Основные свойства стали

Содержание

Основное свойство — сталь — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Основное свойство — сталь

Cтраница 1

Основные свойства сталей: 1) высокая теплостойкость, определяющая сопротивление стали пластической деформации, смятию при нагреве и характеризующаяся пределом текучести сталей при температурах деформирования; теплостойкость чаще всего условно определяется температурой четырехчасового отпуска, после которого твердость стали составляет HRC 45; 2) высокая вязкость, определяющая сопротивление стали хрупкому разрушению, которое проявляется в образовании макротрещин и трещин разгара; характеризуется, чаще всего, ударной вязкостью; 3) окалиностойкоеть и сопротивление коррозии под напряжением, характеризующие сопротивление стали износу, протекающему в результате образования окалины и химического взаимодействия штампа и обрабатываемого материала. [1]

Основные свойства сталей: 1) высокая твердость, которая является необходимым условием осуществления процесса холодной штамповки и определяет сопротивление стали пластической деформации; необходима твердость не менее HRC 56 — 60; 2) достаточная прочность и вязкость в сочетании с высокой твердостью, повышающие сопротивление стали хрупкому разрушению и усталости; 3) теплостойкость не менее 400 — 500 С, определяющая сопротивление [ стали смятию и пластической деформации при тяжелых условиях штамповки. [2]

По основным свойствам стали классифицируют, чтобы определить эксплуатационные свойства, в наиболее полной мере отвечающие требованиям потребителей. Такую классификацию используют в стандартах большинства технически развитых стран. [3]

В табл. 20 даны основные свойства наиболее употребительных сталей. [4]

Углерод является основным химическим элементом, определяющим основные свойства стали

. С увеличением содержания углерода в стали возрастают твердость, временное сопротивление разрыву и предел текучести, но ухудшается ее свариваемость, снижаются пластичность и ударная вязкость. [5]

При разработке указанных направлений учитывается, чтр основные свойства сталей цепного производства определяются, о одной стороны, их химическим составом, в первую очередь, содержанием углерода и легирующих элементов и, с другой стороны, той общей и тонкой структурой, какую имел сплав в готовом изделии. [6]

В отечественной практике нашли применение стали типа ОЗХ18Н11, и ОЗХ18АН11, аналогичные по основным свойствам стали типа 12 X18Н ЮТ. В сталь ОЗХ18АН11 введен азот в количестве до 0 15 %, который, не оказывая отрицательного влияния на коррозионную стойкость стали, компенсирует снижение прочности вследствие уменьшения содержания углерода. [7]

Слесарь-вентиляционник 3-го разряда должен уметь выполнять простые слесарные работы по сборке воздуховодов, подготовлять оборудование к монтажу, знать сортамент и основные свойства стали и других материалов, из которых изготовляют элементы вентиляционных систем, типы креплений воздуховодов и фасонных частей, выполнять различные операции ручной обработки листовой и профильной стали, изготовлять прямоугольные фланцы из уголковой стали. [8]

Хотя в некоторых случаях в технике нельзя провести резкую грань между классами строительной, конструкционной и инструментальной стали, однако классификация по применению является более характерной, так как позволяет лучше отметить основные свойства стали различных марок. Поэтому ниже принята классификация по применению. [9]

Должен знать: основы металлографии; физико-химические свойства металлов; принцип применяемых теплоизмерительных приборов; порядок изготовления макро — и микрошлифов и реактивов для травления; основы термической обработки стали, чугуна, а также цветных металлов и сплавов, используемых на предприятии; технологические процессы термической и химико-термической обработок вышеуказанных материалов;

основные свойства сталей и цветных металлов и сплавов; определение величины зерна, зон цементации, азотирования, сульфи-дирования и пр. [10]

Должен знать: устройство и принцип работы холодильной камеры; процесс обработки деталей и изделий холодом; свойства охлаждающего жидкого газа; условия его транспортировки, хранения и правила обращения с ним; номенклатуру деталей и изделий, подвергающихся обработке холодом, и предъявляемые к ним требования по техническим условиям; влияние и продолжительность действия низкой температуры на изделия; основные свойства сталей

, обрабатываемых холодом. [11]

Должен знать: устройство пламенных, газовых, индукционных, электрических, вакуумных ( камерных, шахтных, конвейерных, агрегатных и др.) печей; назначение и устройство откачной системы вакуумной печи, водородной установки; охлаждающие жидкости и правила их применения в зависимости от температуры нагрева и марки стали; основы химико-термической обработки металлов в пределах выполняемой работы; правила выбора режима термической обработки деталей и инструмента средней сложности из углеродистых и легированных сталей; основные свойства сталей различных марок, цветных металлов и их сплавов, технологическую схему и способы регулирования процесса отжига в водородной среде; физико-химические свойства хромоникеле-вого катализатора и способы обращения с ним; способы закалки деталей на однотипных закалочных прессах, закалочных машинах; способы закалки и охлаждения молетов; температурные режимы при закалке и охлаждении молетов для получения требуемой твердости; правила обращения с электроприборами при закалке молетов в электропечи; назначение, принцип работы и правила применения различных приборов ( механических, электрических, оптических) при термообработке; правила цементации деталей, цементующие вещества и способы-определения глубины слоя цементации; методы правки изделий после закалки. [12]

