Назначение инструментальной нелегированнои стали различных марок

У7, У7А - Для обработки дерева, пневматических инструментов небольших размеров, кузнечных штампов и др.
У8, У8А, У8Г, У8ГА, У9, У9А - Для изготовления инструментов, работающих в условиях, не вызывающих разогрева режущей кромки. Для обработки дерева, накатных роликов, плит и стержней для форм литья под давлением оловянно-свинцовистых сплавов и т. д.
У10А, У12А - Для сердечников.
У10, У10А - Для игольной проволоки.
У10, У10А, У11, У11А - Для изготовления инструментов, работающих в условиях, не вызывающих разогрева режущей кромки. Для обработки дерева, штампов холоднел штамповки (вытяжных, высадочных, обрезных и вырубных), калибров простой формы и пониженных классов точности, накатных роликов, напильников, шаберов слесарных, напильников, и т. д.
У12, У12А - Для метчиков ручных, напильников, шаберов слесарных, штампов для холодной штамповки обрезных и вырубных небольших размеров и без переходов по сечению.
У13, У13А - Для инструментов с пониженной износостойкостью при умеренных и значительных удельных давлениях (без разогрева режущей кромки); напильников, бритвенных лезвий и ножей, острых хирургических инструментов.

Все стали имеют свою маркировку, отражающую в первую очередь их химический состав. В маркировке стали первой цифрой указано содержание углерода в сотых долях процента. Затем следуют буквы русского алфавита, обозначающие наличие легирующего элемента. Если за буквой цифры нет, это означает, что содержание легирующего элемента составляет не более одного процента, а следующие за буквой цифры (цифра) означают содержание его в процентах.

Примеры расшифровки обозначения сталей:

ЗОХГСА: содержание углерода - 0,30 %, хрома, марганца, кремния по одному проценту, буква "А" обозначает высокое качество;

15Х25Т: содержание углерода - 0,15 %, хрома - до 25 %, титана - до 1,0 %;

08Х21Н6М2Т: содержание углерода - 0,08 %, хрома - 21,0 %, никеля - 6,0 %, молибдена -2,0 %, титана - до 10 процента.

Условные обозначения легирующих элементов:
азот (N) - А; алюминий (Аl) - Ю; бериллий (Be) - Л; бор (В) - Р ванадий (V) - Ф; висмут (Вi) - Ви; вольфрам (W) - В; кобальт (Со) - К; кремний (Si) - С; магний (Мg) - Ш; марганец (Мn)-Г; свинец (РЬ) – АС; медь (Си) - Д; молибден (Мо) - М; никель (N1) - Н; ниобий (МЬ) – Б; титан (Ti) - Т; углерод (С) - V; фосфор (Р) - П; хром (Сг) – X; цирконий (Zг)-Ц.

Для улучшения качества стали применяются новые методы ее выплавки, которые находят отражение в обозначениях марок стали:

ВД - вакуумно-дуговой;

ВИ - вакуумно-индукционный;

Ш - шлаковый;

ПВ - прямого восстановления;

ЭШП - электронно-шлаковый переплав;

ШД – вакуумно-дуговой после шлакового переплава;

ЭЛП - электронно-лучевой переплав,

ПДП - плазменно-дуговой переплав.

По степени раскисления стали маркируются: кипящие – КП,
полуспокойные – ПС, спокойные – СП.

 

2.1.2.6. Маркировка сталей по химическому составу

Маркировка сталей по химическому составу является наиболее общей. Эта маркировка учитывает также область применения, условия производства и качество сталей. Однако в марках некоторых сталей более узкого применения (например, автоматных, шарикоподшипниковых, быстрорежущих и др.) от правил такой маркировки существуют отклонения, которые будут рассмотрены в соответствующих разделах.

Новые стали и сплавы, еще не включенные в государственные стандарты и поставляемые по техническим условиям, обозначаются буквами, указывающими на завод-изготовитель (например, ЭК, ЭП или ЭИ - завод "Электросталь") и номером, присвоенным этим заводом.

Углеродистые стали

а} Стали углеродистые обыкновенного качества (ГОСТ 380-88)

Стали углеродистые обыкновенного качества содержат до 0,07% фосфора, 0,06% серы, 0,06...0,49% углерода и в равновесном состоянии имеют ферритно-перлитную структуру.

Буквы Ст в марке означают "сталь обыкновенного качества", цифры - условный номер марки в зависимости от нормируемых показателей (величин механических свойств). Чем больше условный номер стали, тем больше содержание углерода и перлита в ней и тем выше ее прочность и ниже пластичность.

