Легированные стали: Легированная сталь – классификация, маркировка, свойства, применение

Содержание

Инструментальная легированная сталь

Инструментальная легированная сталь. Эта сталь идет для изготовления различного инструмента: ударно-штампового, измерительного, режущего. Она имеет ряд преимуществ перед инструментальной углеродистой сталью. Штампы из углеродистой стали обладают высокой твердостью и прочностью, но плохо сопротивляются удару. Метчики, развертки и другие длинные и тонкие инструменты из углеродистой стали при закалке получаются хрупкими, они ненадежны в работе и часто ломаются.

Режущий инструмент — резцы, фрезы, сверла из углеродистой стали при незначительном нагреве (около 200°C) теряют свою твердость, поэтому применение их при обработке металла с большой скоростью резания невозможно. При введении определенных легирующих примесей сталь приобретает красностойкость, износоустойчивость, получает глубокую прокаливаемость; она имеет высокую прочность, твердость и хорошо противостоит ударным нагрузкам.

Важнейшие легирующие примеси инструментальной легированной стали: хром, вольфрам, молибден, марганец, кремний. Содержание углерода в этой стали может быть ниже, чем в углеродистой, и колеблется от 0,3 до 2,3%.

В отдельную группу выделяют быстрорежущие стали. Они применяются для изготовления режущего инструмента – резцов, сверл, фрез. Важнейшие свойства этой стали – высокая твердость и красностойкость до 600°C (такой нагрев вызывается высокой скоростью резания). Благодаря применению быстрорежущей стали повышается стойкость инструмента и увеличивается производительность обработки. Важнейшими легирующими элементами являются вольфрам (в количестве не менее 9%), ванадий (1-2%), хром (не менее 4%). Кроме того, в быстрорежущей стали могут находиться молибден, кобальт и в небольшом количестве – никель.

В настоящее время широко применяются стали марок Р18, Р9, Р9Ф5, Р18Ф2, Р9К5, Р9К10, Р10К5Ф5, Р18М, Р9М, Р6М5 и др. Буква Р обозначает быстрорежущую сталь. Цифра, стоящая за буквой Р, показывает среднее содержание вольфрама в процентах.

Применение инструментальных легированных сталей

 
Х12МФ Детали, работающие под большим давлением (до 1400-1600 Мпа). Не применяется для сварных конструкций. Обрабатываемость резанием – в горячекатаном состоянии. Сталь склонна к отпускной хрупкости. Профилировочные ролики сложной формы, эталонные шестерни, накатные плашки, секции кузнечных штампов сложной формы, сложные дыропрошивные матрицы и пуансоны вырубных и просечных штампов со сложной конфигурацией рабочих частей, пуансоны и матрицы холодного выдавливания, работающие при больших давлениях.
4-9ХС, ХВГ Ответственные детали, материал которых должен обладать повышенной износостойкостью, усталостной прочностью при изгибе, контактном нагружении, а также упругими свойствами. Не применяется для сварных конструкций. Допустима контактная сварка. Сверла, развертки, метчики, плашки, гребенки, фрезы, машинные штампели, клейма для холодных работ.
4Х5МФС Мелкие молотовые штампы, крупные (сечением более 200 мм) молотовые и прессовые вставки при горячем деформировании конструкционных сталей и цветных сплавов в условиях крупносерийного и массового производства, пресс-формы литья под давлением алюминиевых, цинковых и магниевых сплавов.
3Х3М3Ф Инструмент горячего деформирования на кривошипных прессах и горизонтально- ковочных машинах, подвергающихся в процессе работы интенсивному охлаждению (как правило, для мелкого инструмента), пресс-формы лить под давлением медных, ножи для горячей резки, охлаждаемые водой.
Р6М5, Р6М5К5, Р6М5Ф3, Р6М5К8, Р18, Р7М2Ф6, Р12МФ5, Р9М4К8, Р12М3К5Ф2, Р12М3К8Ф2, Р10М4К14, Р12М3К10Ф2, Р12М3К10Ф2 Дисковые фрезы, сверла развертки, зенкеры, метчики, протяжки, фрезы червячные, концевые, дисковые, долбяки, шеверы.

Производство легированной стали в Екатеринбурге

Сталь является одним из самых востребованных материалов, она используется для производства самого разнообразного оборудования, различных металлоконструкций и изделий. Существуют десятки марок сталей, отличающихся своими свойствами, но в целом их можно разделить на две большие группы:

  • углеродистые;
  • легированные.

Углеродистые и легированные стали используются очень широко, каждая из групп обладает своими свойствами. Конкретная марка стали для производства той или иной продукции выбирается, исходя из требуемых характеристик металла.

Углеродистые стали

Основные компоненты таких сталей — железо и углерод, содержание последнего может достигать 2%. Также в состав углеродистых сталей входят марганец, кремний, сера и фосфор. Сера и фосфор — вредные примеси, снижающие качество материала, их содержание не должно быть выше 0,06%.

Углеродистые стали делятся на инструментальные и конструкционные. Инструментальные стали, по сравнению с конструкционными, обладают большей твердостью, но при этом имеют повышенную хрупкость, особенно после закалки. В названии углеродистых инструментальных сталей присутствует буква «У».

Конструкционные стали более мягкие и пластичные, из них изготавливают различные виды листового и фасонного проката и другие металлические изделия, используемые для строительства, создания различных металлоконструкций.

Легированные стали

В состав легированных сталей вводятся специальные добавки, улучшающие их свойства. Конкретные свойства стали напрямую зависят от того, какая используется добавка, легирующая сталь. Могут использоваться такие добавки, как марганец (в название марки стали входит буква «Г»), кремний (С), хром (X), никель (Н), молибден (М) и т.д.

Каждая добавка придает стали свои свойства. Так, марганец придает твердость, кремний – упругость, никель и хром повышают жаростойкость и устойчивость к коррозии, молибден улучшает механические свойства.

Производство легированной стали является очень ответственным процессом, требующим точного соблюдения пропорций компонентов стали и технологии плавки. По назначению выделяют три основных типа легированных сталей:

  • конструкционные;
  • инструментальные;
  • специального назначения.

Кроме того, легированные стали делят на низколегированные (до 2,5% легирующих добавок), среднелегированные (до 10%) и высоколегированные (от 10 до 50%).

Конструкционные низколегированные стали используются для производства особо ответственных конструкционных элементов: мостовых ферм, трубопроводов, строительной арматуры и т.д. Такие стали обладают достаточно высокой прочностью и пластичностью и при этом хорошо свариваются.

Инструментальные легированные стали используются для производства инструментов. Особого внимания в этой группе заслуживают легированные быстрорежущие стали, предназначенные для изготовления режущих инструментов (резцов, сверл, фрез и т.д.), работающих при высоких скоростях. Обычные углеродистые инструментальные стали в таком режиме резки быстро раскаляются и теряют свою прочность. Чтобы придать стали дополнительную прочность, ее легируют такими добавками, как вольфрам, молибден, ванадий, кобальт. В маркировке быстрорежущих сталей присутствует буква «Р».

Легированные стали специального назначения отличаются особыми свойствами и создаются под конкретные сферы использования. К ним можно отнести стали для шарикоподшипников, рессор и пружин, стали с высокой жаростойкостью и коррозионной устойчивостью, уже упомянутые быстрорежущие стали и т.д.

Изготовление изделий из углеродистых и легированных сталей в Екатеринбурге

Учитывая, какой высокой прочностью обладает легированная сталь, изготовление из нее различных изделий является сложной технологической задачей. Наиболее простым и выгодным вариантом является отливка необходимой детали с ее последующей механической обработкой.

Наша компания принимает заказы на изготовление различных изделий из всех марок сталей. Мы работаем с такими материалами, как углеродистые и легированные стали, чугуны, варианты литья – кокильное и по выплавляемым моделям. Гарантируем точное соответствие состава используемых сталей их марке, высокое качество готовых изделий и выгодные расценки.

Вы можете задать любые интересующие Вас вопросы, обратившись по телефонам:
  • 8 (800) 222-79-79 (многоканальный)
  • +7 (343) 345-79-79 (многоканальный)

Легированные стали — Материалы для арматурных работ

Легированные стали

Сталь называют легированной, если в ее состав специально введены легирующие элементы либо она содержит более 1% кремния или марганца. В качестве легирующих элементов чаще всего применяют хром, никель, молибден, вольфрам, ванадий, марганец, кремний,титан.

Легирующие элементы образуют с железом химические соединения и твердые растворы замещения, которые играют роль упрочняющей фазы. Кроме того, большинство легирующих элементов образует с углеродом простые и сложные карбиды, являющиеся, как и цементит РезС, хрупкими и твердыми веществами. В результате изменяется строение и существенно улучшаются механические свойства сталей.

Стали, применяемые для изготовления арматуры железобетонных конструкций, содержат в качестве легирующих элементов чаще всего марганец, кремний, хром. Марганец и кремний увеличивают прочность легированной стали, но снижают ее ударную вязкость. Хром и никель повышают не только прочность, но и ударную вязкость. Практически все легирующие элементы улучшают термическую обрабатываемость сталей.

Легированные стали классифицируют по химическому составу и назначению.

По химическому составу различают низко-, средне- и высоколегированную сталь.

Низколегированная сталь характеризуется суммарным содержанием легирующих элементов до 2,5%. Такую сталь используют в строительстве и машиностроении очень часто.

Среднелегированная сталь содержит 2,5…10% легирующих элементов, а высоколегированная — свыше 10%. Средне- и высоколегированные стали чаще используют для изготовления инструментов.

По назначению легированные стали разделяют на конструкционные, инструментальные и стали с особыми свойствами.

Конструкционные стали подразделяют в зависимости от температуры применения на две подгруппы: стали, используемые при обычных температурах и повышенных.

Среди инструментальных выделяют стали для изготовления режущих и измерительных инструментов, штампов.

Стали с особыми свойствами обладают специальными химическими и физико-механическими характеристиками. Сюда относятся нержавеющие, жаростойкие, износостойкие, магнитные и некоторые другие стали.

Наиболее часто в строительстве применяют низколегированные конструкционные стали. Их подразделяют на стали для металлоконструкций и стали для армирования железобетонных конструкций.