Основные свойства стали определяются содержанием ее главной примеси — углерода. Взаимодействие углерода с а — или у-модификациямп железа приводит к образованию железоуглеродистых сплавов, различных по строению п свойствам. Построение диаграммы состояния железо-цементит ( Fe — FesC) дает представление о температурных и концентрационных границах существования этих сплавов. [13]

Основные свойства стали определяются содержанием ее главной примеси — углерода. Взаимодействие углерода с а — или у-модификациями железа приводит к образованию железоуглеродистых сплавов, различных по строению и свойствам. Построение диаграммы состояния железо-цементит ( Fe — Fe3G) дает представление о температурных и концентрационных границах существования этих сплавов. [14]

Под высоколегир о в а н н ы м стальным литьем подразумевают литье, содержащее более 5 % ведущего легирующего элемента, а суммарно выше 8 — 10 % легирующих добавок. Основным свойством сталей этого типа является устойчивость против коррозии и действия высоких температур. К числу таких сталей относятся хромоникелевые ( 18 % хрома и 8 % никеля), хромистые ( 20 % хрома) и ряд других. [15]

Страницы: 1 2

www.ngpedia.ru

Химический состав, механические, физические и технологические характеристики

Сталь 45 — классифицируется как конструкционная углеродистая качественная сталь, феррито-перлитного класса. Применение качественных сталей затрагивает такие производственные отрасли, как машиностроение, строительство, приборостроение и другие. Этому способствует: различное содержание углерода в их структурном составе и применение многообразных видов термической обработки, а также увеличение и усовершенствование технологических характеристик и свойств сплавов.

Маркировка сплава

Конструкционные углеродистые качественные стали, по стандарту маркируются двузначным числом: сталь 05, 08…80, 85, которое указывает на усредненное значение, содержания углерода выраженное в сотых долях процента. Три цифры маркировки указывает на то что в сплаве содержится более чем 1% углерода, буква Л на отсутствие легировки — 45л, буквы Ст на его обыкновенное качество — Ст5.

Металлургическая промышленность производит стандартные стали марок от 05кп до 60, средний показатель углерода которых 0,05—0,60 процента, соответственно маркировки. Расшифровка марки стали 45 (фран. аналог С45) показывает содержание 0,45% С.

Основные характеристики стали 45

Любой сплав имеет свои отличительные характеристики, определенный химический состав, ряд заменителей, функциональное предназначение.

Марки 40, 45, 50 выделяются высокими показателями прочности, имея при этом небольшую вязкость и пластичность. Поскольку механические свойства марки и 45 идентичны маркам 40 и 50, эти стали являются взаимозаменяемыми.

Химический состав и свойства

Химическими составляющими сплава помимо железа и углерода являются и ряд других элементов, количество которых малосущественно. Процентное отношение химических составляющих стали 45:

Железо (Fe) — около 97%.
Углерод (C) — 0,42—0,5%.

Марганец (Mn) — 0,5—0,8%.
Кремний (Si) — 0,17—0,37%.
Никель (Ni) — не больше 0,25%.
Хром (Cr) — не больше 0,25%.
Медь (Cu) — не больше 0,25%.
Мышьяк (As) — не больше 0,08%.
Сера (S) — не больше 0,04%.
Фосфор (P) — не больше 0,035%.

От химического состава стали и структуры напрямую зависят ее химические свойства. Все элементы входящие в состав условно делятся на полезные и вредные. Процесс добавления полезных примесей носит название легирование. Если расшифровать маркировку 45х, то становится ясно что сплав содержит добавление хрома, 45 г — марганца.

Основные химические свойства материала:

степень окисления:
устойчивость к коррозии;
жароустойчивость;
жаропрочность.

Механические характеристики

Для анализа и контролирования свойств стали используют

различные методы их определения. К примеру, критерии прочности и пластичность определяют опытным путем, образцы растягивают до разрыва. Твердость сплавов фиксируют измеряя противодействие материала при влиянии на его поверхность твердого элемента, например, алмазного наконечника. Вязкость — ударными испытаниями специальных образцов.

Механические свойства и характеристики стали 45 (при t=20C).

Прочность — способность сплава выносить внешние нагрузки, не подвергаясь при этом разрушениям внутри. Характеризуется величинами: предел прочности, sв [МПа] и предел текучести стали 45, sT [МПа].

труба — ГОСТ 8731–87 , sв =588 МПа, sT =323 МПа;
прокат — ГОСТ 1050–88 , sв=600 МПа, sT =355 МПа;
прокат отожженный — ГОСТ 1050–88 , sв =540 МПа.

Твердость — способность сплава оказывать сопротивление при воздействии твердых тел. Характеризуется величинами: твердость по Н. В. Бринеллю 10—1 [МПа], по Роквеллу HRC [МПа]. Для марки 45 в состоянии поставки:

труба — ГОСТ 8731–87 , HB 10—1 = 207 МПа;
прокат — ГОСТ 1050–88 , HB 10—1 = 229 МПа;
прокат отожженка — ГОСТ 1050–88 , HB 10—1 = 207 МПа.