Углеродистые стали обыкновенного качества изготавливают следующих марок: СтО, Ст1, Ст2, СтЗ, Ст4, Ст5, Стб. Стандартом предусмотрена также сталь с повышенным (0,8...1,1%) содержанием марганца: СтЗГпс, СтЗГсп и Ст5Гпс. Наиболее распространенная сталь СтЗсп имеет s =380...490 МПа, s_0,2 = 210...250 МПа и d= 25..22%, а Ст5сп - s= 500...600 МПа, s_0,2 = 240...280 МПа и d = 20...17%. Чем больше толщина изделия проката, тем ниже значения приведенных характеристик. По условиям поставки стали обыкновенного качества классифицируются на три группы, буквенное обозначение которых (кроме А) указывают в начале марки:

• А - поставляемые по механическим свойствам (Ст0, Ст1, Ст2, СтЗ, Ст4, СтЗ, Стб) для изготовления изделий, не подвергающихся горячей обработке;

• Б - поставляемые по химическому составу (БСт0, БСт1,..., БСтб) для изготовления изделий, подвергающихся горячей обработке;

• В - поставляемые по механическим свойствам и химическому составу (ВСт1^ ВСт2,..., ВСт5) для изготовления сварных конструкций.

Дополнительными индексами указываются степень раскисления и характер затверде­вания стали (например, СтЗкп, Ст5пс, Ст6сп). В группе А при отсутствии обозначений сп, пс, кп подразумевается сталь спокойная.

С целью гармонизации принятого отечественного обозначения марок с международным в ГОСТ 380—94 приведено их сопоставление

Сопоставление марок стали типа Cm и Fе по международным стандартам ИСО 630-80 и ИСО 1052-82

Марки стали
Ст	Fe	Ст	Fe
СтО	Fe310-0	Ст4кп	Fe430-A
Ст1кп		Ст4пс	Fe430-B
Ст1пс		Ст4сп	Fe430-C
Ст1сп	—	—	Fe430-D
Ст2кп		Ст5пс	Fe510-B, Fe490
Ст2пс		Ст5Гпс	Fe510-B, Fe490
Ст2сп		Сг5сп	Fe510-C, Fe490
СтЗкп	Fe360-A
СтЗпс	Fe360-B	Ст6пс	Fe590
СтЗГпс	Fe360-B	Стбсп	Fe590
СтЗсп	Fe360-C		Fe690
СтЗГсп	Fe360-C	—
	Fe360-D

Углеродистые конструкционные стали обыкновенного качества предназначены для изготовления:

· горячекатаного проката;

· холоднокатаного тонколистового проката;

· слитков, блюмов, слябов;

· труб;

· поковок и штамповок;

· метизов и др.

Прокатное производство — получение из металлов и сплавов путем прокатки различных изделий и полуфабрикатов, а также их дополнительная обработка с целью повышения качества. В промышленных странах прокатке подвергается более 80° о выплавляемой стали.

Основные виды изделий прокатного производства: сортовой и листовой прокат, металлический профиль и жесть.

Прокат — продукция металлургического производства. Сортовой прокат используется для производства простых и фасонных профилей и катанки (заготовки для получения проволоки). Из листового проката производят листы, полосы, ленты, жесть, в том числе биметаллические и с покрытиями).

Металлический профиль — изделие, полученное прокаткой, прессованием, формовкой (гибкой) между валками. Различают профили с постоянным по длине поперечным сечением, так называемые переменные профили (в том числе периодические) и специальные (бандажи, колеса, шестерни, шары и др.). Некоторые металлические профили—квадратный, круглый, полосовой, угловой, двутавровый, швеллерный рельс, тавровый, шпунтовой профили.

Жесть —тонкая холоднокатаная отожженная листовая сталь толщиной 0,08...0,32 мм. Для предохранения от воздействия пищевых сред и атмосферной коррозии на поверхность жести наносят защитные покрытия — олово (белая жесть), хром, специальные лаки и др.

Трубное производство — получение полых изделий из металлов преимущественно кольцевого сечения и относительно большой длины. Трубы со швом изготовляют, главным образом, сваркой, бесшовные — прокаткой (реже прессованием, волочением, литьем).

Трубное производство осуществляется также для керамики, асбоцемента, кирпича, железобетона, дерева, стекла, каучука, пластмасс и других материалов.

