Дайте классификацию легированных сталей

Легированная сталь — это сталь, содержащая специальные легирующие добавки, которые позволяют в значительной степени менять ряд ее механических и физических свойств. В данной статье мы разберемся, что из себя представляет классификация легированных сталей, а также рассмотрим их маркировку.

Круглый прокат из легированной стали

Классификация легированных сталей

По содержанию в составе стали углерода идет разделение на:

В зависимости от общего количества в их составе легирующих элементов, которые содержит легированная сталь, она может принадлежать к одной из трех категорий:

низколегированная (не более 2,5%);
среднелегированная (не более 10%);
высоколегированная (от 10% до 50%).

Свойства, которыми обладают легированные стали, определяет и их внутренняя структура. Поэтому признаку классификация легированных сталей подразумевает разделение на следующие классы:

доэвтектоидные — в составе присутствует избыточный феррит;
эвтектоидные — сталь имеет перлитную структуру;
заэвтектоидные — в их структуре присутствует вторичные карбиды;
ледебуритные — в структуре присутствует первичные карбиды.

По своему практическому применению легированные конструкционные стали могут быть: конструкционные (подразделяются на машиностроительные или строительные), инструментальные, а также стали с особыми свойствами.

Назначение конструкционных легированных сталей:

Машиностроительные — служат для производства деталей всевозможных механизмов, корпусных конструкции и тому подобного. Отличаются тем, что в подавляющем большинстве случаев проходят термическую обработку.
Строительные — чаще всего используются при изготовлении сварных металлоконструкций и термической обработке подвергаются в редких случаях.

Классификация машиностроительных легированных сталей выглядит следующим образом.

Жаропрочные стали активно используются для производства деталей, предназначенных для работы в сфере энергетики (например, комплектующие паровых турбин), а также из них делают особо ответственный крепеж. В качестве легирующих добавок в них используют хром, молибден, ванадий. Жаропрочные относятся к среднеуглеродистым, среднелегированным, перлитным сталям.
Улучшаемые (из категорий среднеуглеродистых, низко- и среднелегированных) стали, при производстве которых используют закалку, применяются для изготовления сильно нагруженных деталей, испытывающих нагрузки переменного характера. Отличаются чувствительностью к концентрации напряжения в рабочей детали.
Цементуемые (из категорий низкоуглеродистых, низко- и среднелегированных) стали, как можно понять по названию, подвергаются цементации и следующей после нее закалке. Их применяют для изготовления всевозможных шестерен, валов и других похожих по назначению деталей.

Зависимость толщины цементованного слоя от температуры и времени обработки

Классификация строительных легированных сталей подразумевает их разделение на следующие виды:

Массовая — низколегированные стали в виде труб, фасонного и листового проката.
Мостостроительная — для автомобильных и ж/д мостов.
Судостроительная хладостойкая, нормальная и повышенной прочности — хорошо противостоит хрупкому разрушению.
Судостроительная хладостойкая высокой прочности — для сварных конструкций, которым предстоит работать в условиях низких температур.
Для горячей воды и пара — допускается рабочая температура до 600 градусов.
Низкоопущенные высокой прочности — применяются в авиации, чувствительны к концентрации напряжений.
Повышенной прочности с применением карбонитритного упрочнения, создающим мелкозернистую структуру стали.
Высокой прочности с применением карбонитритного упрочнения.
Упрочненные прокаткой при температуре 700-850 градусов.

Применение инструментальных легированных сталей

Инструментальная легированная сталь широко используется при производстве разнообразного инструмента. Но помимо явного превосходства над углеродистой сталью в плане твердости и прочности, у легированной стали есть и слабая сторона — более высокая хрупкость. Поэтому для инструмента, который активно подвергается ударным нагрузкам, такие стали не всегда подходят. Тем не менее при производстве огромного перечня режущего, ударно-штампового, измерительного и прочего инструмента именно инструментальные легированные стали остаются незаменимыми.

Отдельно можно отметить быстрорежущую сталь, отличительными особенностями которой являются крайне высокая твердость и красностойкость до температуры 600 градусов. Такая сталь способна выдерживать нагрев при высокой скорости резания, что позволяет увеличить скорость работы металлообрабатывающего оборудования и продлить срок его службы.

К отдельной категории относятся легированные конструкционные стали, наделенные особыми свойствами: нержавеющие, с улучшенными электрическими и магнитными характеристиками. От того, какие элементы, а также в каких количествах преимущественно содержатся в них, они могут быть хромистыми, никелевыми, хромоникельмолибденовыми. Также они делятся на трех-, четырех- и более компонентные по числу содержащихся в них легирующих добавок.