Пластичность — возможность сплава видоизменять свою форму под влиянием нагрузки и восстанавливать ее по окончании воздействия. Характеризуется величиной, относительное удлинение при разрыве, δ5 [ % ]:

труба — ГОСТ 8731–87 , δ5 =14%;
прокат — ГОСТ 1050–88 , δ5 =16%;
прокат отожженка — ГОСТ 1050–88 — δ5 =13%.

Ударная вязкость — способность материала сопротивляться динамическим воздействиям нагрузки, KCU [ кДж / м2].

Физические свойства

К физическим характеристикам стали относятся: плотность, коэффициент теплового расширения, теплопроводность, модуль упругости, удельная теплоемкость и электропроводность.

Металлические сплавы имеют высокие показатели плотности, теплоемкости и электрической проводимости. Рассмотрим физические свойства марки 45 (при t=20C).

Плотность или удельный вес — масса вещества на единицу объема, плотность стали 45 ГОСТ 1050–88 ρ=7826—7595 кг/м3.

Коэффициент линейного теплового расширения количественно равен относительной перемене линейных размеров вещества при росте (понижении) температуры в сплаве на 1 градус Цельсия, α (1/град).

Теплопроводность вещества — способность отдавать количество тепла от более прогретого участка к менее прогретому. Характеризуется величиной коэффициента теплопроводности, λ [Вт/(м·град)].

Под модулем Юнга подразумевается физическая величина, которая косвенно отображает возможности стали противостоять продольным деформациям (растяжению или сжатию). Эта величина указывает на жесткость материала и является важной физической особенностью, E 10—5=2 МПа;

Удельная теплоемкость — количество тепла, необходимое для нагрева 1 килограмма вещества на 1 градус Цельсия, Ϲ [Дж/(кг·град).

Электропроводность — способность материала быть проводником электрического тока. Характеризуется величиной удельного электрического сопротивления, Ṛ [Ом·м].

Технологические характеристики применение стали 45

Технологические характеристики стали указывают на пригодность сплава к различным методам обработки. Материал имеет следующие технологические характеристики:

Температура процесса ковки, градус — 1250 вначале, 700 в конце. Охлаждение сечений до 400 мм производится при нормальных условиях окружающей среды.
Свариваемость — трудно поддается процессу сварки. Виды сварки: РДС и КТС, с использованием подогрева и последующей термообработки.
Условия для резания — в горячекатаном состоянии при НВ 170—179 МПа и sB = 640 МПа.
Не склонна к отпускной способности после отжига.
Имеет малую флокеночувствительность.

Формирование метода термообработки материала, обусловлено эксплуатационными требованиями относительно деталей и механизмов. В металлообрабатывающей промышленности применяют такие виды обработки: нормализация, улучшение, закалка ТВЧ, закалка с низким отпуском и др.

Среднеуглеродистые стали нашли применение в изготовлении деталей, отличающихся повышенной прочностью материала с повышенным воздействием циклических нагрузок (зубчатые колеса редукторов, шатунные механизмы). Сталь марки 45 применяется при производстве:

шестерен, вал-шестерней, коленчатых и распределительных валов, бандажей, цилиндров, кулачков; шпинделей;
бесшовных труб и каркасных элементов трубопровода, требуют закалки и отпуска стали;
ряда запчастей и конструкций в отрасли мотовелостроения.

Технологический пример. Тиски, круглогубцы и плоскогубцы, выполняют на основе сталей 45 и 50. Производя термическую закалку, в собранном виде, нагревать следует только губки изделия для предохранения от образования закалочных трещин. Для подобного нагрева предназначены свинцовые и соляные ванны. При обработке в камерной печи остывание области с резким переходом (шарнир) должно происходить медленно, опусканием и перемещением в жидкости только поверхности губок инструмента (до потускнения остальной части). Температурный режим процесса отпуска 220—320 градусов в интервале 30—40 минут.

Оцените статью: Поделитесь с друзьями!

remoskop.ru

Физические свойства стали — Исходные материалы и их подготовка

К физическим свойствам стали относятся плотность (удельный вес), теплоемкость, теплопроводность, электропроводность и др. Первые три из перечисленных свойств имеют важное значение для кузнечноштамповочного производства.

Удельный вес стали — это вес 1 см³ стали в граммах. Он изменяется в зависимости от химического состава стали и в среднем принят равным 7,86 Г/см³ [7,86103 кГ/м³].

Теплоемкостью называется количество тепла, необходимое для нагревания 1 Г металла на 1°С. Она влияет на проникновение тепла от поверхности заготовки к сердцевине.

Теплопроводностью называется свойство материалов передавать тепло от одной нагретой части к другой, менее нагретой. Знание этого свойства передачи тепла от поверхности до сердцевины заготовки необходимо для определения продолжительности нагрева металла перед ковкой.

К механическим свойствам стали относятся: прочность, твердость, вязкость, пластичность, упругость и выносливость.

Прочностью называется способность металла сопротивляться разрушению (сохранять связь между частицами) при воздействии внешних сил.

Твердостью называется способность металла сопротивляться вдавливанию (проникновению) в него других, более твердых тел. Твердость стали определяется методом вдавливания в нее шарика или конуса специальных приборов. Чем тверже сталь, тем меньше диаметр отпечатка шарика на поверхности испытуемого образца или меньше глубина проникновения конуса при одинаковых нагрузках.

