Назначение легирующих элементов
Основным легирующим элементом является хром (0,8…1,2)%. Он повышает прокаливаемость, способствует получению высокой и равномерной твердости стали. Порог хладоломкости хромистых сталей - (0…-100)oС.
Дополнительные легирующие элементы.
Бор - 0.003%. Увеличивает прокаливаемость, а такхе повышает порог хладоломкости (+20…-60 o)С.
Марганец – увеличивает прокаливаемость, однако содействует росту зерна, и повышает порог хладоломкости до (+40…-60)oС. Титан (~0,1%) вводят для измельчения зерна в хромомарганцевой стали.
Введение молибдена (0,15…0,46)% в хромистые стали увеличивает прокаливаемость, снихает порог хладоломкости до (–20…-120o)С. Молибден увеличивает статическую, динамическую и усталостную прочность стали, устраняет склонность к внутреннему окислению. Кроме того, молибден снижает склонность к отпускной хрупкости сталей, содержащих никель.
Ванадий в количестве (0.1…0.3) % в хромистых сталях измельчает зерно и повышает прочность и вязкость.
Введение в хромистые стали никеля, значительно повышает прочность и прокаливаемость, понижает порог хладоломкости, но при этом повышает склонность к отпускной хрупкости (этот недостаток компенсируется введением в сталь молибдена). Хромоникелевые стали, обладают наилучшим комплексом свойств. Однако никель является дефицитным, и применение таких сталей ограничено.
Значительное количество никеля можно заменить медью, это не приводит к снижению вязкости.
При легировании хромомарганцевых сталей кремнием получают, стали – хромансиль (20ХГС, 30ХГСА). Стали обладают хорошим сочетанием прочности и вязкости, хорошо свариваются, штампуются и обрабатываются резанием.Кремний повышает ударную вязкость и температурный запас вязкости.
Добавка свинца, кальция – улучшает обрабатываемость резанием. Применение упрочнения термической обработки улучшает комплекс механических свойств.
Легирующие элементы растворяются в основных фазах железоуглеродистых сплавов ( феррит, аустенит, цементит), или образуют специальные карбиды.
Классификация и маркировка сталей.
По назначению углеродистые стали подразделяют на конструкционные (С до 0,8 %) и инструментальные (С 0,8-1,2 %).
1. Конструкционные стали бывают обыкновенного качества и качественные.
Стали обыкновенного качества (ГОСТ 380—71) подразделяют на группы А, Б и В. Стали группы А характеризуются механическими свойствами; группы Б— химическим составом и группы В — механическими свойствами и химическим составом. По степени раскисления эти стали бывают кипящими (кп), полуспокойными (пс) или спокойными (сп). В зависимости от нормируемых показателей механических свойств эти стали подразделяют также на ряд категорий.
Конструкционные стали обыкновенного качества обозначают буквами Ст и цифрой — номером стали, например СтЗ, Ст5 и т. д. Группа стали указывается соответствующей буквой в начале марки — БСт1, ВСтб (в марке стали группы А такая буква не ставится — Ст4). В марке указывается также степень раскисления стали (Ст1кп; БСт2пс) и в конце — категория — Ст2кпЗ; ВСт4кп4 (первая категория не указывается — Ст1сп).
Качественныеконструкционные стали (ГОСТ 1050—74) отличаются меньшим содержанием серы и фосфора (^0,04 %), в них строже регламентируется содержание других элементов, неметаллических примесей.
Эти стали маркируют числами 08, 10, 15, 20...85, указывающими среднее содержание углерода в сотых долях процента. По степени раскисления они могут быть также кипящими, полуспокойными или спокойными.
Из конструкционных сталей выделяются так называемые автоматные стали с повышенной обрабатываемостью резанием, применяемые в основном для изготовления из них деталей на станках-автоматах. Эти стали характеризуются повышенным содержанием серы (0,08—0,30 %) и фосфора (до 0,15 %). Сера образует в стали сульфид MnS, оказывающий смазывающее действие на инструмент, а фосфор способствует образованию ломкой стружки и получению чистой блестящей поверхности при резании.
Автоматные стали маркируют буквой А и числом, указывающим содержание углерода в сотых долях процента: А12, А20, АЗО.