Легирующие элементы и их влияние на свойства сталей

Маркировка легированных сталей указывает на то, какие добавки в ней содержатся, а также на их количественное значение. Но также важно знать и то, какое именно влияние на свойства металла оказывает каждый из этих элементов в отдельности.

Добавка хрома увеличивает коррозионную стойкость, повышает прочность и твердость, является основным компонентом при создании нержавеющей стали.

Добавление никеля повышает пластичность, вязкость стали и коррозионную стойкость.

Титан уменьшает зернистость внутренней структуры, повышая прочность и плотность, улучшает обрабатываемость и коррозионную стойкость.

Присутствие ванадия уменьшает зернистость внутренней структуры, что повышает текучесть и порог прочности на разрыв.

Добавка молибдена дает возможность улучшить прокаливаемость, повысить коррозионную устойчивость и снизить хрупкость.

Вольфрам повышает твердость, не дает зернам увеличиваться при нагреве и снижает хрупкость при отпуске.

При содержании до 1-15% кремний повышает прочность, сохраняя вязкость. При увеличении процента содержания кремния повышается магнитопроницаемость и электросопротивление. Также данный элемент увеличивает упругость, стойкость к коррозии и сопротивляемость к окислению, но также повышает хрупкость.

Введение кобальта увеличивает ударопрочность и жаропрочность.

Добавление алюминия способствует повышению окалиностойкости.

Таблица назначения некоторых видов стали

Отдельно стоит упомянуть примеси и их влияние на свойства сталей. Любая сталь всегда содержит технологические примеси, так как полностью удалить их из состава стали чрезвычайно трудно. К такого рода примесям относятся углерод, серу, марганец, кремний, фосфор, азот и кислород.

Оказывает на свойства стали очень значительное влияние. Если его содержится до 1,2%, то углерод способствует повышению твердости, прочности, предела текучести металла. Превышение указанного значения способствует тому, что начинает значительно ухудшаться не только прочность, но и пластичность.

Если количество марганца не превышает 0,8%, то он считается технологической примесью. Он призван повысить степень раскисления, а также противостоять негативному влиянию серы на сталь.

При превышении содержания серы выше 0,65% механические свойства стали существенно снижаются, речь идет об уменьшении уровня пластичности, коррозионной стойкости, ударной вязкости. Также высокое содержание серы негативно влияет на свариваемость стали.

Даже незначительное превышение содержания фосфора выше необходимого уровня чревато повышением хрупкости и текучести, а также снижением вязкости и пластичности стали.

Азот и кислород

При превышении определенных количественных значений в составе стали вкрапления данных газов повышают хрупкость, а также способствуют понижению ее выносливости и вязкости.

Слишком большое содержание водорода в стали ведет к увеличению ее хрупкости.

Маркировка легированных сталей

К категории легированных относится большое разнообразие сталей, что и вызвало необходимость в систематизации их буквенно-цифрового обозначения. Требования к их маркировке оговаривает ГОСТ 4543-71, согласно которому сплавы, наделенные особыми свойствами, обозначаются маркировкой, где на первой позиции стоит буква. По этой букве как раз и можно определить, что сталь по своим свойствам относится к определенной группе.

Пример расшифровки маркировки легированной стали

Так, если маркировка легированных сталей начинается с букв «Ж», «Х» или «Е» — перед нами сплав нержавеющей, хромистой или магнитной группы. Сталь, которая относится к нержавеющей хромоникелевой группе, обозначается буквой «Я» в ее маркировке. Сплавы, относящиеся к категории шарикоподшипниковых и быстрорежущих инструментальных, обозначаются буквами «Ш» и «Р».

Стали, относящиеся к легированным, могут принадлежать к категории высококачественных, а также особо высококачественных. В таких случаях в конце их марки ставится буква «А» или «Ш» соответственно. Стали, которые обладают обычным качеством, таких обозначений в своей маркировке не имеют. Специальное обозначение также имеют сплавы, которые получены прокатным методом. В таком случае в маркировке присутствует буква «Н» (нагартованный прокат) или «ТО» (термически обработанный прокат).

Точный химический состав любой легированной стали можно посмотреть в нормативных документах и справочной литературе, но получить такую информацию позволяет и умение разбираться в ее маркировке. Первая цифра позволяет понять, сколько углерода (в сотых долях процента) содержит легированная сталь. После этой цифры в марке перечисляются буквенные обозначения легирующих элементов, которые содержатся дополнительно.