Для обозначения марок легированной стали по ГОСТу используют буквенно-цифровую систему. В начале обозначения приводят цифры, указывающие содержание углерода в сотых долях процента. Далее ставят буквы, обозначающие легирующий элемент: Ю — алюминий, Р — бор, Ф — ванадий, В — вольфрам, С — кремний, Г — марганец, Д — медь, М — молибден, Н — никель, Т — титан, X — хром, Ц — цирконий. Наконец, цифра, стоящая за буквами, указывает содержание легирующего элемента в процентах. Если содержание легирующего элемента не превышает 1%, то цифру не ставят. При содержании 1… 1,5% ставят цифру 1.

Например, марка стали 20ХГ2С означает — легированная сталь с содержанием углерода 0,20%. хрома — менее 1%, марганца — 2%, кремния — менее 1%•

Сталь для металлических конструкций обладает высокими пластичностью и ударной вязкостью, причем эти свойства незначительно ухудшаются при отрицательных температурах (до —40…50 °С). Основная характеристика такой стали — предел текучести — составляет в среднем 350 МПа, в то время как у углеродистой стали он равен 225 МПа. Низколегированные строительные стали весьма пластичны: относительное удлинение в них достигает 18…20%. Для изготовления металлоконструкций чаще всего применяют стали марок 10ХСНД, 15ХСНД, 16ГС, 10Г2СД, 09Г2, 14Г2.

Читать далее:
Теплоизоляционные материалы
Основные свойства строительных материалов
Фиксаторы арматуры
Материалы для смазывания форм
Сборные бетонные и железобетонные конструкции
Арматурные изделия и закладные детали
Проволочная арматура
Стержневая арматура
Классификация арматуры и технические требования к сталям
Обработка давлением


Краткая характеристика легированных, инструментальных, жаростойких сталей

Справочная информация

Легированные стали в отличие от углеродистых кроме углерода, железа и обычных примесей содержат определенное количество добавок (лигирующие элементы):
хром — X,
вольфрам — В,
молибден — М,
медь — Д,
кремний — С,
алюминий — Ю,
бор — Р,
цирконий — Ц,
никель — Н,
ванадий — Ф,
марганец — Г,
кобальт — К,
титан — Т,
фосфор — П,
ниобий — Б.
Каждый легирующий элемент имеет свое назначение.
Свойства легированных сталей зависят от содержания в них легирующих элементов.
Никель и хром улучшают механические свойства, повышают жаростойкость и коррозионную стойкость сталей.
Вольфрам повышает твердость, прочность, улучшает режущие свойства стали при высоких температурах (красностойкость).
Марганец повышает твердость, износостойкость, сопротивление ударным нагрузкам сталей.
Кремний повышает упругие свойства стали, увеличивает кислотостойкость сталей.
Титан увеличивает жаропрочность и кислотостойкость стали.
Молибден улучшает механические свойства при нормальной и повышенной температурах, несколько повышает свариваемость сталей. .
Ванадий улучшает пластические свойства стали, измельчает ее микроструктуру.
Кобальт увеличивает ударную вязкость и жаропрочность сталей.

Легированные стали по назначению подразделяются:
*конструкционные,
*инструментальные,
*стали со специальными свойствами.
Конструкционные стали (низколегированные).
Большинство низколегированных сталей содержат углерод нe более 0,6%.
Основные легирующие элементы низколегированных сталей — хром, никель, кремний, марганец.
Другие легирующие элементы вводят в сталь в небольших количествах, чтобы дополнительно улучшить ее свойства. Общее количество легирующих элементов у большинства сталей не превышает 5%.

Конструкционные низколегированные стали (ГОСТ 19281-73, 19282-73) обладают наилучшими механическими свойствами после термической обработки.
При маркировке легированных сталей первые две цифры показывают содержание углерода в сотых долях процента, следующая за ними буква — условно обозначение легирующего элемента, входящего в сталь.
Если количество легирующего элемента составляет 2% и более, то после буквы ставится еще цифра, указывающая это количество.
(пример: ст.15Х — сталь содержит 0,15% углерода и до 1% хрома, ст.20Х2Н4А — сталь содержит 0,20% углерода, около 2% хрома, 4% никеля, высококачественная (А), т. е. содержит меньше вредных примесей серы и фосфора).
Конструкционные легированные стали ст.19Г, ст.14Г, ст.17ГС, ст.14ХГС наиболее широко применяют при строительстве нефтегазопроводов высокого давления диаметром до 820 мм.
Сталь 14Г2 используют для крупных листо-сварных конструкций доменных печей, пылеуловителей, воздухонагревателей.
Сталь 17ГС предназначается для корпусов аппаратов, днищ, фланцев и других деталей паровых котлов, работающих при температурах до 475° С.

Хромокремненикелевые стали ст.10ХСНД, ст.15ХСНД используют для сварных ферм, конструкций мостов, вагонов, рам, аппаратов и сосудов химической промышленности.
Стали ст.35ГС и ст.25Г2С применяются для изготовления арматуры гладкого и периодического профилей, для армирования обычных и предварительно напряженных железобетонных конструкций.

Конструкционные легированные стали хорошо свариваются, не образуют при сварке горячих и холодных трещин. Механические свойства сварных соединений аналогичны свойствам основного металла.

В машиностроении применяют большое количество марок конструкционных легированных сталей, главным образом для изготовления ответственных деталей машин и металлических конструкций:
*валов двигателей,
*тяжелонагруженных зубчатых колес экскаваторов, автокранов и других строительных машин,
*деталей и арматуры, работающих при повышенных температурах.
Из кремнистых сталей изготовляют рессоры и пружины.

Инструментальные стали.
Инструментальные легированные стали подразделяются:
*низколегированные с содержанием легирующих элементов до 5%,
*высоколегированные с содержанием легирующих элементов более 10%.

Низколегированные инструментальные стали (ГОСТ 5950-2000):
ст.ХВГ, ст.9ХС, после термической обработки обладают более высокими показателями механических свойств по сравнению с углеродистыми инструментальными сталями: имеют более высокую твердость после термообработки (62-65 HRC), повышенные износостойкость и теплостойкость (до 200-250°С), меньшую чувствительность и склонность к перегреву и короблению при термообработке.
Низколегированные инструментальные стали применяют для изготовления режущих инструментов большого сечения, работающих при небольших скоростях резания: ручных сверл, протяжек, разверток, гребенок.

Высоколегированные инструментальные стали (ГОСТ 19265-76) содержат большое количество легирующих элементов, образующих в структуре стали химические соединения с углеродом (преимущественно карбиды).
Основной легирующий элемент таких сталей — вольфрам.
Изделия, изготовленные из высоколегированных инструментальных сталей с большим количеством карбида, сохраняют высокие твердость, прочность и износостойкость при температурах 600-620° С, которые появляются в режущей кромке при резании металлов с большой скоростью.
Такие стали называют быстрорежущими.
В состав быстрорежущих сталей входят 0,7-0,95% углерода, 3,1-4,4% хрома, 8,5-19% вольфрама, 1-2,5% ванадия. Маркируются быстрорежущие стали следующим образом:
ст.Р9, ст.Р18, ст.Р12, где буква Р обозначает, что сталь быстрорежущая, цифры 9, 18, 12 показывают среднее содержание вольфрама, предусмотренное стандартом.

У быстрорежущих сталей появляются высокие показатели механических свойств после сложной термической обработки. Из таких сталей изготовляют сверла, фрезы, долбяки, протяжки, развертки, пилы, напильники для твердых металлов и другой инструмент.
К быстрорежующим относяться ст.Р14Ф4, кобальтовые ст.Р9К5, ст.Р9КЮ, кобальто-ванадиевые ст.Р10К5Ф5, ст.Р18К5Ф2 и вольфрамо-молибденовая ст.Р6МЗ.
Эти стали обладают повышенной теплостойкостью, меньшей хрупкостью.
Применяют их для изготовления режущих инструментов, предназначенных для обработки жаропрочных и нержавеющих сталей с высокой вязкостью, титановых сплавов и пластмасс.

Стали со специальными свойствами (ГОСТ 5632-72).
В зависимости от основных свойств стали подразделяются на коррозионностойкие, жаростойкие, жаропрочные и износостойкие. Такие стали содержат большое количество легирующих элементов (10-35%).

Коррозионностойкие нержавеющие стали обладают высокой стойкостью против электрохимической коррозии.
По основным легирующим элементам — хрому и никелю, коррозионностойкие стали бывают хромистые и хромоникелевые.
(к этим сталям относят: ст.12Х18Н9Т, ст.5Х18Н9, ст.15Х25Н19С, ст.45Х17Г13НЗЮ, ст.55Х18П4СТ и другие)
Коррозионностойкие стали применяют для изготовления арматуры, коллекторов выхлопных систем, деталей паровых и газовых турбин, деталей химического машиностроения и т.д.
Жаростойкие стали, обеспечивающие длительную стойкость деталей в работе при небольших нагрузках, можно использовать при температурах выше 550° С.
Такие стали устойчивы против химического разрушения поверхности в газовых средах.
К жаростойким сталям относятся стали марок ст.25Х23Н7С, ст.30X21HI2C, ст.15Х6С10, ст.12X13, ст.09Х14Н16Б, ст.15X28. Применяют эти стали для изготовления клапанов двигателей внутреннего сгорания, лопаток компрессоров, деталей котельных установок, газовых турбин, труб пароперегревателей и других деталей, работающих при высоких температурах и небольшом давлении.
Жаропрочные стали, обеспечивающие длительную стойкость деталей в работе, можно применять при высоких температурах и больших нагрузках; при этом они сохраняют жаростойкость и высокие показатели механических свойств (прочности, пластичности).
К жаропрочным сталям относятся стали марок ст.12Х8ВФ, ст.10X11Н20ТЗР, ст.09Х16Н4Б;
их применяют для изготовления деталей турбин, трубопроводов установок сверхвысокого давления и других деталей.

Износостойкая сталь (ГОСТ 2176-77) марки ст.110Т13Л, получившая наибольшее распространение, содержит в среднем 1,1% углерода и 13% марганца.
Такая сталь очень трудно обрабатывается режущим инструментом, поэтому ее используют для получения деталей, требующих незначительной механической обработки.
Детали изготовляют методом литья, поэтому в маркировке стали на конце стоит буква Л.
Из этой стали отливают стрелки железнодорожных путей, гусеницы бульдозеров, щеки каменных дробилок, зубья ковшей экскаваторов, черпаки и козырьки землечерпательных машин, драг и другие детали.