Вязкость (ударная) — это способность металла оказывать сопротивление ударным нагрузкам, не разрушаясь.

Пластичностью называется способность металла изменять ; без разрушения свою форму под воздействием внешних сил и сохранять принятую новую форму после прекращения действия внешних сил.

Упругостью называется свойство материала изменять форму под действием внешних сил и возвращаться к первоначальной форме после прекращения действия внешних сил.

Выносливостью называется способность металла выдерживать, не разрушаясь, различные эксплуатационные многократные нагрузки, в том числе и знакопеременные, т. е. нагрузки, непрерывно меняющиеся по величине и направлению.

«Свободная ковка», Я.С. Вишневецкий

В кузнечных нагревательных печах и горнах применяется твердое, жидкое и газообразное топливо. Основными требованиями, предъявляемыми к топливу, являются удобство сжигания и обеспечение высококачественного нагрева при относительно низкой себестоимости его. Твердое топливо Естественным твердым топливом являются каменные (антрациты, бурые и др.) угли, торф, дрова и др.; из них получают искусственные виды твердого топлива: кокс, древесный уголь,…

Продолжительное пребывание металла в печи при температурах, близких к началу плавления, приводит к оплавлению легкоплавких примесей, находящихся по границам зерен. При этом проникший в межзеренные прослойки кислород образует окисленные соединения примесей и металла, которые разобщают зерна друг от друга. Происходит так называемый пережог металла, при котором связь между отдельными зернами нарушается и появляются глубокие трещины….

Газообразное топливо является самым удобным из всех видов топлива для сжигания в нагревательных печах. Легкая смешиваемость газа с воздухом и возможность их подогрева перед сжиганием создают благоприятные условия в рабочей камере печи для полного сгорания топлива почти без избытка воздуха. При работе печи на газообразном топливе возможна полная автоматизация процесса. Газообразное топливо бывает природным и…

При ковке и штамповке поковок для деталей высокой точности, на поверхности которых не допускается окалина, а также в целях экономии металла применяют различные способы безокислительного нагрева, которые осуществляются в печах открытого пламени, муфельных и электрических. В кузнечных нагревательных печах с защитным газовым слоем на поде нагрев заготовок осуществляют при омывании их газами нейтрального или восстановительного…

Нагрев заготовки при горячей обработке металлов давлением необходим для повышения пластичности, а следовательно, и ковкости материала. Пластичность характеризуется величиной уменьшения высоты образца до появления трещин, вязкостью при ударных нагрузках и относительным удлинением образца при разрыве. Ковкостью называется способность металла при высокой пластичности оказывать незначительное сопротивление деформированию. Пластичность и ковкость в значительной степени зависят от температуры…

www.ktovdome.ru

Свойства стали.

Количество просмотров публикации Свойства стали. — 270

Среди физических свойств стали:

Истинная плотность7850-7900кг/м³,

Теплопроводность высокая,

Температура плавления –температура, при которой сталь из твердо-го состояния переходит в жидкое, температура плавления железа -1535°С_: но при введении в его состав углерода и других элементов она изменяется

Механические свойства стали

Характеризуются пределом прочности при растяжении. Пределом текучести, относительным удлинением, твердостью и ударной вязкостью.

Испытание стали на растяжение с одновременной оценкой ее упругости, производят на образцах в форме стержня круглого или прямоугольного сечения. Для этого используют разрывные машины, снабженные приспособлением для записи диаграммы растяжения образца. По вертикальной оси диаграммы откладывают растягивающую нагрузку, а по горизонтальной – соответствующее приращение длины образца ( смотри рис. 5.5.1)

На диаграмме растяжения прямой участок (от начала координат до точки 1) показывает, что удлинение Δl испытуемого образца прямо пропорционально приложенной нагрузке Р₁. Максимальное напряжение, при котором сохраняется прямая пропорциональность между удлинением образца и приложенной нагрузкой, принято называть пределом пропорциональности (σ_пр).

Деформации образца, в котором напряжения не превышают предел

Рис5.5.1

пропорциональности, являются упругими, и при снятии нагрузки восстанавливается первоначальная длина образца. При незначительном повышении нагрузки до P₂ (точка 2) образец начинает вытягиваться ( сталь ʼʼтечетʼʼ), хотя нагрузка остается постоянной, что соответствует горизонтальной площадке на диаграмме. Напряжение, при котором появляется текучесть стали, принято называть пределом текучести (σ_т). Образец приобретает остаточные деформации, т. Е. деформации, остающиеся в образце после снятия нагрузки.

При дальнейшем увеличении нагрузки до Р₃, наступает разрыв образца (точка 3). Максимально достигнутое при этом напряжение в образце, принято называть пределом прочности стали (σ_p), Мпа, который вычисляют по формуле:

σ_р=P/А₀,

где P – наибольшая нагрузка, Н;

Ао – первоначальная площадь поперечного сечения образца, м².

Относительное удлинение образца при испытании на разрыв, характеризует пластичность стали, т. е способность приобретать значительные остаточные деформации без разрывов и трещин. Относительное удлинение ε(%), определяют по формуле:

ε=(l₁– l₀)/l₀

где l_о –расчетная (начальная) длина образца, мм;

l₁— длина образца после разрыва, мм.