Обозначение легирующих элементов в маркировке стали

После каждой такой буквы проставляется количественное содержание указанного элемента. Выражается это содержание в целых долях. После буквы, обозначающей элемент, может не стоять никакой цифры. Означает это то, что его содержание в стали не превышает 1,5%. Государственный стандарт 4543-71 регламентирует обозначение легирующих добавок, входящих в состав легированной стали: А — Азот, Б — Ниобий, В —Вольфрам, Г — Марганец, Д — Медь, К — Кобальт, М — Молибден, Н — Никель, П — Фосфор, Р — Бор, С — Кремний, Т — Титан, Ц — Цирконий, Ф — Ванадий, Х — Хром, Ю — Алюминий.

Использование легированных сталей

Сегодня сложно найти сферу жизни и деятельности, в которых бы не использовалась легированная сталь. Из инструментальных и конструкционных сталей производится практически любой инструмент: резцы, фрезы, штампы, измерительные устройства, шестерни, пружины, подвески, растяжки и многое другое. Нержавеющие легированные стали активно используются и в быту, из них изготавливают посуду, корпуса и другие элементы многих видов бытовой техники.

Легированные стали по причине их высокой стоимости используются только для производства самых ответственных конструкций и деталей, где изделия из других металлов просто не смогут выполнить возложенные на них задачи.

В основу классификации легированных сталей заложены 4 признака:

— расновесная структура (после обжига);

— структура после охлаждения на воздухе (после нормализации),

По типу расновесной структуры.Стали подразделяются на доэвтектоидные, эвтектоидные, заэвтектоидные и ледебуритные.

Эвтектоидные стали имеют перлитную структуру. А доэвтектоидные и заэвтектоидные, наряду с перлитом, содержат соответственно избыточный феррит или вторичные карбиды.

В структуре литых ледебуритных сталей присутствует эвтектика (ледебурит), образованная первичными карбидами вместе с аустенитом, поэтому по структуре они могут быть отнесены к белым чугунам. Но их причисляют к сталям с учетом меньшего, чем у чугунов, содержания углерода (меньше 2 %) и возможности подвергать пластической деформации.

Таким образом, с учетом фазового равновесия, легированные стали относят ферритному, перлитному, карбидному, или аустенитному классу.

Классификация по структуре после нормализации предполагает разделение сталей на 3 основных класса:

1.Перлитный,

2.мартенситный,

3.аустенитный.

Такие разделение обусловлено тем, что с увеличением содержания легирующих элементов в стали, возрастает устойчивость аустенита в перлитной области, одновременно снижается температурная область мартенситного превращения. Все это приводит к изменению получаемых при нормализации структур от перлита (сорбита, тростита, бейнита) в относительно малолегированных сталях до мартенсита (в легированных) и аустенита (в высоколегированных).

Классификация по химическому составу предполагает разделение легированных сталей на:

— марганцовистые и др.

Согласно той же классификации стали подразделяют по общему количеству легирующих элементов в них на:

— низколегированные ( до 2,5 %),

— высоколегированные (более 10 %).

Разновидностью классификации по химическому составу является классификация по качеству.

Качество стали – это комплекс свойств, обеспечиваемых металлургическим процессом, таких как однородность химического состава, строения и свойств стали, ее технологичность. Эти свойства зависят в основном от содержания газов (кислород, азот, водород) и вредных примесей (серы и фосфора).

По назначению стали подразделяют на конструкционные (например, цементуемые, улучшаемые) инструментальные и с особыми свойствами. К последним относят «автоматные», пружинные, шарикоподшипниковые, износостойкие, коррозионностойкие, теплоустойчивые, жаропрочные, электротехнические и другие.

7.3. Маркировка легированных сталей

Обозначение марки включает в себя цифры и буквы, указывающие на примерный состав стали.

В начале марки приводятся двузначные цифры (например 12ХН3А), указывающие среднее содержание углерода в сотых долях процента.

Буквы справа от цифры обозначают легирующие элементы:

А – азот, Б – ниобий, В – вольфрам, Г – марганец, Д – медь, Е — селен, К – кобальт, Н – никель, М – молибден, П – фосфор, Р – бор, С – кремний, Т – титан, Ф – ванадий, Х – хром, Ц – цирконий, Ч – редкоземельные элементы, Ю – алюминий.

Следующие после буквы цифры указывают примерное содержание (в целых процентах) соответствующего элемента (при содержании менее 1,5% цифра отсутствует, например 30ХГС).

Высококачественные стали обозначаются буквой А,

А особовысококачественные – буквой Ш, помещаемыми в конце марки (например 30ХГСА, 30ХГСШ).

Если буква А расположена в средине марки (напр. 14Г2АФ), то это свидетельствует о том, что сталь легирована азотом.