Метизное производство — получение стандартизированных металлических изделий (метизов). Различают промышленные метизы (стальная проволока, канаты, гвозди, болты, железнодорожные костыли и т.п.) и метизы широкого назначения (ножи, пилы и т. д.).

Изделия из углеродистых конструкционных сталей обыкновенного качества широко применяются в строительстве для сварных, клепанных и болтовых конструкций, а также для выполнения кровельных работ. Среднеуглеродистые стали (Ст5, Ст5Г), обладающие большей прочностью, чем низкоуглеродистые, предназначены для рельсов, железнодорожных колес, а также валов, шкивов, шестерен и других деталей грузоподъемных машин.

Механические свойства углеродистой конструкционной стали обыкновенного качества могут быть значительно повышены, а порог хладноломкости понижен закалкой в воде после прокатного нагрева.

б) качественные

Стали углеродистые конструкционные качественные (ГОСТ 1050-74) содержат не более 0,35% фосфора, не более 0,04% серы, 0,05...0,6% углерода. Эти стали характеризуются высокими пластичностью и свариваемостью. Они могут использоваться без упрочняющей термической обработки или после нее.

Качественные углеродистые стали маркируют цифрами 08, 10, 15, 20,.... 85. Двузначные числа в марке показывают содержание углерода в сотых долях процента. Дополнительными индексами могут быть указаны степень раскисления и характер затвердевания стали в изложнице (например, сталь 08кп).

Низкоуглеродистые (менее 0,25% С) качественные конструкционные стали обладают невысо­кой прочностью ((Те = 330...460 МПа, Сто,2 = 200...280МПа) и высокой пластичностью (5 = 33...23%). Стали 05кп, 08кп, 08, 10 идут на изготовление деталей сложной конфигурации методом холодной штамповки. Из сталей 15кп, 15, 20 изготавливают болты, гайки, винты, пальцы, валки, оси, крюки, шпильки и другие детали неответственного назначения. Если детали из этих сталей эксплуатируются в условиях изнашивания поверхности, то их подвергают поверхностному упрочнению цементацией или нитроцементацией.

Среднеуглеродистые (0,3..0,5% С) стали 30, 35,..., 55 используются после нормализации, улучшения и поверхностной закалки. После улучшения стали 40, 45, 50 имеют следующие механические свойства: s = 600...700 МПа, s_0,2= 400...600 МПа, y= 50...40% и KCU = 0,4...0,5 МДж/м². Прокаливаемость этих сталей невелика. Стали 30, 35, 40, 45 используются для изготовления деталей, от которых требуется сочетание высокой прочности с вязкостью сердцевины (оси, валики, винты, шайбы, втулки, коленчатые валы и др.).

Стали 60, 65,..., 85 с высоким содержанием (0,6...0,85%) углерода обладают повышенными прочностью, износостойкостью и упругими свойствами. Их применяют после закалки и отпуска, нормализации и отпуска и поверхностной закалки. Из сталей 65, 70, 75, 80, 85 изготавливают детали, работающие в условиях трения и вибрационных нагрузок: прокатные валки (сталь 60), крановые колеса (сталь 75), диски сцепления и впускные клапаны компрессоров (сталь 85), а также пружины и рессоры (ГОСТ 14959-79).

Инструментальные углеродистые стали

В углеродистых инструментальных сталях (ГОСТ 1435-74) буква У в обозначении марки означает "углеродистая сталь", а цифра показывает содержание углерода в десятых долях процента.

Углеродистые инструментальные стали могут выпускаться качественными (содержание серы не превышает 0,03%, фосфора - 0,035%) и высококачественными (с содержанием серы не более 0,02% и фосфора - 0,03). В конце марки высококачественных углеродистых инструментальных сталей ставится буква А.

Стали У7 (доэвтектоидная ферритно-перлитная) и У8, У8А (эвтектоидные) наиболее пластичные из углеродистых инструментальных сталей. Они идут на производство молотков, стамесок, долот, зубил.

Из сталей У 10, У11, У11А изготавливают резцы, сверла, метчики, фрезы, плитки и прочий мерительный и режущий инструмент для резания мягких материалов. Стали У12, У13, У13А используются для изготовления инструмента, работающего без ударных нагрузок (напильники, рашпили, бритвы).

Легированные стали

При маркировке легированной стали используют буквенные обозначения легирующих элементов (табл.4). Эти буквы в сочетании с цифрами образуют марку стали.

