающую 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). Не карбидообразующие 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 отличающиеся 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 высокотемпературного 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):
1. обыкновенного качества S≤0,05, P≤0,04
2. качественные стали S, P ≤0,035
3. высококачественные S, P ≤0,025
4. 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 быстрорежущий сталях содержится около хрома 4 %, поэтому он не указывается. Если стали содержат легирующие элемент, то их содержание указывается после обозначения соответствующего элемента.
Сталь Р5М3.
В указанной стали содержание вольфрама – 5 %, молибдена – 3 %.
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 начале марки – сталь автоматная (А35Г2).
Высоколегированные стали сложного состава иногда обозначают по порядковому номеру разработки и освоения на заводе (ЭИ, ЭП – «Электоросталь»).