2. Инструментальные стали (ГОСТ 1435—74) подразделяют на качественные: У8...У12, и высококачественные: У8А... ... У12А,. Числа в марке указывают содержание углерода в десятых долях процента, буква А в конце марки обозначает высококачественную сталь.
Легированные стали
Легированными называют стали, в которых содержатся специально введенные (легирующие) элементы, изменяющие их свойства. К таким элементам относятся: Cr, Ni, Mo, V, Ti и др. Марганец в количестве свыше
1 % и кремний свыше 0,5 % также являются легирующими.
Легирующие элементы в марках стали обозначают буквами: В — вольфрам, Г — марганец, К — кобальт, М — молибден, Н — никель, С — кремний, Т — титан, Ф — ванадий, X — хром, Ю — алюминий.
Число в начале марки конструкционной стали указывает на содержание углерода в сотых долях процента, цифры после букв — среднее содержание обозначенного этими буквами элемента в процентах. Например, марка 18Х2Н4В обозначает сталь со средним содержанием 0,18 % С,
2 % Сг, 4 % Ni и около 1 % W.
При маркировке инструментальных и некоторых специальных сталей иногда отходят от этого правила. Например, марка Х12М обозначает сталь с содержанием около 1,5 % С, 12 % Сг и 0,5 % Мо.
Некоторые легированные стали выделены в отдельные группы: Ш — шарикоподшипниковые; Р — быстрорежущие; Е — магнитике и др.
Стали, находящиеся в стадии исследования, обозначают буквами ЭИ и условным номером (ЭИ943) и пробные — буквами ЭП и условным номером (ЭП54).
Легированные стали подразделяют на конструкционные, инструментальные и со специальными физическими свойствами.
К конструкционнымлегированным сталям относятся стали, применяемые для изготовления цементуемых и улучшаемых термообработкой деталей машин, рессор и пружин, шарико- и роликоподшипников, жаропрочные, износо- и коррозионно-стойкие стали. Эти стали легируют разнообразными элементами — Mn, Ni, Si, Cr, Mo, Ti, Al и др.
К инструментальнымотносятся стали для режущего, штампового, измерительного инструмента. Эти стали должны обладать высокой твердостью и износостойкостью, поэтому их легируют в основном карбидо-образующими элементами — Cr, W, V, Мо и др.
К сталям и сплавам со специальными физическими свойствами относятся магнитные материалы, с высоким электросопротивлением, с заданным коэффициентом линейного расширения, с особыми упругими свойствами. Большинство из них отличаются высоким содержанием никеля, хрома, кобальта и других элементов.
Рис 5.2 Классификация сталей
ЛЕКЦИЯ 6
Классификация чугунов
Чугун отличается от стали: по составу – более высокое содержание углерода и примесей; по технологическим свойствам – более высокие литейные свойства, малая способность к пластической деформации, почти не используется в сварных конструкциях.
В зависимости от состояния углерода в чугуне различают:
- белый чугун – углерод в связанном состоянии в виде цементита, в изломе имеет белый цвет и металлический блеск;
- серый чугун – весь углерод или большая часть находится в свободном состоянии в виде графита, а в связанном состоянии находится не более 0,8 % углерода. Из-за большого количества графита его излом имеет серый цвет;
- половинчатый – часть углерода находится в свободном состоянии в форме графита, но не менее 2 % углерода находится в форме цементита. Мало используется в технике.
Строение, свойства, классификация и маркировка серых чугунов
Из рассмотрения структур чугунов можно заключить, что их металлическая основа похожа на структуру эвтектоидной или доэвтектоидной стали или технического железа. Отличаются от стали только наличием графитовых включений, определяющих специальные свойства чугунов.
В зависимости от формы графита и условий его образования различают следующие группы чугунов: серый – с пластинчатым графитом; высокопрочный – с шаровидным графитом; ковкий – с хлопьевидным графитом.
Схемы микроструктур чугуна в зависимости от металлической основы и формы графитовых включений представлены на рис. 6.1
.
Рис. 6.1 Схема микроструктур в зависимости от металлической основы и формы графитовых включений
Наиболее широкое распространение получили чугуны с содержанием углерода 2,4…3,8%. Чем выше содержание углерода, тем больше образуется графита и тем ниже его механические свойства, следовательно, количество углерода не должно превышать 3,8 %. В то же время для обеспечения высоких литейных свойств (хорошей жидкотекучести) углерода должно быть не менее 2,4 %.