В марке содержание легирующего элемента, если оно превышает 1...1,5%, указывается цифрой (массовая доля в целых процентах), стоящей после соответствующей буквы. Если за буквой отсутствует цифра, то содержание данного элемента около 1%. Исключение сделано для некоторых элементов (V, Ti, Mo, Nb, Zr, В, N и др.), присутствие которых в сталях даже в тысячных долях процента оказывает существенное влияние на свойства стали (микролегирование).

Таблица 4. Условные обозначения легирующих элементов в металлах и сплавах

Элемент	Символ	Обозначение элементов в марках металлов и сплавов		Элемент	Символ	Обозначение элементов вмарках металлов и сплавов
		черные	цветные			черные	цветные
Азот	N	А	-	Неодим	Nd	-	Нм
Алюминий	А1	Ю	А	Никель	Ni	-	Н
Барин	Ва	-	Бр	Ниобий	Nb	Б	Нп
Бериллии	Be	Л		Олово	Sn	-	О
Бор	В	р	-	Осмий	Os	-	Ос
Ванадии	V	ф	Вам	Палладий	Pd	-	Пд
висмут	Bi	Ви	Ви	Платина	Pt	-	Пл
Вольфрам	W	В	-	Празеодим	Pr	-	Пр
Гадолиний	Gd	-	Гн	Рений	Re	-	Ре
Галлий	Ga	Ги	Ги	Родий	Rh	-	Rg
Гафнии	Hf	-	Гф	Ртуть	Hg	-	Р
Германий	Ge	-	Г	Рутений	Ru	-	Pv
Гольмий	Но	-	ГОМ	Самарий	Sm	-	Сам
Диспрозий	Dv	-	ДИМ	Свинец	Pb	-	С
Европий	Eu	-	Ев	Селен	Se	К	СТ
Железо	Fe	-	Ж	Серебро	Ag	-	Ср
Золото	Au	-	Зл	Скандий	Sc	-	С км
Индий	In	-	Ин	Сурьма	Sb	-	Cv
Иридий	Ir	-	И	Таллий	Tl	-	Тл
Иттербий	Yb	-	ИТН	Тантал	Та	-	ТТ
Иттрий	Y	-	ИМ	Теллур	Те	-	Т
Кадмий	Cd	Кд	Кд	Тербий	Tb	-	Том
Кобальт	Co	К	К	Титан	Ti	Т	ТПД
Кремний	Si	С	Кр(К)	Т\'лий	Tm	-	ТУМ
Лантан	La	-	Ла	Углерод	С	У	-
Литий	Li	-	Лэ	Фосфор	P	п	Ф
Лютеций	Lu	-	Люн	Хром	Cr	х	Х(Хр)
Магний	Mg	Ш	Мг	Церий	Ce	-	Се
Марганец	Mn	Г	Мц(Мр)	Цинк	Zn	-	Ц
Медь	Cu	Д	М	Цирконий	Zr	Ц	ЦЭВ
Молибден	Mo	М	-	Эрбий	Er	-	Эрм

Если в начале марки нет цифры, то количество углерода составляет 1% и выше. Для конструкционных сталей две цифры впереди марки указывают среднее содержание углерода в сотых долях процента. Для инструментальных сталей одна цифра в начале марки означает среднее содержание углерода в десятых долях процента.

Основная масса легированных сталей выплавляется качественными. Отличие в обозначении качественных, высококачественных и особо высококачественных сталей заключается в том, что в конце марки высококачественных сталей приписывается буква А, а особо высококачественных - буква Ш. У сталей, применяемых в виде литья (в отливке) в конце марки приписывается буква Л.

Для высококачественных сталей от этих правил существуют отклонения. Так в марках инструментальных легированных сталей, а также сталей и сплавов с особыми физическими свойствами буква А не указывается, так как все они всегда высококачественные (или особо высококачественные).

Некоторые группы сталей специального назначения содержат дополнительные обозначения: марки шарикоподшипниковых сталей начинаются с буквы Ш, быстрорежущих - с буквы Р, электротехнических - с буквы Э, магнитно-твердых - с буквы Е, автоматных - с буквы А. Более подробно о маркировке этих сталей будет сообщено в соответствующих разделах. 2.1.2.7. Конструкционные стали и сплавы

Общими потребительскими требованиями к конструкционным сталям являются наличие у них определенного комплекса механических свойств, обеспечивающего длительную и надежную работу материала в условиях эксплуатации, и хороших технологических свойств (обрабатываемости давлением, резанием, закаливаемости, свариваемости и др.).