Испытание на растяжение является основным при оценке механических свойств стали, применяемых в строительстве.

Твердость – способность стали сопротивляться вдавливанию в нее других, более твердых тел ( к примеру, алмазного конуса или стального шарика).

Ударная вязкость — свойство стали противостоять динамическим

(ударным) нагрузкам. Ее величина определяется количеством работы, крайне важно й для разрушения стального образца на маятниковом копре.

Среди химических свойств стали наиболее важным является коррозионная стойкость, которая характеризует способность стали сопротивляться разрушающему действию окружающей среды.

Термическая обработка улучшает физико-механические свойства стали. Различают следующие виды термической обработки стали: закалку, отпуск, отжиг, нормализацию.

Закалка состоит в нагреве стали до 800-900 °С и быстром охлаждении ее в воде или масле.

Закалка увеличивает прочность и твердость стали, но снижает ударную вязкость.

Отпуск закаленной стали – медленный ее нагрев до 200-350 °С, выдержка при этой температуре с последующим медленным охлаждением на воздухе.

При отпуске стали снижается твердость, но повышается вязкость.

Отжиг – нагрев стали до определенной температуры, выдержка и медленное охлаждение в печи. Отжигают сталь для снижения твердости и повышения ее вязкости.

Нормализация стали – разновидность отжига, состоящая из нагрева ее до температуры ниже температуры закалки, выдержки при этой температуре и охлаждения на воздухе. Нормализация повышает твердость, прочность и ударную вязкость стали.

Сталь – это универсальный и удобный в работе металл, который широко применяется для изготовления уголка 63х63, арматуры и других видов металлопроката. Изделия из этого материала используются в машиностроении, строительстве и других сферах. Широкое распространение стали обусловлено ее исключительными свойствами: механическими, физическими, технологическими и химическими.

Механические

Прочность. Это свойство обуславливает способность металла выдерживать значительную внешнюю нагрузку, не разрушаясь. Количественно этот показатель характеризуется пределом текучести и пределом прочности.
- Предел прочности. Максимальное механическое напряжение, при превышении которого сталь разрушается.
- Предел текучести. Данный параметр показывает механическое напряжение, при превышении которого материал продолжает удлиняться в условиях отсутствия нагрузки.
Пластичность. Благодаря этому свойству металл изменяет свою форму под действием внешней нагрузки и сохраняет ее при отсутствии внешнего воздействия. Количественно это свойство оценивается относительным удлинением при растяжении и углом загиба.
Ударная вязкость. Обозначает способность металла сопротивляться динамическим нагрузкам. Количественно эта характеристика оценивается работой, которая требуется для разрушения образца, отнесенной к площади его поперечного сечения.
Твердость. Это свойство позволяет металлу сопротивляться попаданию в него твердых тел. Количественно характеризуется нагрузкой, отнесенной к площади отпечатка при вдавливании алмазной пирамиды (метод Виккерса) или стального шарика (метод Бринелля).

Физические

Плотность. Это масса материала, заключенного в единичном объеме. Именно благодаря высокой плотности арматура а500с и другие изделия из стали широко применяются в строительстве.
Теплопроводность. Характеризует способность металла передавать теплоту от более нагретых частей к менее нагретым;
Электропроводность. Определяет способность стали пропускать электрический ток.

Химические

Окисляемость. Это свойство представляет собой способность металла соединяться с кислородом. Окисляемость усиливается с повышением температуры металла. Стали с низким содержанием углерода окисляются с образованием ржавчины (оксидов железа) под действием воды или влажного воздуха.
Коррозионная стойкость. Это способность вещества не вступать в химические реакции и не окисляться.
Жаростойкость. Жаростойкость характеризует способность металла не окисляться под воздействием высокой температуры и не образовывать окалины.
Жаропрочность. Уровень жаропрочности определяет способность металла сохранять свои прочностные характеристики при воздействии высокой температуры.

Технологические

Ковкость. Это свойство говорит о способности металла принимать новую форму в результате воздействия внешних сил.
Обрабатываемость резанием. Сталь хорошо поддается механической обработке режущим инструментом, благодаря чему облегчается процесс производства трубы 60х30 и других изделий металлопроката.
Жидкотекучесть. Обозначает способность расплавленного металла заполнять пространства и узкие зазоры.
Свариваемость. Это свойство позволяет проводить эффективную работу по сварке. В результате образовывается надежное соединение без дефектов.

www.stroymetall.ru

Основные свойства и марки строительных сталей.

Строительная сталь – это разновидность сплава железа с углеродом, предназначенная для изготовления строительных конструкций, арматуры и литых изделий. Она обладает оптимальным составом для того, чтобы выдерживать значительные расчетные нагрузки. Использовать, например, инструментальную сталь для изготовления строительной балки нецелесообразно – даже при аналогичных размерах ее технические характеристики не будут удовлетворять расчётным нормативам.

Классификация

Требования к сталям строительным регламентирует ГОСТ 27772-88* «Прокат для строительных стальных конструкций». Документ определяет сортамент сплавов, приводит классификацию, правила производства, приёмки и применения металла.

Согласно ГОСТ, стали делятся на 2 основных вида по составу:

Углеродистые.
Легированные.