Легированные никелем стали обеспечивают успех

Марагеновая сталь с 18% содержанием никеля обладает усталостной прочностью при ударных нагрузках, необходимой для посадочных шасси самолётов

Легированные стали включают в себя большое разнообразие материалов на основе железа. Доля никеля в них варьируется от ничтожно малых величин в одних легированных сталях (~0.3%) до 20% в мартенситностареющих (марагеновых) сталях. Каждый сплав разработан таким образом, чтобы обеспечивать сочетание показателей прочности, твёрдости, износоустойчивости или ударной вязкости, превосходящее нелегированные углеродистые стали. Такие сплавы, как правило, используются в оборудовании, которое транспортирует электроэнергию, формует или режет металл, а также применяется при низких температурах, при которых у углеродистых сталей теряется необходимый уровень ударной вязкости. Для простоты и в зависимости от тех или иных их свойств, важных для определённых конечных областей использования, легированные стали можно разделить на несколько типов. Легированные никелем стали критически важны для инструментальной промышленности — т.е. производства инструментов и механизмов, используемых для производства других инструментов и механизмов.

Типовой химический состав некоторых важных никельсодержащих легированных сталей

Упрочняемая низколегированная сталь

Эти стали относятся к той категории чёрных металломатериалов, механические свойства которых лучше, чем у нелегированных углеродистых сталей. Этого добиваются с помощью добавления легирующих элементов, таких как никель, хром и молибден, с последующими закалкой (быстрым охлаждением) и отпуском (термической обработкой). Эти химические элементы, будучи растворёнными в аустените до быстрого охлаждения, увеличивают упрочняемость сплава. Никель дополняет эффект упрочнения, который вызывают хром и молибден; кроме того, он важен для придания ударной вязкости твёрдой мартенситной микроструктуре, возникающей в результате быстрого охлаждения и последующего отпуска при помощи термообработки.

Сравнение типовых механических показателей марки AISI 4340 в состоянии отжига, закалки и отпуска с углеродистой сталью марки AISI 1045

Инструментальная сталь

«Инструментальная сталь» — это термин, применяемый к разным высокопрочным и устойчивым к истиранию сталям, используемым для штамповки (тиснение или прессование), резки и обрезки, формовки, а также в инструментах ударного действия, таких как молотки (промышленные или для индивидуального пользования). Способ их термообработки подобен термообработке упрочняемой низколегированной стали.

В закалённых на воздухе инструментальных сталях снижена деформация, вызываемая быстрым охлаждением в воде, и они обладают оптимальным соотношением износостойкости и ударной вязкости.

Инструментальные стали для пресс-форм — это низколегированные углеродистые стали, подвергнутые формовке, а потом поверхностному науглероживанию, упрочнению и затем отпуску, чтобы добиться высокой поверхностной твёрдости, что делает их идеальными для использования в пресс-формах и штампах для литья под давлением.

Высокопрочный низколегированный сплав

(самопассивирующаяся сталь, стойкая к атмосферной коррозии)

Более мелкая зернистая структура этих сталей обеспечивает повышенную прочность в сравнении с нелегированными углеродистыми сталями. Подобной мелкозернистости можно добиться, влияя на температуры фазового перехода таким образом, что превращение аустенита в феррит и перлит происходит при более низкой температуре во время воздушного охлаждения. При низкоуглеродных уровнях, свойственных высокопрочным низколегированным сталям, такие химические элементы, как кремний, медь, никель и фосфор, особенно эффективны для получения мелкозернистого перлита.

Добавки хрома, меди и никеля приводят к формированию устойчивого слоя ржавчины, который сцепляется с основным металлом. Пористость его структуры намного меньше, чем у слоя ржавчины, формирующегося на обычной структурной стали. В результате снижается интенсивность коррозии, что позволяет использовать эти стали без износостойкого покрытия.

На таблице внизу показано различие механических свойств углеродистой структурной стали марки ASTM А36 и высокопрочной низколегированной структурной стали марки STM A588 класса C.

Никельсодержащая сталь

Ферритные стали с высоким содержанием никеля, как правило, выше 3%, широко используются в оборудовании и особых областях применения, связанных с воздействием температур от 0 °C до — 196 °C, в числе которых цистерны для хранения сжиженных углеводородов, а также конструкции и механизмы, рассчитанные на применение в холодных регионах. В этих сталях используется эффект включения никеля на снижение температуры перехода из вязкого состояния в хрупкое, что тем самым повышает ударную вязкость при низких температурах.

В углеродистых и большинстве низколегированных сталей по мере снижения температуры ниже 24 °C (75 °F) растут прочность и твёрдость, при этом пластичность при растяжении и ударная вязкость снижаются. Никель улучшает показатель ударной вязкости при низких температурах, что отражено в результатах ударной вязкости по Шарпи на рис. 1.

Рис. 1: Влияние никеля на ударную вязкость нормализованных и отпущенных полудюймовых (1.27 см) пластин низколегированной углеродистой стали

9-процентная никельсодержащая сталь, впервые использованная в защитной оболочке цистерн для жидкого кислорода в 1952 г., с тех пор в основном применялась во внутренней обшивке цистерн для сжиженного газа. Её предпочли аустенитным нержавеющим сталям из-за сочетания высокой прочности и надёжной ударной вязкости при очень низких температурах, вплоть до -196 °C.

Мартенситностареющая (марагеновая) сталь

Марагеновые стали представляют собой низкоуглеродистые ферроникелевые сплавы, содержащие около 18% никеля и дополнительно легированные кобальтом, молибденом, титаном и другими химическими элементами. Эти сплавы закаливают до получения мартенситной структуры, после чего подвергают дисперсионному упрочнению в процессе термообработки при температурах 480-500 °C, что способствует выделению интерметаллических соединений, таких как Ni3Mo и Ni3Ti. Эти стали обладают высокой ударной вязкостью, а их усталостная прочность при ударных нагрузках указывает на то, что они пригодны для использования в ситуациях повторяющихся динамических нагрузок — например, в деталях электромеханических устройств.

Привлекательные свойства марагеновых сталей можно кратко сформулировать следующим образом:

  • Сверхвысокопрочные при комнатной температуре
  • Легко поддаются термообработке, ведущей к минимальной деформации
  • Великолепная ударная вязкость в сравнении со сталью того же уровня прочности, но после закалки и отпуска
  • Легко монтируются, обладают хорошей свариваемостью

Термообработка упрочняемых низколегированных сталей при относительно низкой температуре приводит к намного меньшей деформации, чем при их быстром охлаждении, что делает их предпочтительными для применения в длинных и тонких деталях.

Хотя количество идущего в эти легированные стали никеля меньше, чем объём его потребления в производстве нержавеющих сталей, разнообразие таких сталей значительно, а с промышленной точки зрения они незаменимы.

Институт никеля осуществляет бесплатное техническое консультирование инженеров и разработчиков спецификаций по выбору наиболее подходящего материала для их проектов.

www.nickelinstitute.org

Настоящая таблица иллюстрирует различие механических свойств углеродистой структурной стали марки ASTM А36 и высокопрочной низколегированной структурной стали марки STM A588 класса C.

Легированные стали

Для изготовления отливок применяются три сорта легированных сталей:

  • низколегированные (до 5% легирующих добавок)

  • среднелегированные (от 5 до 10% легирующих добавок)

  • высоколегированные (свыше 10% легирующих добавок).

Наиболее дешевыми легированными сталями являются марганцовистые и кремнистые, более дорогими — никелевые, хромистые и медистые; к дорогостоящим относятся вольфрамовые, ванадиевые, титановые и молибденовые.

Легированные стали маркируются буквами и цифрами. Буквы обозначают химический элемент, а цифры — процентное содержание этого элемента в стали, буква Л указывает, что эта сталь литейная.

Химические элементы имеют следующее обозначение: С — У; Мn — Г; Si — С; Cr — X; Ni — Н, Mo — М; W — В; V — Ф; Аl — Ю; Ti — Т; Сu — Д; Со — К; Л—литейная.

Для примера приведем одну марку жаропрочной стали Х15Н15ВМ2КЗТЛ, где 15% Сr, 15% Ni,

Стали высоколегированные со специальными свойствами делятся на пять групп:

  • Нержавеющие стали, обладающие стойкостью против атмосферной коррозии. К ним относятся марки 25Х18Л, Х17НЗСЛ, 1Х13Л и др.

  • Кислотоупорные стали, обладающие высокой сопротивляемостью агрессивным средам (кислотам). Сюда относятся марки Х25ТЛ, Х34Л, Х18Н9ТЛ, С15, С14МЗЛ и др.

  • Окалиностойкие стали (жаростойкие), обладающие стойкостью против окалинообразования при высоких температурах. К ним относятся марки Х6С2МЛ, Х9С2Л, Х21СЛ, Х22Н15Л и др.

  • Жаропрочные стали, сохраняющие достаточно высокие прочностные свойства при высоких температурах. К ним относятся марки Х18Н9ТЛ, Х9С2Л, Х12Н10Г8ВЗФЛ и др.

  • Износоустойчивые стали — с высоким сопротивлением износу при абразивном и ударном воздействии в разных условиях. Сюда относятся марки Г13Л, Х34Л, Х28Л, Х12Л, 6С, 6ГЛ и др.

Плавку стали для отливок производят в мартеновских печах, в малых конвертерах, в дуговых и высокочастотных электрических печах.

Легированные стали — Химия — Презентации

ГБПОУ «Починковский сельскохозяйственный техникум»

ЛЕГИРОВАННЫЕ СТАЛИ

Легированные стали.

Легированными называют стали, в которые вводятся специальные легирующие элементы, способные улучшать механические, технологические, эксплуатационные свойства, а в некоторых случаях придавать стали особые физические или химические свойства. Легирующие элементы могут растворяться в феррите, аустените., цементите, образовывать специальные карбиды (карбиды легирующих элементов в отличии от карбида железа) или интерметаллидные соединения с железом и между собой, например, FeCr, FeV и т.д. Растворяясь в аустените или феррите, легирующие элементы упрочняют эти фазы, делают их более устойчивыми против распада при нагреве и охлаждении, изменяя температуры фазовых превращений и структуру сталей.