Необходимые технологические и потребительские свойства конструкционных сталей и сплавов, в основном, обеспечиваются рациональным выбором химического состава, улучшением металлургического качества, соответствующей термической обработкой и поверхностным упрочнением.

Конструкционные стали и сплавы классифицируются по назначению на строительные (арматурные) и машиностроительные, которые, в свою очередь, подразделяются на группы общего и специального назначения.

Конструкционные строительные стали и сплавы

Свойства конструкционных строительных сталей и сплавов определяются в основном механическими и технологическими характеристиками. К механическим характеристикам относятся предел прочности, относительное удлинение, твердость, ударная вязкость; к технологическим - жидкотекучесть, свариваемость, ковкость и др.

Для конструкционных строительных сталей и сплавов используются углеродистые (0,10...0,20% С) и низколегированные (Si, Mn, Сг и др.) стали (ГОСТ 19281-73 и ГОСТ 19282-72). Эти стали, как правило, обыкновенного качества и поставляются по механическим свойствам.

Целью легирования этих сталей является повышение закаливаемости и вследствие этого обеспечение более высоких механических свойств (главным образом, предела текучести) в процессе охлаждения при прокатке. Применение низколегированных сталей взамен углеродистых позволяет сэкономить 15...30% металла. Для того, чтобы упрочнение не сопровождалось излишним снижением вязкости, пластичности и свариваемости, содержание углерода и легирующих элементов в строительных сталях ограничивается. Достоинством низколегированных малоуглеродистых сталей является также их хорошая свариваемость.

Конструкционные строительные стали в виде листов, сортового фасонного проката применяют в строительстве и машиностроении для сварных конструкций, в основном, без дополнительной терми­ческой обработки. Так стали 14Г2, 18Г2, 16ГС, 10Г2С1, 14ХГС и 15ХСНД используются для изготовления металлических конструкций, а стали 18Г2С, 25Г2С и 35ГС - для армирования железобетонных конструкций. Конструкционные строительные стали поставляют в виде прутков, профилей, листов и широких полос. Кроме того, применяют следующие изделия из этой стали: заклепки, болты, гайки, шайбы, винты, гвозди, поковки, а также стальные канаты.

Конструкционные машиностроительные стали и сплавы общего назначения

Основным потребительским требованием к конструкционным машиностроительным сталям и сплавам общего назначения является наличие определенного комплекса механических свойств при их заданном распределении по сечению изделия. Комплекс механических свойств, если не предъявляются какие-либо специальные требования, включает характеристики прочности, пластичности, удельной работы деформации разрушения (ударной вязкости).

По химическому составу эти стали (ГОСТ 1050-74 и ГОСТ 4543-71):

мало- и среднеуглеродистые - 0,05...0,65% С;

низко- и среднелегированные - Mn, Si, Cr, Ni и др.

Большинство конструкционных легированных сталей относится к перлитному классу, а в равновесном состоянии - к группе доэвтектоидных. Легирующие элементы определяют преимущественно закаливаемость и прокаливаемость, и, в меньшей степени, механические свойства (кроме никеля и молибдена, улучшающих вязкость). Наиболее широко применяют марки ЗОХГСН2А, ЗОХГСН2МА, 25Х2ГНТРА, ЗОХ2ГСН2ВМ и 40ХН2СМА.

Конструкционные машиностроительные стали и сплавы общего назначения классифицируются по способу упрочнения: без термической обработки, упрочняемые в поверхностном слое и упрочняемые по всему объему.

Рекомендуемыми режимами термической обработки углеродистых качественных конструкционных сталей в зависимости от условий эксплуатации изделий являются нормализация, закалка с отпуском, поверхностная закалка с отпуском или без него.

Стали (08кп, Юкп, 15кп, 08, СтЗ), используемые без термической обработки, поставляют, глав­ным образом, в листах. Они должны иметь пониженное содержание углерода и кремния, что обеспечи­вает их хорошую деформируемость (штампуемость, вытяжку, выдавливание и др.) в холодном состоя­нии. Штампуемость листовой стали ухудшается при наличие в ней крупного и неоднородного по разме­рам зерна, третичного цементита и др. структурных неодноррдностей. Для холодной штамповки из лис­товой стали в автомобилестроении используются стали 09Г2С, 09Г2, 16ГФР, 12ХМ и др.