Углеродистые

Количество химического элемента углерода определяет прочность стальной конструкции. Чем его больше, тем крепче металл. Углеродистые сплавы делятся на 3 группы:

Строительные низколегированные стали с содержанием углерода менее 0,25%;
Среднеуглеродистые содержат 0,25-0,60% углерода;
Высокоуглеродистые имеют в составе более 0,60% химического элемента.

Применяются металлы с разным количеством углерода в изготовлении строительных конструкций нормальной напряженности.

Легированные

Для повышения прочности в сплав железа вводят различные металлы в разных количествах. Этот процесс называется легирование. По количеству добавок различают 3 группы сплавов:

Низколегированная – до 2,5% дополнительных металлов;
Среднелегированная – около 2,5-10% добавок;
Высоколегированная – более 10% примесей.

Строительные стали с добавками (легированные) считаются наиболее качественными, чем углеродистые. Они применяются для изготовления ответственных конструкций в строительстве, в космической отраслях, в машиностроении и на железной дороге.

Выбор типа стали определяется ГОСТом и конструктивными расчётами.

Маркировка строительных сталей

Марка указывает на основные показатели материала. Углеродистая и легированная стали имеют разные обозначения, поэтому рассмотрим их по отдельности.

Расшифровка углеродистых сталей

Расшифровать марку сплава с углеродом просто:

«Ст» – это обозначение стали строительной;
Цифра указывает количество углерода в сплаве в десятых процента;
Буквы «кп», «пс», «сп» в конце обозначения указывают на кипящий тип раскисления (см. далее). Отсутствие дополнительных букв говорит о том, что сталь спокойная.

Соотношение марки стали и количества углерода представлено в таблице:

Содержание серы в углеродистых сплавах – не менее 0,045%, фосфора – не менее 0,055%.

Маркировка легированных сплавов

Поскольку в легированных сталях присутствуют различные химические элементы, необходимо идентифицировать их:

Пример марки строительных сталей с легирующими добавками: 16Г2АФ. Расшифровывается обозначение следующим образом:

16 – содержание углерода в сплаве. В нашем случае – 0,16%. Если в наименовании одна цифра, её следует принимать как сотую процента;
Г – наличие марганца 2%;
А – азот, около 1%;
Ф – ванадий, около 1%.

Наименований легированных строительных сталей множество.

Обозначение конструкционной стали

ГОСТ 27772-88* приводит обозначение металлов для изготовления фасонного проката, которые обозначаются буквой «С» (Сталь строительная) и цифрами. Чтобы понять, что скрывается за этими значениями, приведём соответствие легированных, углеродистых и принятых строительных сталей:

Основная классификация строительных сталей

Легированные и углеродистые – основная классификация сплавов. Дополнительно металл можно разделить на группы по отдельным ключевым признакам.

По прочности:

1) Обычные (s_y< 29 кН/см²) – это низкоуглеродистые в диапазоне (С235…С285) с разной степенью раскисления. Характерна средняя стойкость к коррозии, хрупкость при отрицательных температурах;
2) Повышенной прочности (29 кН/см²≤s_y<40 кН/см2) – это сплавы С345…С390. Точные характеристики зависят от типа и количества добавочных металлов;
3) Высокой прочности (s_y≥ 40 кН/см²). Такие сплавы обладают хорошими показателями текучести, пластичности, сжатия.

По степени раскисления:

Кипящая (кп), раскисленная кремнием от 0,12 до 0,3% или алюминием до 0,1 % – хрупкая, подверженная скорому разрушению и старению;
Полуспокойная (пс) раскисляется кремнием 0,05…0,15%, более устойчива в эксплуатации;
Спокойная (сп)– самая дорогая, хорошо сваривается, выдерживает любые нагрузки.

По назначению:

Для холодной штамповки;
Цементируемые;
Улучшаемые;
Высокопрочные;
Жаростойкие;
Жаропрочные;
Рессорно-пружинные;
Шарикоподшипниковые;
Автоматные;
Коррозионно-стойкие;
Износостойкие сплавы.

www.hugebuilding.ru

Стали: влияние углерода и примесей на свойства сталей. Классификация и маркировка сталей

Стали являются наиболее распространёнными материалами. Обладают хорошими технологическими свойствами. Изделия получают в результате обработки давлением и резанием.

Достоинством является возможность получать нужный комплекс свойств, изменяя состав и вид обработки. Стали, подразделяют на углеродистые и легированные.

Влияние углерода и примесей на свойства сталей

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

Влияние углерода.

Влияние углерода на свойства сталей показано на рис. 10.1

Рис.10.1. Влияние углерода на свойства сталей

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.

Влияние примесей.

В сталях всегда присутствуют примеси, которые делятся на четыре группы. 1.Постоянные примеси: кремний, марганец, сера, фосфор.

Марганец и кремний вводятся в процессе выплавки стали для раскисления, они являются технологическими примесями.

Содержание марганца не превышает 0,5…0,8 %. Марганец повышает прочность, не снижая пластичности, и резко снижает красноломкость стали, вызванную влиянием серы. Он способствует уменьшению содержания сульфида железа FeS, так как образует с серой соединение сульфид марганца MnS . Частицы сульфида марганца располагаются в виде отдельных включений, которые деформируются и оказываются вытянутыми вдоль направления прокатки.