Легированная сталь  — сталь, которая, кроме обычных примесей, содержит элементы, специально вводимые в определённых количествах для обеспечения требуемых физических или механических свойств. Эти элементы называются легирующими.

Легирующие добавки повышают прочность, коррозийную стойкость стали, снижают опасность хрупкого разрушения. В качестве легирующих добавок применяют хром,никель, медь, азот (в химически связанном состоянии), ванадий и др.

Легированную сталь по степени легирования разделяют на:

  • низколегированную (легирующих элементов до 2,5 %),
  • среднелегированную (от 2,5 до 10 %),
  • высоколегированную (от 10 до 50 %).

Влияние углерода и постоянных примесей на свойства сталей.

Углеродистые стали являются основными. Их свойства определяются количеством углерода и содержанием примесей, которые взаимодействуют с железом и углеродом.

С ростом содержания углерода в структуре стали увеличивается количество цементита, при одновременном снижении доли феррита. Изменение соотношения между составляющими приводит к уменьшению пластичности, а также к повышению прочности и твердости. Прочность повышается до содержания углерода около  1%,  а затем она уменьшается, так как образуется грубая сетка цементита вторичного.

Углерод влияет на вязкие свойства. Увеличение содержания углерода повышает порог хладоломкости и снижает ударную вязкость.

Повышаются электросопротивление и коэрцитивная сила, снижаются магнитная проницаемость и плотность магнитной индукции.

Углерод оказывает влияние и на технологические свойства. Повышение содержания углерода ухудшает литейные свойства стали (используются стали с содержанием углерода до 0,4 %), обрабатываемость давлением и резанием, свариваемость. Следует учитывать, что стали с низким содержанием углерода также плохо обрабатываются резанием.

 

 

Маркировка стали.

Маркировка сталей по ГОСТу во многом зависит от их назначения. По этому признаку из них выделяют стали конструкционные, подходящие для строительных целей и производства деталей в машиностроительной отрасли. Имеют специальную маркировку инструментальные стали, предназначенные для изготовления всевозможных инструментов, штамповых, мерительных, режущих и других. В отдельную категорию выделяют стали, наделенные определенными физическими свойствами, такими как особый коэффициент линейного расширения или специальные магнитные и электротехнические параметры. Коррозионностойкие, жаропрочные и жаростойкие стали объединяют в группу сталей со специальными химическими свойствами. При маркировке сталей обращают внимание на их качество, которое определяется процентным содержанием в них таких вредных примесей, как сера с фосфором. В составе стали обыкновенного качества они присутствуют в количестве, соответственно, 0,06 и 0,07 процентов. По мере уменьшения их содержания стали могут быть качественными, высоко- и особовысококачественными.

Для правильной расшифровки маркировки сталей имеет значение степень их раскисления, то есть показатель удаления из них кислорода. Исходя из данного признака, стали бывают спокойными (раскисленными полностью), они маркируются буквами «СП», проставляемыми после марки. Обозначение «КП» говорит о том, что сталь кипящая (слабораскисленная). А буквами «ПС» помечается сталь, находящаяся по своим показателям раскисления между спокойными и кипящими сталями.

На российском рынке металлопродукции принята буквенно-цифровая маркировка сталей и сплавов. В этой системе обозначений буквы служат для указания названия химического элемента, который содержится в стали, а цифра обозначает его количество. Также буквами указывают степень раскисления.

Индексом Ст маркируется сталь обыкновенного качества. После него следует цифра – условный номер (0-6), обозначающий марку. Чем больше этот номер, тем выше прочностные характеристики стали и больше содержащегося в ней углерода. Затем следует указание степени раскисления. Перед этими обозначениями проставляется индекс группы сталей: А, Б или В, причем для стали группы А индекс обычно не ставят. Буква «А» означает, что сталь гарантированных механических характеристик, «Б» — химического состава, «В» — имеет и то, и другое. Пример маркировки углеродистой стали обыкновенного качества, марки № 2, кипящей, поставляемой с гарантированными механическими свойствами: БСт2КП.

Углеродистые стали обыкновенного качества и качественные

В строительстве широко применяют углеродистые стали обыкновенного качества, как наиболе дешевые, техноло­гичные и обладающие необходимым комплексом свойств при изготовлении многих металлоконструкций массового назначения.

Углеродистые стали обыкновенного качества производят в больших масштабах. Кроме строительства, их использу­ют в машиностроении и других отраслях народного хозяй­ства. В основном эти стали используют в горячекатаном состоянии без дополнительной термической обработки.0,07.

Каждая марка стали может иметь различную категорию в зависимости от количества нормируемых показателей химического состава и механических свойств.

Обозначаются углеродистые стали обыкновенного качества буква­ми «Ст», за которыми следует цифра, указывающая порядковый номер марки стали, а не среднее содержание углерода в ней, хотя с повы­шением номера от Ст 1 до Ст 6 содержание углерода в стали увеличи­вается. Группы Б и В указывают впереди марки. Группа А в обозна­чении марки не указывается. Для обозначения степени раскисления пос­ле номера марки добавляют один из индексов сп, пс, кп, а категория нормируемых свойств (кроме категории 1) указывается последующей цифрой. Полуспокойиые стали могут иметь повышенное содержание марганца (до 1,2%). В этом случае после номера стали ставится буква «Г».

Так, ВСтЗспб означает, что сталь СтЗ спокойная, группы В, катего­рии 5 (нормируемыми для этой категории показателями являются: химический состав, временное сопротивление при растяжении, предел текучести, относительное удлинение, изгиб в холодном состоянии, удар­ная вязкость при —20 0C и после механического деформационного ста­рения).

Ст2кп означает, что сталь Ст2, кипящая, группы А, категории 1 (нормируемые показатели: временное сопротивление при растяжении и относительное удлинение).

БСт5Гпс2 означает, что сталь Ст5, полуспокойная, с повышенным содержанием марганца, группы Б, категории 2 (нормируется содержа­ние С, Mn, Si, Р, S, As, N, Cr, Ni, Cu).

Листовые углеродистые стали для холодной штамповки.

Наряду с изделиями из прочных нагартованных сталей приходится изготавливать изделия из мягкой малоуглеродистой стали, например проволоку для обвязки, тонкий лист для глубокой штамповки или вытяжки.

Особый интерес представляет лист, предназначенный для крыльев и кузовов автомобиля. Сталь для глубокой вытяжки должна отличаться большой пластичностью. Поэтому для этих целей применяют сталь с минимальным содержанием углерода. Действительно, для особо сложной штамповки содержание углерода ограничивается  0,08%.Существенно также ограничение содержания и других постоянных примесей (марганца, кремния, серы, фосфора), так как все они в той или иной степени уменьшают пластичность стали. Однако это ограничение (например, по марганцу) не должно ухудшать качество стали по другим показателям.

Для глубокой вытяжки применяют преимущественно низкоуглеродистую кипящую (низцокремнистую) сталь марки  08 пк .

Чтобы сталь хорошо штамповалась, она должна иметь не только определенный состав, но и соответствующую микроструктуру — мелкозернистый феррит с перлитом, располагающимся в стыках нескольких ферритных зерен. Коалесценция перлита ,приводит к появлению по границам зерен структурно свободного цементита, что вредно для штампуемости.

Следуй отметить, что листы из кипящих малоуглеродистых сталей (в том числе марки  08 пк неоднородны, имеют расслоение, а также склонны к старению при комнатной температуре (за счет повышенного содержания кислорода). Поэтому наряду с кипящими сталями для этих целей применяют и спокойные или полуспокойные (успокоенные алюминием — марка 08 ю  лишенные указанных недостатков, хотя и несколько более твердые.

Классификация легированных сталей по назначению и структуре.

По назначению  стали подразделяются на:

  • конструкционные легированные стали
  • инструментальные легированные стали
  • стали с особыми свойствами

По структуре   (после нормализации, охлаждение на воздухе) стали подразделяются на 5 структурных классов:

  • перлитный  (структура перлита, сорбита или тростита)

К ним относятся стали с низким содержанием легирующих элементов, средним содержанием углерода. На С-образной кривой линия охлаждения пересекает линии распада аустенита с образованием феррито-цементитых смесей. К этой группе относятся конструкционные машиностроительные стали.

  • мартенситный  (структура мартенсита)

К ним относятся среднелегированные и среднеуглеродистые стали. За счет увеличения устойчивости аустенита, С-образная сдвигается вправо и скорость охлаждения на воздухе становится больше критической скорости закалки, поэтому аустенит на распадаясь превращается в мартенсит. К этой группе относятся стали с особыми свойствами, инструментальные стали, некоторые конструкционные.

  • аустенитный  (структура аустенита)

К этой группе относятся высоколегированные, низкоуглеродистые стали. Легирующие элементы значительно сдвигают С-образную кривую вправо и понижают Мн в область отрицательных температур. Тогда аустенит охлаждается до комнатной температуры не распадаясь и не претерпевая мартенситное превращение. Т.о. в этих сталях аустенит сохраняется в структуре при комнатной температуре.

К этой группе относятся стали с особыми свойствами (нержавеющие,жаростойкие).

  • ферритный  (структура феррита)

К ним относятся стали низкоуглеродистые и высоколегированные (элементами, расширяющими  α-область –  хром, кремний). Стали этой группы, не обладают высокими механическими свойствами и относятся к сталям с особыми свойствами (физическими и химическими).

  • карбидный  (структура мартенсит и карбиды)

К ним относятся высокоуглеродистые, средне- и высоколегированные стали. В составе обязательно наличие хотя бы одного карбидообразующего элемента. Эти стали обладают высокими характеристиками твердости и прочности.

Маркировка легированных сталей.

Для обозначения марок разработана буквенно-цифровая система маркировки легиро­ванных сталей. Каждая марка стали содержит определенное со­четание букв и цифр. Легирующие элементы обозначают следу­ющими буквами русского алфавита:

X — хром, Н — никель, В — вольфрам, М — молибден, Ф — ванадий, Т — титан, Ю -алюминий, Д—медь, Г — марганец, С — кремний, К — ко­бальт, Ц — цирконий, Р — бор, Б — ниобий.

Буква А в сере­дине марки стали показывает содержание азота, а в конце — сталь высококачественная.

Для конструкционных марок стали первые две цифры пока­зывают содержание углерода в сотых долях процента. Если со­держание легирующего элемента больше 1 %, то после буквы указывается его среднее значение в целых процентах. Если со­держание легирующего элемента около 1 % или меньше, то после соответствующей буквы цифра не ставится.