При требовании высокой прочности поверхностного слоя используют нитроцементуемые, цементуемые, азотируемые, а также закаливаемые и с пониженной прокаливаемостью (упрочняемые в по­верхностном слое) стали. Так в качестве цементуемой углеродистой стали используются качественные и высококачественные стали марок 15, 20. После цементации, закалки в воде и низкого отпуска поверх­ность стали и-меет высокую твердость (HRC 58...62), обеспечиваемую мартенситной структурой, а серд­цевина не упрочняется, так как в ней сохраняется ферритно-перлитная микроструктура.

Легированные цементуемые стали (15Х, 15ХА, 15ХФ, 12ХНЗА, 12Х2Н4А, 20ХГНР, 18ХГТ и др.) применяют для деталей, более сильно напряженных, а также более крупных размеров и сложной формы - валы, оси, шестерни и др. Легирование в этом случае обеспечивает лучшую прокаливаемость при более прочной сердцевине. В сердцевине образуются структуры бейнита или низкоуглеродистого мартенсита (HRC 30...45).

Для получения высоких прочностных свойств по всему объему изделия применяют улучшение, то есть закалку в масле и высокий (550...650°С) отпуск. При такой обработке улучшаемая сталь имеет структуру зернистого сорбита, обеспечивающую наилучшее сочетание прочности и вязкости. К улуч­шаемым сталям относятся стали, содержащие s 0,35% С (углеродистые и малолегированные) и 0,2...0,3% С (средне- и высоколегированные).

Способность упрочняться на ту или иную глубину при одинаковом содержании углерода опре­деляется влиянием легирующих элементов, но при небольших сечениях изделий это влияние менее за­метно, а в деталях крупного размера у углеродистых и менее легированных сталей механические свой­ства значительно ниже. Поэтому выбор марки стали зависит как от уровня требуемых свойств, так и от толщины изделия, например, диаметр до 12...15 мм - стали 35, 40, 45, 50; диаметр до 50...75 мм - 40ХН, 25ХГСА, ЗОХГС; диаметр 75...120 мм - ЗОХНЗА, 40ХН2МА. Из сталей, упрочняемых по всему сечению, изготавливают оси, валы, шестерни, кривошипы, шпильки ответственного назначения, тонкостенные трубы и др.

Конструкционные машиностроительные стали и сплавы специального назначения

Специальное назначение конструкционных сталей и сплавов определяется требованием к конкретному комплексу механических, физических, физико-химических и технологических свойств, необходимому для эксплуатации изделий в строго определенных условиях, например, при очень высоких напряжениях, низких или повышенных температурах, динамических или гидроабразивных нагрузках, для специального назначения в приборах и аппаратах электро- и радиотехнической промышленности.

В зависимости от химического состава сплавы этой группы подразделяют на классы по основному составляющему элементу:

сплавы на железоникелевой основе;

сплавы на никелевой основе.

Классификация машиностроительных сталей и сплавов по основному потребительскому свойству имеет следующие группы; особо высокой прочности и вязкости, коррозионностойкие (в том числе, собственно коррозионностойкие, жаростойкие, жаропрочные и криогенные), износостойкие, пружинные, автоматные, шарикоподшипниковые и литейные.

Стали особо высокой прочности и вязкости (мартенситно-стареюгцие) по химиче­скому составу являются безуглеродистыми (менее 0,03% С) и высоколегированными (Ni, Co, Мо, Cr, Ti, Be и др.). Эти стали характеризуются следующими потребительскими свойствами:

s_в= 1800...3000 МПа; d> 10%,y>40%; КСU=0,3...2,5кДж/м²

Технологические свойства мартенситно-стареющих сталей - повышенные: хорошие свариваемость, обрабатываемость резанием и пластичность в закаленном состоянии; незначительная деформация деталей при отпуске, выполняемом после резания и создающем необходимые высокие механические свойства. Мартенситно-стареющим сталям можно придать стойкость против коррозии и теплостойкость. Так при дополнительном легировании хромом (% 12%) эти стали становятся стойкими против коррозии даже в сильно агрессивных средах (морской воде, кислотах и др).

Мартенситно-стареющие стали - особо высококачественные и из-за высокой стоимости применяются для деталей наиболее ответственного назначения: Н18К9М5 - шестерни, валы, корпуса ракет;

Н10Х12Д2Т - детали химической аппаратуры, пружины; Н4Х12К15М4Т - штампы горячего деформирования, детали теплоэнергетических установок и др.