Содержание кремния не превышает 0,35…0,4 %. Кремний, дегазируя металл, повышает плотность слитка. Кремний растворяется в феррите и повышает прочность стали, особенно повышается предел текучести_,. Но наблюдается некоторое снижение пластичности, что снижает способность стали к вытяжке

Содержание фосфора в стали 0,025…0,045 %. Фосфор, растворяясь в феррите, искажает кристаллическую решетку и увеличивает предел прочности и предел текучести , но снижает пластичность и вязкость.

Располагаясь вблизи зёрен, увеличивает температуру перехода в хрупкое состояние, вызывает хладоломкость, уменьшает работу распространения трещин, Повышение содержания фосфора на каждую 0,01 % повышает порог хладоломкости на 20…25ºС.

Фосфор обладает склонностью к ликвации, поэтому в центре слитка отдельные участки имеют резко пониженную вязкость.

Для некоторых сталей возможно увеличение содержания фосфора до 0,10…0,15 %, для улучшения обрабатываемости резанием.

Сера уменьшает пластичность, ухудшает свариваемость и коррозионную стойкость.

Содержание серы в сталях составляет 0,025…0,06 %. Сера – вредная примесь, попадает в сталь из чугуна. При взаимодействии с железом образует химическое соединение – сульфид серы FeS, которое, в свою очередь, образует с железом легкоплавкую эвтектику с температурой плавления 988ºС. При нагреве под прокатку или ковку эвтектика плавится, нарушаются связи между зёрнами. При деформации в местах расположения эвтектики возникают надрывы и трещины, заготовка разрушается – явление красноломкости.

Красноломкость – повышение хрупкости при высоких температурах

Сера снижает механические свойства, особенно ударную вязкость аи пластичность (и ), а также предел выносливости. Она ухудшают свариваемость и коррозионную стойкость.

2. Скрытые примеси — газы (азот, кислород, водород) – попадают в сталь при выплавке.

Азот и кислород находятся в стали в виде хрупких неметаллических включений: окислов (FeO, SiO₂, Al₂O₃)нитридов (Fe₂N), в виде твердого раствора или в свободном состоянии, располагаясь в дефектах (раковинах, трещинах).

Примеси внедрения (азот N, кислород О) повышают порог хладоломкости и снижают сопротивление хрупкому разрушению. Неметаллические включения (окислы, нитриды), являясь концентраторами напряжений, могут значительно понизить предел выносливости и вязкость.

Очень вредным является растворенный в стали водород, который значительно охрупчивает сталь. Он приводит к образованию в катанных заготовках и поковках флокенов.

Флокены – тонкие трещины овальной или округлой формы, имеющие в изломе вид пятен – хлопьев серебристого цвета.

Металл с флокенами нельзя использовать в промышленности, при сварке образуются холодные трещины в наплавленном и основном металле.

Если водород находится в поверхностном слое, то он удаляется в результате нагрева при 150…180, лучше в вакууме мм рт. ст.

Для удаления скрытых примесей используют вакуумирование.

3. Специальные примеси, которые специально вводятся в сталь для получения заданных свойств. Примеси называются легирующими элементами, а стали — легированные сталями.

Назначение легирующих элементов.

Основным легирующим элементом является хром (0,8…1,2)%. Он повышает прокаливаемость, способствует получению высокой и равномерной твердости стали. Порог хладоломкости хромистых сталей — (0…-100) ºС.

Дополнительные легирующие элементы.

Бор — 0.003%. Увеличивает прокаливаемость, а также повышает порог хладоломкости (+20…-60) ºС.

Марганец – увеличивает прокаливаемость, однако содействует росту зерна и повышает порог хладоломкости до (+40…-60) ºС.

Титан (~0,1%) вводят для измельчения зерна в хромомарганцевой стали.

Введение молибдена (0,15…0,46%) в хромистые стали увеличивает прокаливаемость, снихает порог хладоломкости до –20…-120 ºС. Молибден увеличивает статическую, динамическую и усталостную прочность стали, устраняет склонность к внутреннему окислению. Кроме того, молибден снижает склонность к отпускной хрупкости сталей, содержащих никель.

Ванадий в количестве (0.1…0.3) % в хромистых сталях измельчает зерно и повышает прочность и вязкость.

Введение в хромистые стали никеля, значительно повышает прочность и прокаливаемость, понижает порог хладоломкости, но при этом повышает склонность к отпускной хрупкости (этот недостаток компенсируется введением в сталь молибдена). Хромоникелевые стали, обладают наилучшим комплексом свойств. Однако никель является дефицитным, и применение таких сталей ограничено.

Значительное количество никеля можно заменить медью, это не приводит к снижению вязкости.

При легировании хромомарганцевых сталей кремнием получают, стали – хромансиль (20ХГС, 30ХГСА). Стали обладают хорошим сочетанием прочности и вязкости, хорошо свариваются, штампуются и обрабатываются резанием.Кремний повышает ударную вязкость и температурный запас вязкости.

Добавка свинца, кальция способствует улучшению обрабатываемость резанием. Применение упрочнения термической обработки улучшает комплекс механических свойств.