Например, сталь 18ХГТ содержит, %: 0,18 С, 1 Сr, 1 Мn, около 0,1 Тi; сталь 38ХНЗМФА — 0,38 С, 1,2—1,5 Сr; 3 Ni, 0,3—0,4 Мо, 0,1—0,2 V; сталь 30ХГСА — 0,30 С, 0,8—1,1 Сr, 0,9—1,2 Мn, 0,8—1,251; сталь ОЗХ13АГ19 — 0,03 С, 13 Сr, 0,2—0,3 N. 19 Мn.

В инструментальных сталях в начале обозначения марки стали ставится цифра, показывающая содержание углерода в десятых долях процента. Начальную цифру опускают, если содержание углерода около 1 % или более.

Например, сталь 3Х2В8Ф содержит, % 0,3 С, 2 Cr, 8 XV, 0,2—0,5 V; сталь 5ХНМ —0,5 С, 1 Cr, 1 N1, до 0,3 Мо; сталь ХВГ— 1 С, 1 Cr, 1 ТС, 1 Мn.

Для некоторых групп сталей принимают дополнительные обозначения, Марки автоматных сталей начинаются с буквы А, подшипниковых — с буквы Ш, быстрорежущих — с буквы Р, электротехнических — с буквы Э, магнитно-твердых — с буквы Е.

Нестандартные легированные стали, выпускаемые заводом «Электросталь», обозначают сочетанием букв ЭИ (электросталь исследовательская) или ЭП (электросталь пробная). Легирован­ные стали, выпускаемые Златоустовским металлургическим заводом — бук­вами ЗИ. Во всех случаях после сочетания букв идет порядковый номер стали, например, ЭИ417, ЭП67, ДИ8 и т. д. После освое­ния марки металлургическими и машиностроительными заво­дами условные обозначения заменяет общепринятая маркировка, отражающая химический состав стали.

Конструкционные легированные стали: цементуемые, улучшаемые, пружинные, шарикоподшипниковые.

  • Цементуемые стали.   Используются для изготовления деталей, работающих на износ и подвергающихся действию переменных и ударных нагрузок. Детали должны сочетать высокую поверхностную прочность и твердость и достаточную вязкость сердцевины. Цементации подвергаются низкоуглеродистые стали с содержанием углерода до 0,25%, что позволяет получить вязкую сердцевину. Для деталей, работающих с большими нагрузками, применяются стали с повышенным содержанием углерода (до 0,35 %). С повышением содержания углерода прочность сердцевины увеличивается, а вязкость снижается. Детали подвергаются цианированию и нитроцементации. Цементуемые углеродистые стали 15,20,25 используются для изготовления деталей небольшого размера, работающих в условиях изнашивания при малых нагрузках (втулки, валики, оси, шпильки и др.). Твердость на поверхности составляет 60…64 HRC, сердцевина остается мягкой. Цементуемые легированные стали применяют для более крупных и тяжелонагруженных деталей, в которых необходимо иметь, кроме высокой твердости поверхности, достаточно прочную сердцевину (кулачковые муфты, поршни, пальцы, втулки). Хромистые стали 15Х, 20Х используются для изготовления небольших изделий простой формы, цементуемых на глубину h =1…1,5 мм. Вследствие этого хромистые стали обладают более высокими прочностными свойствами при несколько меньшей пластичности в сердцевине и большей прочностью в цементованном слое.
  • Улучшаемые стали.   Стали, подвергаемые термическому улучшению, широко применяют для изготовления различных деталей, работающих в сложных напряженных условиях ( при действии разнообразных нагрузок, в том числе переменных и динамических). Стали приобретают структуру сорбита, хорошо воспринимающую ударные нагрузки. Важное значение имеет сопротивление хрупкому разрушению. Улучшению подвергаются среднеуглеродистые стали с содержанием углерода 0,30…0,50 %. Улучшаемые углеродистые стали 35, 40, 45 дешевы, из них изготавливают детали, испытывающие небольшие напряжения (сталь 35), и детали, требующие повышенной прочности (стали 40, 45). Но термическое улучшение этих сталей обеспечивает высокий комплекс механических свойств только в деталях небольшого сечения, так как стали обладают низкой прокаливаемостью. Стали этой группы можно использовать и в нормализованном состоянии. Детали, требующие высокой поверхностной твердости при вязкой сердцевине (зубчатые колеса, валы, оси, втулки), подвергаются поверхностной закалке токами высокой частоты. Для снятия напряжений проводят низкий отпуск.  
  • Пружинные стали.   Пружины, рессоры и другие упругие элементы являются важнейшими деталями различных машин и механизмов. В работе они испытывают многократные переменные нагрузки. Под действием нагрузки пружины и рессоры упруго деформируются, а после прекращения действия нагрузки восстанавливают свою первоначальную форму и размеры. Особенностью работы является то, что при значительных статических и ударных нагрузках они должны испытывать только упругую деформацию, остаточная деформация не допускается. Основные требования к пружинным сталям – обеспечение высоких значений пределов упругости, текучести, выносливости, а также необходимой пластичности и сопротивления хрупкому разрушению, стойкости к релаксации напряжений. Пружины работают в области упругих деформаций, когда между действующим напряжением и деформацией наблюдается пропорциональность. При длительной работе пропорциональность нарушается из-за перехода части энергии упругой деформации в энергию пластической деформации. Напряжения при этом снижаются. Самопроизвольное снижение напряжений при постоянной суммарной деформации называется релаксацией напряжений. Релаксация приводит к снижению упругости и надежности работы пружин. Пружины изготавливаются из углеродистых (65, 70) и легированных (60С2, 50ХГС, 60С2ХФА, 55ХГР) конструкционных сталей. Для упрочнения пружинных углеродистых сталей применяют холодную пластическую деформацию посредством дробеструйной и гидроабразивной обработок, в процессе которых в поверхностном слое деталей наводятся остаточные напряжения сжатия. Повышенные значения предела упругости получают после закалки со средним отпуском при температуре 400…480 oС. Для сталей, используемых для пружин, необходимо обеспечить сквозную прокаливаемость, чтобы получить структуру троостита по всему сечению. Упругие и прочностные свойства пружинных сталей достигаются при изотермической закалке. Пружинные стали легируют элементами, которые повышают предел упругости – кремнием, марганцем, хромом, вольфрамом, ванадием, бором. В целях повышения усталостной прочности не допускается обезуглероживание при нагреве под закалку и требуется высокое качество поверхности.
  • Шарикоподшипниковые стали.   Подвергаются воздействию высоких нагрузок переменного характера. Основными требованиями являются высокая прочность и износостойкость, высокий предел выносливости, отсутствие концентраторов напряжений, неметаллических включений, полостей, ликваций. Шарикоподшипниковые стали характеризуются высоким содержанием углерода (около 1 %) и наличием хрома (ШХ9, ШХ15). Высокое содержание углерода и хрома после закалки обеспечивает структуру мартенсит плюс карбиды, высокой твердости, износостойкости, необходимой прокаливаемости. Дальнейшее увеличение прокаливаемости достигается дополнительным легированием марганцем, кремнием (ШХ15СГ). Повышены требования в отношении чистоты и равномерности распределения карбидов, в противном случае может произойти выкрашивание. Стали подвергаются строгому металлургическому контролю на наличие пористости, неметаллических включений, карбидной сетки, карбидной ликвации. Термическая обработка включает отжиг, закалку и отпуск. Отжиг проводят после ковки для снижения твердости и подготовки структуры к закалке. Температура закалки составляет 790…880 oС в зависимости от массивности деталей. Охлаждение – в масле (кольца, ролики), в водном растворе соды или соли (шарики). Отпуск стали проводят при температуре 150…170oС в течение 1…2 часов. Обеспечивается твердость 62…66 НRC. Из стали ШХ9 изготавливают шарики и ролики небольших размеров, из стали ШХ15 – более крупные. Детали подшипников качения, испытывающие большие динамические нагрузки (подшипники прокатных станов), изготавливают из сталей 20Х2Н4А и 18ХГТ с последующей глубокой цементацией на глубину 5…10 ммагрессивных средах, используется сталь 95Х18.

Дефекты легированных сталей.

  • Дендритная ликвация

Появление дендритной ликвации обусловлено неравновесной кристаллизацией сплавов .Наличие в стали легирующих элементов увеличивает температурный интервал кристаллизации, затрудняет протекание диффузионных процессов и способствует развитию явлений дендритной ликвации, так как увеличивает разницу в концентрациях между ранее и позднее выпавшими из жидкости кристаллами. Макроструктура дендритной ликвации приведена на рисунке

После прокатки или ковки излучаются толокна, вытянутые вдоль направления деформации (рис.  б). Некоторые механические свойства поперек волокна оказываются ниже, чем вдоль (σ 02 , ψ, a H ), чго обусловлено наличием деформированных вдоль прокатки неметаллических включений. Это явление носит название анизотропия механических свойств. Очищение стали от неметаллических включений и в первую очередь сульфидного типа металлургическими приемами (обработка синтетическими шлаками, электрошлаковый переплав) уменьшает анизотропию свойств.

Для уменьшения дендритной ликвации прибегают к диффузионному отжигу слитков перед прокаткой, который состоит в длительном нагреве стали при весьма высоких температурах (1000 ÷ 1200 °С).

Флокены представляют собой в изломе пятна (хлопья) а в поперечном микрошлифе — трещины. Естественно, что наличие трещин вызывает снижение механических свойств. Трещины-флокены тем более опасны, чем более высокую прочность имеет сталь. В высококачественных сталях флокены — очень серьезный дефект. Флокены могут быть во всех сталях, но наиболее часто они встречаются в сталях, содержащих хром т. е. в хромистых, хромоникелевых, хромоникельвольфрамовых, хромомарганцовистых и др.

Флокены могут быть в кованой или катаной стали, в литой стали они обнаруживаются редко.

Когда появляются флокены в стали:Если сталь после ковки (прокатки) быстро охлаждалась в районе 200 °С и ниже, то у флокеночувствительной стали возникнут флокены. Скорость охлаждения при температурах выше 200 °С не приводит к образованию флокенов. Таким образом, флокены образуются при быстром охлаждении от 200 до 20 °С.