Коррозионностойкие стали и ставы (ГОСТ 5632-72), в том числе высоколегированные, обладают достаточной стойкостью против коррозии только в ограниченном числе сред. Они обязательно имеют в своем составе более 12,5%Сг, роль которого состоит в образовании на поверхности изделия защитной (пассивной) оксидной пленки, прерывающей контакт с агрессивной средой. При этом лучшей стойкостью против коррозии обладают те стали и сплавы, в которых все содержание хрома приходится на долю твердого раствора. Содержание углерода должно быть низким, чтобы уменьшить переход хрома в карбиды, так как это может уменьшить концентрацию хрома в защитной пленке. Для предотвращения выделений карбидов хрома используют также быстрое охлаждение из области g-твердого раствора или легирование титаном, ванадием, ниобием или цирконием для связывания углерода в более устойчивые карбиды.

Физико-химические свойства коррозионностойких сталей меняются в довольно широком диапазоне в зависимости от структуры. Структура для наиболее характерных сплавов этого назначения может быть: ферритно-карбидной и мартенситной (12Х13, 20Х13, 20Х17Н2, 30Х13, 40Х13, 95Х18 - для слабых агрессивных сред (воздух, вода, пар); ферритной (15Х28) - для растворов азотной и фосфорной кислот; аустенитной (12Х18Н10Т) - в морской воде, органических и азотной кислотах, слабых щелочах; мартенситно-стареющей (10Х17Н13МЗТ, 09Х15Н8Ю) - в фосфорной, уксусной и молочных кислотах. Сплав 06ХН28МТ может эксплуатироваться в условиях горячих (до 60°С) фосфорной и серной (концентрации до 20%) кислот.

Коррозионная стойкость сталей может быть повышена термической обработкой (закалкой и высоким отпуском) и созданием шлифованной поверхности.

Коррозионностойкие стали и сплавы классифицируют в зависимости от агрессивности среды, в которой они используются, и по их основному потребительскому свойству на собственно коррозионно-стойкие, жаростойкие, жаропрочные и криогенные.

Изделия из собственно коррозионностойких сталей (лопатки турбин, клапаны гидравлических прессов, пружины, карбюраторные иглы, диски, валы, трубы и др.) работают при температуре эксплуатации до 550°С.

Для жаростойких и жаропрочных машиностроительных сталей используются малоуглеродистые (0,1...0,45% С) и высоколегированные (Si, Cr, Ni, Co и др.).

Жаростойкие (окалиностойкие) стали и сплавы получают на базе системы Fe + Cr * Ni с небольшим количеством кремния. Основным потребительским свойством этих сталей является температура эксплуатации, которая должна быть более 550°С. Жаростойкие стали устойчивы против газовой коррозии до 900...1200°С в воздухе, печных газах, в том числе, серосодержащих (15Х5, 15Х6СМ, 40Х9С2, ЗОХ13Н7С2, 12Х17, 15Х28), окислительных и науглероживающих (20Х20Н14С2) средах, но могут проявлять ползучесть при приложении больших нагрузок.

Жаростойкие стали характеризуют по температуре начала интенсивного окисления. Величина этой температуры определяется содержанием хрома в сплаве. Так при 15% Cr температура эксплуата­ции изделий составляет 950°С, а при 25% Cr - 1300°С. Жаростойкость зависит от состава стали, а не от ее структуры, поэтому жаростойкость ферритных и аустенитных сталей при равном количестве хрома практически одинакова.

Жаростойкие стали и сплавы используются для производства труб, листов, деталей высокотемпературных установок, газовых турбин и поршневых двигателей, печных конвейеров, ящиков для цементации и др.

Жаропрочные стали должны обладать высоким сопротивлением химической коррозии, но вместе с тем, обеспечивать надежную работу под нагрузкой (то есть иметь достаточно высокие пределы ползучести и длительной прочности) при температурах эксплуатации выше 400...450°С. Температурный уровень жаропрочности сплавов, в первую очередь, определяется прочностью межатомной связи, кото­рая может быть оценена рядом физических констант, в том числе, температурой плавления. Однако при данной температуре плавления жаропрочность сильно зависит от температуры рекристаллизации. В связи с этим стали аустенитного класса обладают более высокой жаропрочностью по сравнению со сталями перлитного класса.