При обозначении автоматных сталей с повышенной обрабатываемостью резанием буква А ставится в начале марки (например А20, А40Г). Если автоматная сталь легирована свинцом, то обозначение марки начинается с сочетания букв АС.

Маркировка шарикоподшипниковой стали начинается с буквы Ш (ШХ15, где 15- среднее содержание хрома в десятых долях %).

В начале обозначения марки быстрорежущих сталей стоит буква Р, за которой следует цифра, отражающая концентрацию вольфрама (Р18).

Опытные стали, выплавленные на заводе «Электросталь», первоначально обозначают буквами ЭИ (электросталь, исследовательская) с порядковым номером разработки, например ЭИ962 (11Х11Н23Т3МР). Такое упрощенное обозначение сталей, особенно высоколегированных, в дальнейшем широко используется в заводских условиях.

При маркировке сплавов на железоникелевой основе указывается количественное содержание никеля (в процентах) с перечислением лишь буквенных обозначений остальных ЛЭ, например ХН38ВТ, ХН45МВТЮБР.

7.4. Цементуемые (нитроцементуемые)

Легированные стали

К данной группе относятся низко- и среднелегированные стали (20Х, 15ХФ, 25ХГТ) с содержанием углерода 0,1…0,3%, обеспечивающие после ХТО, закалки и низкого отпуска высокую поверхностную твердость (НRС 58…62) при вязкой и достаточно прочной сердцевине (σ_В = 700…1100 МПа, КCU= 0,6…1,0 МДж/м 2 , НRC = 35…45). Эти стали используют для изготовления деталей машин и приборов (кулачков, зубчатых колес) испытывающих переменные и ударные нагрузки и одновременно подверженных износу.

Цементуемые легир. стали по механическим свойствам подразделяют на 2 группы:

— стали средней прочности с σ_Т менее 700 МПа (15Х, 15ХФ);

— стали повышенной прочности с σ_В = 700…1100 МПа

Хромомарганцевые стали (18ХГТ, 25ХГТ), широко применяемые в автомобилестроении, содержат по 1% хрома и марганца (дешевого заменителя никеля). Их недостатком является склонность к внутреннему окислению при газовой цементации, что приводит к снижению предела выносливости. Этот недостаток устраняется легированием молибденом (25ХГМ).

Для работы в условиях изнашивания используют сталь 20ХГР, легированную бором (0,001…0,0055). Бор повышает прокаливаемость и прочность стали, но снижает ее вязкость и пластичность. Дополнительное введение в сталь 1% никеля (20ХГНР) приводит к увеличению ее пластичности, вязкости и прокаливаемости.

В хромоникелевых сталях (12ХН3А, 12Х2Н4А, 20ХН3А и др) при закалке в масле в сердцевине формируется структура нижнего бейнита либо низкоуглеродистого мартенсита. Такая структура обеспечивает сочетание высокой прочности и вязкости (σ_В=950…1300 МПа, КСU=0,8…0,9 МДж). Эти стали применяют для крупных деталей ответственного назначения.

Хромоникельмолибденовая (вольфрамовая) сталь 18Х2Н4ВА (18Х2Н4ВА) относится к мартенситному классу и закаливается на воздухе, что способствует уменьшению коробления. Молибден увеличивает прокаливаемость цементного слоя, хром и марганец увеличивает прокаливаемость сердцевины.

В цементованном состоянии данную сталь применяют для изготовления зубчатых колес авиационных двигателей, судовых редукторов и других крупных деталей особо ответственного назначения. Эту сталь используют также как улучшаемую при изготовлении деталей, подверженных большим ударным нагрузкам.

Дата добавления: 2016-02-02 ; просмотров: 1529 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Маркировка

Легированные стали маркируются цифрами и буквами, указывающими примерный состав стали. Буква показывает, какой легирующий элемент входит в состав стали.

Маркировка	Элемент
Г	марганец	Mn
С	кремний	Si
Х	хром	Cr
Н	никель	Ni
Д	медь	Cu
А	азот	N
Ф	ванадий	V
Б	ниобий	Nb
В	вольфрам	W
Е	селен	Se
К	кобальт	Co
Л	бериллий	Be
М	молибден	Mo
Р	бор	B
Т	титан	Ti
Ю	алюминий	Al
Ц	цирконий	Zr
П	фосфор	P
Ч	редкоземельные металлы

Стоящие за буквой цифра обозначает среднее содержание элемента в процентах. Если элемента содержится менее 1 %, то цифры за буквой не ставятся. Первые две цифры указывают среднее содержание углерода в сотых долях процента, если цифра одна, то содержание углерода в десятых долях процента.