Ряд данных показывает, что флокены образуют растворившийся в жидкой стали водород, который при температурах ниже 200 °С выделяется из раствора и создает сильные внутренние напряжения, которые и приводят к образованию трещин (флокенов). Если же сталь охлаждается медленно, то водород успевает продиффундировать из раствора и совсем удалиться из стали. В результате сталь становится нечувствительной к флокенообразованию .

Таким образом, одной из главных причин образования флокенов можно считать растворенный в стали водород, который не успевает выделиться при температурах ниже 200 °С.

Флокены редко образуются в литой стали, так как выделившийся из раствора водород скапливается в многочисленных литейных порах и неплотностях литого металла.

Флокены можно устранить последующей ковкой (прокаткой) на меньший размер, так как при этом трещины (флокены) завариваются. Флокены редко обнаруживаются в малых сечениях (диаметром менее 25 ÷ 30 мм). Вакуумирование, удаление из стали газов, в том числе водорода устраняет способность стали к образованию флокенов.

 

Легированная сталь | O’Hare Precision Metals

Сталь Никель-хром-молибденовый сплав Низколегированная сталь
4120 обладает хорошими прочностными характеристиками используется для ковки корпусов клапанов и насосов
4125 хромомолибденовая легированная сталь, обладает хорошими прочностными и ударными характеристиками Автомобильное и инженерное оборудование, двигателестроение – поворотные кулаки, кованые коленчатые валы и т.д.
4130 легко поддается механической обработке, поддается сварке и пластичен, обладает ударной прочностью коммерческие и военные самолеты, станки, автомобили, гидравлические инструменты, аэрокосмическая отрасль, автогонки
4135 низколегированная сталь, поддающаяся термообработке и имеющая достаточную ударную вязкость кованые валы, приспособления, хомуты, приспособления, шпиндели
4140 обеспечивает хорошее проникновение твердости, износостойкий, прочный и пластичный детали, подвергающиеся высоким нагрузкам, или компоненты, подверженные сильному износу
4142 среднеуглеродистая сталь, легко нагреваемая и имеющая ударную вязкость держатели штампов, кованые шестерни, цанги, шпиндели, оправки, фланцы, оси, детали сцепления и т. д.
4145 хромомолибденовая низколегированная сталь, легко кованая, свариваемая и подвергаемая механической обработке УБТ, валы, кованые шестерни, ролики для бумажных фабрик, держатели инструментов и валы насосов
4150 низколегированная, обладает хорошей атмосферной коррозионной стойкостью и прочностью поковки для аэрокосмической, газовой и нефтяной промышленности, кованые шестерни, валы и шпиндели
4340, обладает высокой ударной вязкостью и усталостной прочностью коммерческие и военные самолеты, станки, автомобильные системы, коленчатые валы из кованой стали
52100 высокоуглеродистая, легированная хромом сталь для высоконагруженных деталей, таких как авиационный подшипник
6150 мелкозернистая углеродисто-хромовая легированная сталь с высокой устойчивостью к истиранию Конструкция редукторов и двигателей, кованые коленчатые валы, шатуны, валы насосов и шестерен, шпиндели и поворотные кулаки
8620 наиболее широко используемый науглероживающий сплав, имеет высокую прочность сердцевины кованые распределительные валы, шестерни и крепеж
8740 Сталь хромоникелевая низколегированная, обладает жесткими прочностными свойствами высокопрочный кованый крепеж
9310, имеет хорошую прокаливаемость и усталостную прочность коленчатые валы, валы-шестерни, зубчатые колеса в грузовом и авиастроении

Низколегированная сталь — Howco Group

Низколегированная сталь 4340: ASTM A29 (VO1.05)

Общий объем

AISI 4340 представляет собой низколегированную сталь, номинально содержащую 0,4 % C, 0,8 % Cr, 0,25 % Mo и 1,8 % Ni. Более высокие уровни прочности до 150 KSI 0,2% PS могут быть достигнуты соответствующей термообработкой. Часто используется вместо AISI 4140 при более высоких уровнях прочности из-за его лучшей прокаливаемости и улучшенной ударной вязкости CVN.

Из-за доступности этот сорт часто заменяется европейскими стандартами 817M40, EN24 и 1.6528 34CrNiMo6; которые аналогичны, но имеют немного более низкое номинальное содержание никеля 1,5% и более высокое номинальное содержание хрома 1,3%.

Ограничения по прокаливаемости этой марки (глубина затвердевания/приобретение заданных механических свойств после термической обработки) всегда должны учитываться при проектировании и выборе оборудования.

Химический состав

С Си Мн Р С Кр Ni Пн Фе
Мин. 0.38 0,15 0,60 0,70 1,65 0,20 0,00
Макс. 0,43 0,35 0,80 0.035 0,040 0,90 2,00 0,30 0,00

Механические свойства

Состояние: закалка и отпуск

Марка не соответствует стандарту NACE MR0175: содержание никеля превышает максимальный предел в 1%, указанный в стандарте NACE MR1075.
УТС 150 KSI мин. (1035 Н/мм 2 )
0,2% Испытательное напряжение 130 KSI мин. (896 Н/мм 2 )
Удлинение 13 %
Красный район 40 %
Диапазон размеров: 3”∅ — 26”∅

В основном производится в:

  • Дубай, ОАЭ
  • Эдмонтон, Канада
  • Хьюстон, Техас
  • Шеффилд, Англия
  • Сингапур

Легированные стали

Каждая сталь действительно является сплавом, но не все стали называются «легированными сталями».Однако термин «легированная сталь» является стандартным термином, относящимся к сталям с другими легирующими элементами помимо углерода. Обычные сплавы включают марганец (наиболее распространенный), никель, хром, молибден, ванадий, кремний и бор. Менее распространенные сплавы включают алюминий, кобальт, медь, церий, ниобий, титан, вольфрам, олово, цинк, свинец и цирконий.

Ниже приведен ряд улучшенных свойств легированных сталей (по сравнению с углеродистыми сталями): прочность, твердость, ударная вязкость, износостойкость, прокаливаемость и жаропрочность.Для достижения некоторых из этих улучшенных свойств металлу может потребоваться термическая обработка.

Легированные стали делятся на две группы: низколегированные стали и высоколегированные стали. Чаще всего фраза «легированная сталь» относится к низколегированным сталям.

Низколегированные стали

обычно используются для достижения лучшей прокаливаемости, что, в свою очередь, улучшает другие ее механические свойства. Они также используются для повышения коррозионной стойкости в определенных условиях окружающей среды. Низколегированная сталь с содержанием углерода от среднего до высокого плохо поддается сварке.Снижение содержания углерода до диапазона от 0,10% до 0,30%, наряду с некоторым уменьшением легирующих элементов, повышает свариваемость и формуемость стали при сохранении ее прочности. Такой металл относится к категории высокопрочных низколегированных сталей.

Некоторые из них находят применение в экзотических и требовательных областях, таких как лопатки турбин реактивных двигателей, шасси самолетов и ядерные реакторы. Из-за ферромагнитных свойств железа некоторые стальные сплавы находят важные применения там, где их реакция на магнитные поля очень важна, в том числе в электродвигателях и трансформаторах.

Состояние физического состояния (Roundbar)

A = кованый
B = прокатанный
C = отожженный
D = нормализованный
E = нормализованный и отпущенный

Состояние поверхности (круглый брус)

1 = Черный, кованый или катаный
2 = Травление или струйная очистка
3 = Черновая или гладкая токарная обработка
4 = Холодная обработка или волочение
5 = Бесцентровое шлифование
6 = Точеная, шлифованная и точеная

Есть два исключения
E52100 Сфериодированный отжиг в состоянии E
D6AC Нормализованный и отпущенный в состоянии F

Легированные стали и чугуны с содержанием молибдена

Молибден

эффективно и экономично используется в легированной стали и чугуне до

.
  • улучшить прокаливаемость
  • уменьшить отпускную хрупкость
  • устойчив к воздействию водорода и сульфидному растрескиванию под напряжением
  • увеличение прочности при повышенных температурах
  • улучшают свариваемость, особенно в высокопрочных низколегированных сталях (HSLA)

В настоящем разделе основное внимание уделяется маркам и свойствам легированной стали и железа, содержащих молибден.Конечное использование охватывает весь мир технических изделий для:

  • Автомобильная, судостроительная, авиационная и аэрокосмическая промышленность
  • Бурение, добыча полезных ископаемых, переработка
  • Производство энергии, включая котлы, паровые турбины и электрогенераторы
  • Сосуды, резервуары, теплообменники
  • Химическая и нефтехимическая переработка
  • Оффшор; Трубная продукция Oil Country (OCTG)

В большинстве случаев молибден необходим для достижения высоких эксплуатационных свойств, что достигается при сравнительно небольших добавках молибдена.На самом деле, за исключением быстрорежущей и мартенситностареющей стали, содержание молибдена часто колеблется между 0,2 и 0,5% и редко превышает 1%.

Свойства молибдена
  Обычное содержание молибдена, %
Термообрабатываемая конструкционная сталь 0,25 — 0,5
Цементируемая сталь 0,15 — 0,5
Высокотемпературная сталь 0.3 — 1,2
Нефтяные трубы (OCTG) 0,3 — 1,0
Сталь HSLA 0,15 — 0,25
Маржинальная сталь 4,0–5,0
Инструмент и быстрорежущая сталь 0,5 — 9,0
Чугун 1,0 -3,0

Термическая обработка углеродистых и легированных сталей

При выборе материала для конструкции зубчатого колеса наиболее важным решением является легкость обрабатываемости по сравнению с твердостью.долговечность материала. Большинство дизайнеров при выборе материала смотрят только на максимальную прочность на изгиб. Однако это относится только к разрушению механизма при сдвиге. Более важным фактором долговечности зубчатой ​​передачи является прочность поверхности материала. Поверхностную износостойкость зубчатого колеса следует рассматривать с точки зрения срока службы зубчатого колеса. Поверхностная износостойкость определяет количество циклов, в течение которых зубчатое колесо при определенной нагрузке, при надлежащей смазке и минимизированных вибрациях может оставаться в рабочем состоянии.Если нагрузка будет превышена, то срок службы сократится. Если за смазкой не ухаживать должным образом, срок ее службы сократится. Поверхностная износостойкость обычно влияет на шестерню в системе с наименьшим количеством зубьев, поскольку эта шестерня включается чаще, чем другие. Чтобы увеличить долговечность поверхности, следует применить соответствующий процесс термической обработки, чтобы продлить срок службы этого зубчатого колеса.