Распределение легирующих элементов в стали.

Легирующие элементы растворяются в основных фазах железоуглеродистых сплавов ( феррит, аустенит, цементит), или образуют специальные карбиды.

Растворение легирующих элементов происходит в результате замещения атомов железа атомами этих элементов. Эти атомы создают в решетке напряжения, которые вызывают изменение ее периода.

Изменение размеров решётки вызывает изменение свойств феррита – прочность повышается, пластичность уменьшается. Хром, молибден и вольфрам упрочняют меньше, чем никель, кремний и марганец. Молибден и вольфрам, а твкже кремний и марганец в определенных количествах, снижают вязкость.

В сталях карбиды образуются металлами, расположенными в таблице Менделеева левее железа (хром, ванадий, титан), которые имеют менее достроенную d–электронную полосу.

В процессе карбидообразования углерод отдаёт свои валентные электроны на заполнение d электронной полосы атома металла, тогда как у металла валентные электроны образуют металлическую связь, обусловливающую металлические свойства карбидов.

При соотношении атомных радиусов углерода и металла более 0,59 образуются типичные химические соединения: Fe₃C, Mn₃C, Cr₂₃C₆, Cr₇C₃, Fe₃W₃C – которые имеют сложную кристаллическую решетку и при нагреве растворяются в аустените.

При соотношении атомных радиусов углерода и металла менее 0,59 образуются фазы внедрения: Mo₂C, WC, VC, TiC, TaC, W₂C – которые имеют простую кристаллическую решетку и трудно растворяются в аустените.

Все карбиды обладают высокой твердостью и температурой плавления.

4. Случайные примеси.

Классификация и маркировка сталей

Классификация сталей

Стали классифицируются по множеству признаков.

По химическому: составу: углеродистые и легированные.
По содержанию углерода:

а) низкоуглеродистые, с содержанием углерода до 0,25 %;
б) среднеуглеродистые, с содержанием углерода 0,3…0,6 %;
в) высокоуглеродистые, с содержанием углерода выше 0,7 %

По равновесной структуре: доэвтектоидные, эвтектоидные, заэвтектоидные.

По качеству. Количественным показателем качества является содержания вредных примесей: серы и фосфора:

а) углеродистые стали обыкновенного качества:
б) качественные стали;
в) высококачественные стали.

По способу выплавки:

а) в мартеновских печах;
б) в кислородных конверторах;
в) в электрических печах: электродуговых, индукционных и др.

По назначению:

а) конструкционные – применяются для изготовления деталей машин и механизмов;
б) инструментальные – применяются для изготовления различных инструментов;
в) специальные – стали с особыми свойствами: электротехнические, с особыми магнитными свойствами и др.

Маркировка сталей

Принято буквенно-цифровое обозначение сталей

Углеродистые стали обыкновенного качества (ГОСТ 380).

Стали содержат повышенное количество серы и фосфора

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

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

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

Качественные углеродистые стали

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

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

Сталь 08 кп, сталь 10 пс, сталь 45.

Содержание углерода, соответственно, 0,08 %, 0,10 %, 0.45 %.

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

Сталь У8, сталь У13.

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

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

Сталь У10А.

Качественные и высококачественные легированные стали

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

Обозначения легирующих элементов:

Х – хром, Н – никель, М – молибден, В – вольфрам, К – кобальт, Т – титан, А – азот ( указывается в середине марки), Г – марганец, Д – медь, Ф – ванадий, С – кремний, П – фосфор, Р – бор, Б – ниобий, Ц – цирконий, Ю – алюминий.

Легированные конструкционные стали

Сталь 15Х25Н19ВС2

В начале марки указывается двухзначное число, показывающее содержание углерода в сотых долях процента. Далее перечисляются легирующие элементы. Число, следующее за условным обозначением элемента, показывает его содержание в процентах,

Если число не стоит, то содержание элемента не превышает 1,5 %.

В указанной марке стали содержится 0,15 % углерода, 35% хрома, 19 % никеля, до 1,5% вольфрама, до 2 % кремния.

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

Легированные инструментальные стали

Сталь 9ХС, сталь ХВГ.

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

Далее перечисляются легирующие элементы с указанием их содержания.

Все легированные инструментальные стали – высококачественные.

Некоторые стали имеют нестандартные обозначения.

Быстрорежущие инструментальные стали

Сталь Р18

Р – индекс данной группы сталей (от rapid – скорость). Содержание углерода более 1%. Число показывает содержание основного легирующего элемента – вольфрама .

В указанной стали содержание вольфрама – 18 %.

Если стали содержат легирующие элемент, то их содержание указывается после обозначения соответствующего элемента.

Шарикоподшипниковые стали

Сталь ШХ6, сталь ШХ15ГС

Ш – индекс данной группы сталей. Х – указывает на наличие в стали хрома. Последующее число показывает содержание хрома в десятых долях процента, в указанных сталях, соответственно, 0,6 % и 1,5 %. Также указываются входящие с состав стали легирующие элементы. Содержание углерода более 1 %.

xn--80aagiccszezsw.xn--p1ai

Основные свойства стали – 1.Основные характеристики малоуглеродистой стали, стали обычной прочности, стали повышенной прочности, стали высокой прочности.