При таких высоких температурах эксплуатации определяющую роль в разрушении играет не дислокационная структура, а диффузионные процессы, имеющие даже при небольших напряжениях направленный характер и способствующие развитию диффузионной ползучести. Так как диффузионные процессы легче всего протекают по границам зерен, имеющих повышенное количество дефектов строе­ния, то, кроме химического состава на жаропрочность существенное влияние оказывает структура металла. Обычно добиваются получения легированного твердого раствора с вкраплениями по границам зерен или внутри них дисперсных карбидных или интерметаллидных фаз. Более крупное зерно способствует повышению жаропрочности, хотя при этом снижается пластичность. Чрезвычайно важный фак­тор - стабильность структуры, так как перемещение атомов ведет к увеличению ползучести.

Жаропрочные стали и сплавы в своем составе обязательно содержат никель, который обеспечивает существенное увеличение предела длительной коррозионной прочности при незначительном увеличении предела текучести и временного сопротивления, и марганец. Они могут дополнительно легироваться молибденом, вольфрамом, ниобием, титаном, бором, иодом и др. Так микролегирование бо­ром, а также редкоземельными и некоторыми щелочноземельными металлами повышают такие характеристики, как число оборотов при кручении, пластичность и вязкость при высоких температурах. Механизм этого воздействия при микролегировании основан на рафинировании границ зерна и повышении межкристаллитной прочности. Химический состав и структура этих сталей весьма разнообразны.

Рабочие температуры современных жаропрочных сплавов составляют примерно 0,45...0,8 Т_пл. Эти стали классифицируют по температуре эксплуатации (ГОСТ 20072-74): при 400...550°С - 15ХМ, 12Х1МФ, 25Х2М1Ф, 20ХЗМВФ; при 500...600°С - 15Х5М, 40Х10С2М, 20Х13; при 600:..650°С -12Х18Н9Т, 45Х14Н14В2М, 10Х11Н23ТЗМР, ХН60Ю, ХН70Ю, ХН77ТЮР, ХН56ВМКЮ. ХН62МВКЮ.

Жаропрочные стали и сплавы применяются для изготовления труб, клапанных, паро- и газотурбинных деталей (роторы, лопатки, диски и др.).

Криогенные машиностроительные стали и сплавы (ГОСТ 5632-72) по химическому составу являются низкоуглеродистыми (0,10% С) и высоколегированными (Cr, Ni, Mn и др.) сталями аустенитного класса (08Х18Н10, 12Х18Н10Т, ОЗХ20Н16АГ6, ОЗХ13АГ19 и др.). Основными потребительскими свойствами этих сталей являются пластичность и вязкость, которые с понижением температуры (20...-196°С) либо не меняются, либо мало уменьшаются, т.е. не происходит резкого уменьшения вязкости, характерного при хладноломкости. Например, для криогенных сталей (ОН6А, ОН9А) после соответствующей термической обработки (двойная нормализация и отпуск или закалка в воде и отпуск) характерно при понижении температуры повышение предела ползучести от 400 до 820 МПа. Криогенные машиностроительные стали классифицируют по температуре эксплуатации в диапазоне -196...-296°С и используют для изготовления деталей криогенного оборудования.

Износостойкие стали (ГОСТ 5632-72) по химическому составу могут быть высокоуглеродистыми (1,1...1,3% С) или малоуглеродистыми и высоколегированными (Si, Mn, Cr, Ni и др.). Основное потребительское свойство этих сталей - высокая стойкость деталей при кавитационной коррозии и механическом изнашивании при значительных ударных нагрузках. Эти стали (12Х18Н9Т, ЗОХ10Г10, ОХ14АГ12, ОХ14АГ12М, Г13) применяют чаще в литом или кованном (катанном) состоянии, так как их общее технологическое свойство - понижен­ная обрабатываемость резанием. Износостойкие стали используются для изготовления лопастей гидротурбин и гидронасосов, крестовин рельсов, щек дробилок, черпаков землеройных машин, траков и др.

Пружинные стали и сплавы (ГОСТ 14959-79) - среднеуглеродистые (0,60...0,80% С), низколегированные (Mn, Si, Cr, Ni и др.) стали, обладающие высокими механическими свой­ствами, в первую очередь, высокими пределами упругости и прочности, а также повышенной релаксационной стойкостью при достаточной вязкости и пластичности. Для получения этих свойств стали должны содержать более 0,5% С и быть способными к термической обработке - закалке и отпуску. Пружинные стали (стали 65Г, 70, 75; 50ХА, 55ХГР, 55С2, 60С2, 50ХФА, 60С2ХФА, 65С2ВА, 70С2ХА), в основном, используются для изготовления пружин и рессор. Кроме рассмотренных выше пружинных сталей общего назначения в машиностроении широко