Термическая обработка – это процесс управления нагревом и охлаждением материала, который выполняется для получения требуемых структурных свойств металлов.Методы нагрева включают нормализацию, отжиг, закалку, отпуск и поверхностную закалку.

Термическая обработка проводится для улучшения свойств стали, так как твердость материала увеличивается при применении последовательных термообработок. Это приводит к увеличению прочности зубчатого колеса, так как резко увеличивается прочность поверхности зуба. Как показано в Таблице 1, термическая обработка различается в зависимости от количества углерода (С), содержащегося в стали.

Таблица 1

Ниже приведены некоторые из различных методов термической обработки стали:

Нормализация представляет собой процесс термообработки, применяемый к микроструктуре мелких кристаллов стали для унификации их общей структуры.Эта обработка проводится для снятия внутренних напряжений или устранения непостоянной структуры волокон, образовавшейся в процессе формования.

Отжиг — это процесс термообработки, применяемый для размягчения стали, корректировки кристаллической структуры, снятия внутреннего напряжения и модификации материала для холодной обработки и резки. Существует несколько типов отжига в зависимости от области применения, такие как полный отжиг, размягчение, снятие напряжения, выпрямляющий отжиг и промежуточный отжиг.

  • Полный отжиг — это отжиг, используемый для снятия внутренних напряжений без изменения структуры.
  • Правка Отжиг — это отжиг, используемый для устранения деформаций, возникших в стали. Это достигается приложением нагрузки при нагреве.
  • Промежуточный отжиг — это отжиг, который применяется в процессе холодной обработки и применяется для размягчения нагартованного материала, чтобы облегчить последующий процесс.

Закалка — это процесс термической обработки стали, при котором после нагрева при высокой температуре применяется быстрое охлаждение.Различают несколько видов закалки в зависимости от условий охлаждения: закалка в воде, закалка в масле и закалка в вакууме. Необходимо применять отпуск после закалки.

Отпуск — это процесс термообработки, при котором охлаждение применяется с соответствующей скоростью. После выполнения процесса закалки материал снова нагревается, затем применяется отпуск. Отпуск следует проводить после закалки. Закалка применяется для регулировки твердости, повышения прочности и снятия внутреннего напряжения.Различают два вида отпуска: высокотемпературный отпуск и низкотемпературный отпуск. Применяя отпуск при более высокой температуре, достигается большая ударная вязкость, хотя твердость снижается. При термическом рафинировании проводят высокотемпературный отпуск. Для индукционной закалки или науглероживания необходимый отпуск, выполняемый после поверхностной закалки, представляет собой низкотемпературный отпуск.

Термическое рафинирование — это процесс термообработки, применяемый для регулирования твердости, прочности и вязкости стали.Эта обработка включает в себя сочетание закалки и высокотемпературного отпуска. После проведения термического рафинирования с помощью этих обработок регулируют твердость, чтобы улучшить обрабатываемость металла.

Целевая твердость для термического рафинирования:

  • JIS S45C/AISI 1045 (углеродистая сталь для использования в конструкциях машин) 200 – 270 HB
  • JIS SCM440/AISI 4140 (Легированная сталь для машиностроения) 230 – 270 HB

Науглероживание — это процесс термической обработки, выполняемый специально для упрочнения поверхности материала, в котором присутствует углерод, проникающий в поверхность.Поверхность низкоуглеродистой стали может быть науглерожена (подвержена проникновению углерода под воздействием тепла и давления), что приводит к образованию слоя с высоким содержанием углерода на внешней поверхности. Этот процесс требует закалки. Низкотемпературный отпуск применяется после закалки для регулировки твердости. Не только поверхность, но и внутренняя структура материала также несколько затвердевают из-за науглероживания, однако она не такая твердая, как поверхность. Если на часть поверхности нанести маскирующий агент, проникновение углерода предотвращается, а твердость не изменяется.Целевая твердость на поверхности и глубина закалки:

  • Твердость по закалке 55 – 63 HRC
  • Эффективная закаленная глубина 0,3–1,2 мм

Зубчатые колеса деформируются при науглероживании, и класс точности зубчатого колеса всегда снижается из-за этого процесса. Рекомендуется проводить шлифование зубьев и других критических поверхностей после науглероживания для повышения точности.

Индукционная закалка — это процесс термической обработки, выполняемый для упрочнения поверхности зубчатого колеса индукционным нагревом стали с минимальным составом 0.3 процента углерода. В этом процессе вокруг шестерни размещается индукционная катушка, и через катушку проходит ток. Этот электрический ток быстро нагревает сталь с последующей закалкой. Для зубчатых колес индукционная закалка эффективна для упрочнения областей зуба, включая поверхность зуба и вершину, однако в некоторых случаях корень зуба может не закаляться. Как правило, точность зубчатого колеса снижается из-за деформации, вызванной индукционной закалкой. При индукционной закалке шестерен S45C эффективная твердость и глубина составляют:

  • Твердость по закалке 45 – 55 HRC
  • Эффективная закаленная глубина 1–2 мм

Закалка пламенем — это еще одна поверхностная закалка, которая выполняется путем приложения пламени непосредственно к стали.Эта обработка обычно выполняется на поверхности для частичного упрочнения, поскольку трудно поддерживать надлежащий уровень нагрева и продолжительность для достижения равномерной твердости на широкой части зубчатых колес.

Азотирование — это процесс термической обработки, выполняемый для упрочнения зубчатого колеса путем введения азота в поверхность стали. Если стальной сплав включает алюминий, хром и молибден, это улучшает азотирование, и можно получить желаемую твердость. Это термическая обработка, при которой весь стальной материал нагревается до сердцевины, а затем быстро охлаждается, при этом не только закаляется поверхность, но и сердцевина.

Лазерная закалка — это относительно новый процесс термообработки поверхности. Материал подвергается воздействию лазера мощностью 4 кВт с лучом 40 мм мрад. Этот процесс позволяет достичь твердости 55-65 HRC на глубине 0,3-0,8 мм. Одним из преимуществ лазерной обработки является то, что прочность на изгиб остается неизменной, в отличие от индукционной закалки, при которой прочность на изгиб снижается в среднем на 10 процентов. Лазерная обработка способна увеличить износостойкость поверхности в 2,2 раза, а индукционная закалка — в 2 раза.5-2,6х. Благодаря кратковременности подводимого тепла и отсутствию необходимости закалки этот метод минимизирует деформацию. При параллельном сравнении стойка длиной один метр увеличилась в длину на 0,233 мм при индукционной закалке. Однако та же стойка увеличилась в длину всего на 0,019 мм после лазерной закалки.

Каждый из этих методов термообработки имеет свое место в достижении твердости поверхности, соответствующей выбранному материалу и расчетному сроку службы. Выбор материала, стоимость и дополнительные операции помогут вам сделать правильный выбор.

4.1.3 Легированные стали | Ассоциация кузнечной промышленности

Легированные стали имеют содержание марганца или кремния на уровне, аналогичном содержанию углеродистых сталей, и добавки, такие как хром, никель, молибден или ванадий, или, реже, добавки бора, кобальта, колумбия, титана или вольфрама.

Легирующие элементы добавляются из-за их влияния на обработку во время производства и на характеристики во время эксплуатации. Легирующие элементы используются в основном для:

  1. Улучшение выбранных механических свойств за счет контроля металлургической структуры.Например:
    • Повышенная прокаливаемость за счет добавления таких элементов, как хром, молибден, ванадий или бор.
    • Повышенная ударная вязкость за счет добавок таких элементов, как марганец и никель.
  2. Улучшение сохранения прочности и пластичности при относительно высоких рабочих температурах за счет добавок хрома, никеля и кобальта.
  3. Улучшение сохранения механических свойств, особенно пластичности и ударной вязкости, при относительно низких температурах эксплуатации за счет добавления никеля и кремния.
  4. Повышенная стойкость к атмосферной и химической коррозии и окислению при повышенных температурах за счет добавок хрома и никеля.

Сера, которую часто добавляют к некоторым сортам сортовой стали для улучшения обрабатываемости, может неблагоприятно повлиять как на способность к ковке, так и на свойства поковок, особенно тех, которые термообработаны до прочности на растяжение выше примерно 550 МПа (80 000 фунтов на кв. дюйм). Если для поковочной стали желательна обрабатываемость, предпочтительно использовать марки «частично ресульфурированные по специальному заказу» с примерно половиной содержания серы по сравнению с обычными ресульфурированными сталями.Кроме того, некоторые заводы могут использовать специальную обработку сульфидов с контролируемой формой, которая включает кальций, теллур и некоторые редкоземельные материалы, которые имеют тенденцию модифицировать включения сульфида марганца до состояния, более пригодного для ковки.

Стандартные марки легированной стали относятся к сериям AISI и SAE от 1300 до 9800. Они перечислены во многих публикациях AISI, а также в справочниках ASM и SAE. Модификации этих типов используются и в специальных приложениях. Как правило, эти стандартные сорта указываются, когда требуется большая прочность, пластичность и ударная вязкость, чем могут быть достигнуты в углеродистых сталях.Они также указываются, когда требуются особые свойства, такие как износостойкость, коррозионная стойкость, термостойкость и специальные ударопрочные свойства при низких температурах. Некоторые легированные стали предназначены для специальной обработки, такой как науглероживание или углеродное азотирование. Подробное обсуждение марок стали выходит за рамки данной публикации.

Вернуться к оглавлению

множество ( ‘#markup’ => ‘

Легированные стали имеют содержание марганца или кремния на уровне, аналогичном содержанию углеродистых сталей, и добавки, такие как хром, никель, молибден или ванадий, или, реже, добавки бора, кобальта, ниобия, титана или вольфрам.

Легирующие элементы добавляются из-за их влияния на обработку во время производства и на характеристики во время эксплуатации. Легирующие элементы используются в основном для:

  1. Улучшение выбранных механических свойств за счет контроля металлургической структуры. Например:
    • Повышенная прокаливаемость за счет добавления таких элементов, как хром, молибден, ванадий или бор.
    • Повышенная ударная вязкость за счет добавок таких элементов, как марганец и никель.
  2. Улучшение сохранения прочности и пластичности при относительно высоких рабочих температурах за счет добавок хрома, никеля и кобальта.
  3. Улучшение сохранения механических свойств, особенно пластичности и ударной вязкости, при относительно низких температурах эксплуатации за счет добавления никеля и кремния.
  4. Повышенная стойкость к атмосферной и химической коррозии и окислению при повышенных температурах за счет добавок хрома и никеля.

Сера, которую часто добавляют к некоторым сортам сортовой стали для улучшения обрабатываемости, может неблагоприятно повлиять как на способность к ковке, так и на свойства поковок, особенно тех, которые термообработаны до прочности на растяжение выше примерно 550 МПа (80 000 фунтов на кв. дюйм). Если для поковочной стали желательна обрабатываемость, предпочтительно использовать марки «частично ресульфурированные по специальному заказу» с примерно половиной содержания серы по сравнению с обычными ресульфурированными сталями. Кроме того, некоторые заводы могут использовать специальную обработку сульфидов с контролируемой формой, которая включает кальций, теллур и некоторые редкоземельные материалы, которые имеют тенденцию модифицировать включения сульфида марганца до состояния, более пригодного для ковки.

Стандартные марки легированной стали относятся к сериям AISI и SAE от 1300 до 9800. Они перечислены во многих публикациях AISI, а также в справочниках ASM и SAE. Модификации этих типов используются и в специальных приложениях. Как правило, эти стандартные сорта указываются, когда требуется большая прочность, пластичность и ударная вязкость, чем могут быть достигнуты в углеродистых сталях. Они также указываются, когда требуются особые свойства, такие как износостойкость, коррозионная стойкость, термостойкость и специальные ударопрочные свойства при низких температурах.Некоторые легированные стали предназначены для специальной обработки, такой как науглероживание или углеродное азотирование. Подробное обсуждение марок стали выходит за рамки данной публикации.

Вернуться к оглавлению

‘, ‘#printed’ => правда, ‘#type’ => ‘разметка’, ‘#pre_render’ => множество ( 0 => ‘drupal_pre_render_markup’, 1 => ‘ctools_dependent_pre_render’, ), ‘#children’ => ‘

Легированные стали имеют содержание марганца или кремния на уровне, аналогичном содержанию углеродистых сталей, и добавки, такие как хром, никель, молибден или ванадий, или, реже, добавки бора, кобальта, ниобия, титана или вольфрам.

Легирующие элементы добавляются из-за их влияния на обработку во время производства и на характеристики во время эксплуатации. Легирующие элементы используются в основном для:

  1. Улучшение выбранных механических свойств за счет контроля металлургической структуры. Например:
    • Повышенная прокаливаемость за счет добавления таких элементов, как хром, молибден, ванадий или бор.
    • Повышенная ударная вязкость за счет добавок таких элементов, как марганец и никель.
  2. Улучшение сохранения прочности и пластичности при относительно высоких рабочих температурах за счет добавок хрома, никеля и кобальта.
  3. Улучшение сохранения механических свойств, особенно пластичности и ударной вязкости, при относительно низких температурах эксплуатации за счет добавления никеля и кремния.
  4. Повышенная стойкость к атмосферной и химической коррозии и окислению при повышенных температурах за счет добавок хрома и никеля.

Сера, которую часто добавляют к некоторым сортам сортовой стали для улучшения обрабатываемости, может неблагоприятно повлиять как на способность к ковке, так и на свойства поковок, особенно тех, которые термообработаны до прочности на растяжение выше примерно 550 МПа (80 000 фунтов на кв. дюйм). Если для поковочной стали желательна обрабатываемость, предпочтительно использовать марки «частично ресульфурированные по специальному заказу» с примерно половиной содержания серы по сравнению с обычными ресульфурированными сталями. Кроме того, некоторые заводы могут использовать специальную обработку сульфидов с контролируемой формой, которая включает кальций, теллур и некоторые редкоземельные материалы, которые имеют тенденцию модифицировать включения сульфида марганца до состояния, более пригодного для ковки.

Стандартные марки легированной стали относятся к сериям AISI и SAE от 1300 до 9800. Они перечислены во многих публикациях AISI, а также в справочниках ASM и SAE. Модификации этих типов используются и в специальных приложениях. Как правило, эти стандартные сорта указываются, когда требуется большая прочность, пластичность и ударная вязкость, чем могут быть достигнуты в углеродистых сталях. Они также указываются, когда требуются особые свойства, такие как износостойкость, коррозионная стойкость, термостойкость и специальные ударопрочные свойства при низких температурах.Некоторые легированные стали предназначены для специальной обработки, такой как науглероживание или углеродное азотирование. Подробное обсуждение марок стали выходит за рамки данной публикации.

Вернуться к оглавлению

‘, )

Углеродистая сталь и стальные сплавы: часть первая

УГЛЕРОДИСТАЯ СТАЛЬ

Углеродистая сталь — это сталь, свойства которой в основном состоят из углерода, а ее структура зависит от содержания углерода. Самой твердой углеродной структурой в мире является алмаз, который на 100% состоит из углерода.Углерод присутствует во всех сталях и является основным упрочняющим элементом, который определяет уровень твердости или прочности, достигаемый закалкой. Он повышает прочность на растяжение, твердость и сопротивление износу и истиранию по мере увеличения содержания углерода в стали. Однако это также может снизить пластичность, ударную вязкость и обрабатываемость.

Холоднотянутая углеродистая сталь обычно нумеруется с префиксом «10» в системе нумерации AISI, за которым следуют два числа, представляющие номинальный процент углерода в продукте (до 1.00%). Например, 1018 содержит 0,18% углерода, а 1045 — 0,45%.

Углерод придает материалу твердость, улучшая его износоустойчивость. При содержании углерода более 0,30 % продукт может подвергаться прямой закалке («сквозной закалке»). Углеродистая сталь ниже этого уровня обычно требует науглероживания при термической обработке. Во время науглероживания вводятся молекулы углерода, так что на поверхности образуется затвердевшая «кожа», создающая «корпус». Именно здесь встречается понятие упрочнения корпуса.

Углерода максимально меньше 1.00% стали, потому что более высокие уровни делают материал хрупким. Чем выше содержание углерода, тем труднее обрабатывать углеродистую сталь.

Точно так же, как соль снижает температуру фазового перехода воды, углерод снижает температуру фазового перехода железа.

ЛЕГИРОВАННАЯ СТАЛЬ

Легированные стали — это производные углеродистых сталей, в которые добавляются или удаляются элементы для придания определенных свойств. Обычно эти свойства включают обрабатываемость, износостойкость и прочность.Смесь на основе железа считается легированной сталью, если в ней присутствует марганец более 0,165 %, кремний более 0,5 %, медь более 0,6 % или другие минимальные количества легирующих элементов, таких как хром, никель, молибден или вольфрам.

Сплавы железа

являются наиболее распространенным ферросплавом. Сталь представляет собой твердый раствор железа и углерода. Углерод растворяется в железе – железо является растворителем, а углерод – растворенным веществом.

Сталь, как и вода, может изменять свою фазу.В воде фазы бывают твердые, жидкие и газообразные. В углеродистой стали фазами являются жидкая, аустенитная и ферритная. Если в воду добавить соль, температура перехода между фазами сместится. Вот почему соль является распространенным соединением таяния льда. Соль понизит температуру перехода из твердого состояния в жидкое, но повысит температуру перехода из жидкого в газообразное. При добавлении углерода к железу температуры меняются точно так же. Чем больше углерода добавлено (до точки), тем ниже температура, при которой произойдет фазовый переход.Углерод также создает новые фазы, которые не существуют в железе сами по себе. Перлит представляет собой смесь цементита (Fe 3 C) и феррита. Максимальное количество углерода, которое может быть растворено в аустените, составляет 0,80%. Это называется «эвтектика». Другие сплавы могут быть описаны как эвтектические сплавы. Эти сплавы имеют максимальное количество легирующих элементов, которые могут быть растворены в исходном материале. Важно отметить, что термическая история изделия также играет роль в его фазовом развитии.

Для большинства низколегированных и углеродистых сталей чем больше углерода вы добавляете (выше 0.20%), тем больше перлита получается, до 0,80%. Выше 0,80% вы получаете карбиды. Если сталь содержит менее 0,20% углерода, все, что вы можете получить, это феррит. Если в стали 0,40% углерода, вы получите перлит и феррит. Если в стали 0,90% углерода, вы получите перлит и карбиды. См. иллюстрацию ниже.

Чтобы узнать химический состав стали, зная ее марку, запомните следующие правила: простые углеродистые стали относятся к классам 10xx. 10 — простой углерод, а следующие две цифры — содержание углерода. Все 10 сортов также содержат марганец, фосфор и кремний.Последние две цифры ВСЕХ марок обозначают содержание углерода. Если марка 12L14 или 10B21, L означает, что она содержит свинец для обрабатываемости, а B означает, что она содержит бор для повышения прокаливаемости. Если вы знаете химический состав сплава, вы будете знать его твердость, прочность и будет ли вообще работать термическая обработка.

Обычные углеродистые стали и стальные сплавы

Одним из наиболее распространенных сплавов является 1144, углеродистая сталь, в которой легирующие элементы улучшают механическую обработку.StressProof™, продукт LaSalle Steel, является примером сплава 1144 с хорошей обрабатываемостью и прокаливаемостью, который обладает высокой прочностью и может подвергаться сквозной закалке.

Хромистые стали

, такие как 4130, 4140 и 4340, названы так из-за высокого содержания хрома (около 1,00%), который является основным легирующим элементом. Стали из сплава хрома начинаются с префикса «40» и заканчиваются двумя цифрами, которые соответствуют номинальному процентному содержанию углерода. Например, 4140 имеет 0,40% углерода и 1.00% хром.

Стали, легированные никелем, заменяют никелем примерно половину стандартного содержания хрома для хромовых сплавов. Например, в то время как 4140 содержит 0,00 % никеля и 1,00 % хрома, 8630 содержит 0,60 % никеля и 0,50 % хрома. Эти сплавы начинаются с префикса «80».

Трудно проводить механические сравнения между сплавами хрома и сплавами никеля, поскольку они похожи, но уникальны для марки. Никелевые сплавы могут быть вытянуты до более точного размера отделки и, следовательно, более распространены в сталях конечного использования, таких как замковый материал.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.