Дополнительные обозначения в начале марки:

содержание в шарикоподшипниковых сталях хрома в десятых долях процента(например ШХ4 — Cr 0,4 %)
в марке быстрорежущей стали, цифра после «Р» — содержание вольфрама в %, и во всех быстрорежущих сталях содержание хрома 4 %.

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

сталь 18ХГТ — 0,18 %, 1 Сr, 1 Мn, около 0,1 Тi;
сталь 38ХНЗМФА — 0,38 %, 1,2—1,5 Сr; 3 Ni, 0,3—0,4 Мо, 0,1—0,2 V;
сталь 30ХГСА — 0,30 %, 0,8—1,1 Сr, 0,9—1,2 Мn, 0,8—1,251 Si;
сталь 03Х13АГ19 — 0,03 %, 13 Сr, 0,2—0,3 N, 19 Мn.

Классификация легированных сталей

По эксплутационным признакам в зависимости от назначения различают три класса сталей и сплавов.

1. Конструкционные стали и сплавы, предназначаемые для изготовления деталей машин, существуют 2 группы:

а) работающих в условиях обычных температур ;

б) работающих в условиях повышенных температур (окалиностойкие);

2. Инструментальные стали и сплавы, предназначаемые для изготовления различного производственного инструмента и оснастки (3 группы):

а) режущего инструмента;

в) измерительного инструмента;

3. Стали и сплавы с особыми свойствами, обладающими определенными специфическими физическими, химическими или механическими параметрами (6 групп)

б) с высоким электросопротивлением;

г) с особым тепловым расширением;

е) жаропрочные и жаростойкие.

Производственно-технологическая классификация построена по ряду признаков: химическому составу, основному легирующему элементу, количеству легирующих элементов, общему содержанию легирующих элементов, структуре в отожженном состоянии, структуре после охлаждения на воздухе.

· По химическому составу определяют, какие легирующие элементы и в каких количествах присутствуют в стали.

· В зависимости от количества одновременно участвующих легирующих элементов различают тройные, четверные и сложнолегированные стали. Тройные содержат железо, углерод и один легирующий элемент. Четверные – 2 легирующих элемента, сложнолегированные – 3 и более.

· Основной легирующий элемент группы:
1) хромистая;
2) марцанцовистая;
3) хромомаргонцовая;
4) хромокремнистая;
5) кремнемарганцовая;
6) хромомолибденовая и хромовольфрамовая;
7) хромованадиевая;
8) никелемолибденовая;
9) хромоникелевая;
10) хромокремнемарганцовая;
11) хромомарганцовоникелевая и хромокремненикелевая;
12) хромоникелевольфрамовая и хромоникелемолибденовая;
13) хромоникелевольфрамованадиевая и хромоникелемолибденованадиевая;
14) хромоалюминиевая.

· Общее содержание:
Низколегированные(до 3%)
Среднелегированные( от 3 до10%)
Высоколегированные (свыше 10%)

· По структуре в отожженном состоянии определяют структуру легированной стали в равновесном состоянии. По этому признаку легированные стали делят на доэвтектоидные, которые содержат в структуре свободный феррит, заэвтектоидные – избыточные карбиды, ледебуритные – первичные карбиды, выделившиеся из жидкой фазы.

· По структуре после охлаждения на воздухе определяют структуру стали после нормализации. Три класса: перлитный, мартенситный, аустенитный. По структуре стали полностью устанавливают их свойства. Например, сталь, имеющая перлитную структуру, обладает небольшой твердостью и высокой пластичностью, а сталь, имеющая мартенситную структуру, весьма твердая и хрупкая. К сталям перлитного класса принадлежит большинство конструкционных и инструментальных. Использование мартенситных сталей невелико. Стали аутенитного класса содержат до 20-30% легирующих элементов. К ним относят хромоникелевые нержавеющие, некоторые жаропрочные, высокомарганцовистая износостойкая, а также другие стали с особыми свойствами. Стали, имеющие в структуре первичные карбиды часто называют карбидными.

· Легированные стали можно классифицировать по отношению к термической обработке на цементуемые и улучшаемые. Цементуемые стали являются низкоуглеродистыми; они содержат до 0,25% С, один и несколько легирующих элементов, способствующих упрочнению при цеметации. Детали из цементуемых сталей подвергаются химико-термической обработке – цементации и цианированию. Улучшаемые стали, подвергаются закалке и высокому отпуску или азотированию содержат в среднем 0,25-0,45% С.

· По технологическим признакам с учетом обрабатываемости подразделяют на деформируемые, литейные, поддающиеся холодной механической обработке резанием, термически обрабатываемые и т.д.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском: