Характеристика сталей по маркировке

Анализ маркировки стали целесообразно проводить по следующему плану.

1. Оценить по маркировке содержание углерода и легирующих элементов, определить группу по составу (углеродистая, легированная).

2. Дать общую характеристику стали, определив, к каким группам она относится:

1) По назначению: - конструкционная (цементуемая, улучшаемая)

                            - инструментальная – для режущего;

                                                                - мерительного;

                                                                - штампового;

                                                                - кузнечно-слесарного инструмента;

                            - стали с особыми свойствами - коррозионностойкая;                                                              

                                                                                  - износостойкая;

                                                                                  - жаропрочная и др.

2) По качеству:

- обыкновенного качества;

- качественная;

- высококачественная (с пониженным содержанием серы и фосфора).

3) По степени раскисленности:

- кипящая (не полностью раскисленная);

- полуспокойная;

- спокойная (полностью раскисленная).

4) С суженными пределами по углероду (для тех марок, где это видно).

5) Особые группы с указанием главного требования, предъявляемого к стали.

 

Примеры:

1) У8ГА (0,8%С):

- углеродистая, с повышенным содержанием марганца;

- инструментальная, предназначена для кузнечно-слесарного, режущего инструмента, работающего без разогрева режущих кромок (топоры, отвертки, сверла для работы по дереву или цветным сплавам);

- высококачественная (с пониженным содержанием серы и фосфора).

2) 15кп (С~0,15%):

- углеродистая;

- конструкционная;

- цементуемая;

- кипящая (не полностью раскисленная – с пониженным содержанием кремния и марганца); предпочтительно использовать для ХПД;

- качественная.

3) 68А (С~0,65-0,7%):

- углеродистая;

- конструкционная;

- улучшаемая (упрочняемая закалкой с отпуском);

- высококачественная (с пониженным содержанием вредных примесей серы и фосфора);

- с суженными пределами по углероду.

4) Ст3сп:

- сталь углеродистая;

- конструкционная;

- обыкновенного качества (цифра – условный номер марки, химсостав не отражает);

- полностью раскисленная (спокойная);

5) 4Х5В2ФС (С~0,4%, Cr~5%, W~2%,V £ 1%, Si £ 1%):

- легированная;

- инструментальная, предназначена для штампов, испытывающих большие давления или большие динамические нагрузки и требующих достаточного запаса вязкости, что обеспечивается пониженным содержанием углерода; износостойкость придается с помощью ХТО;

- качественная.

6) 110Г13Л (~1,1%С,~13%Mn):

- легированная сталь Гадфильда;

- конструкционная (содержание углерода в сотых долях процента);

- улучшаемая (воспринимающая закалку);

- с особыми свойствами – износостойкая аустенитная сталь, работающая в условиях повышенного износа и высоких давлений, ударов, под действием которых в результате наклепа и развития мартенситного превращения происходит упрочнение;

- качественная;

- для отливок (плохо обрабатывается резанием; конфигурация, в основном, обеспечивается литьем).

7) АС40ХГНМ (0,4%С, Pb до 0,3%, Cr <1%, Mn<1%, Ni~1%, Mo~0,2%, S,P<0,03%):

- автоматная, свинецсодержащая, легированная; главное требование – высокая обрабатываемость резанием, чистота поверхности достигается за счет введения свинца в десятых долях процента;

- конструкционная (для деталей с повышенными требованиями к чистоте поверхности);

- улучшаемая (упрочняемая закалкой с отпуском).

 

II. Чугуны

Влияние примесей на структуру и свойства чугуна

Постоянные примеси

 

Серый (технический) чугун представляет собой по существу сплав Fe-C-Si, содержащий в качестве неизбежных примесей Mn, P, S.

Углерод и кремний – важнейшие элементы: они совместно способствуют образованию графита и, понижая температуру плавления чугуна, обеспечивают его высокие литейные свойства, жидкотекучесть, хорошее заполнение формы.

1) Наиболее широкое распространение получили чугуны, содержащие углерода 2,4-3,8%. Чем выше содержание в чугуне углерода, тем больше образуется графита и тем ниже механические свойства сплава, поэтому количество углерода в чугуне обычно не превышает 3,8%. Нижний предел (2,4%) - обусловлен возможностью получения хороших литейных свойств.

2) Содержание кремния в серых чугунах составляет 1,2-3,5%. Этот элемент оказывает существенное влияние на вид диаграммы состояния, а следовательно, на структуру чугунов. Наиболее важными изменениями в тройной диаграмме Fe-C-Si по сравнению с двойной Fe-C являются следующие:

а) Нонвариантные превращения (эвтектоидное, эвтектическое, перитектическое) протекают не при постоянной температуре, а в интервале температур. Чем больше содержание кремния, тем шире эвтектический интервал температур.

б) Эвтектоидный интервал при увеличении содержания кремния сдвигается в сторону более высоких температур и,согласно [2, с. 157], может быть рассчитан по регрессионным формулам:

 

,

 

,

 

,

 

,

 

где  и    - температуры начала и конца перлито-аустенитного превращения при нагреве;

-   и - температуры начала и конца аустенитно-перлитного превращения при охлаждении;

Mn, Si - содержание марганца и кремния в процентах.

Ориентировочно при содержании кремния и марганца по 1% принимают:

   .

в) В присутствии кремния растворимость углерода в g-Fe уменьшается – точки S и E смещаются в сторону меньших концентраций.

г) Кремний изменяет степень эвтектичности сплава (отношение общего содержания углерода в чугуне к содержанию его в эвтектике). Каждый процент кремния уменьшает содержание углерода в эвтектике на 0,3% (точка С сдвигается влево). Изменение степени эвтектичности в чугуне приводит к увеличению количества графита.

3) Марганец увеличивает склонность к отбеливанию, повышает твердость чугуна. Однако первые его добавки связывают серу и, парализуя ее отбеливающее действие, способствуют графитизации. Обычное содержание марганца в чугунах 0,4-0,6% и не превышает 1,4%. При увеличении содержания марганца требуется одновременно увеличивать количество кремния.

4) Сера – вредная примесь в чугуне: способствует отбеливанию, уменьшает жидкотекучесть, вызывает образование газовых пузырей, ухудшает механические свойства. При достаточном содержании марганца и кремния в чугуне вредное действие серы проявляется при содержании свыше 0,15%. В отличие от сталей, нельзя говорить о влиянии серы на красноломкость чугунов: она выявляется при горячей пластической деформации, которой чугуны не подвергаются.

      Содержание серы в чугунах ограничивают до 0,1-0,2%.

5) Фосфор – его влияние в чугуне существенно отличается от влияния в стали. В небольших количествах до 0,2…0,4% он является полезной примесью, обеспечивая жидкотекучесть (поэтому в сплавах для художественного литья его содержание доходит до 0,8%). Фосфор не влияет на графитизацию.

 При повышенном содержании фосфора в структуре чугуна образуется фосфидная эвтектика. При ее равномерном распределении в виде отдельных включений повышается износостойкость и упругость чугуна. Если же эвтектика образует сетки, оболочки вокруг зерен, то увеличивается хрупкость материала.

6) Водород – вредная примесь в чугунах: повышает устойчивость цементита, способствует отбелу в отливках.

 

Легирующие добавки

Легирующие элементы способствуют измельчению перлита в структуре, повышают эффективность термообработки.

К важнейшим из них относятся: хром, никель, молибден, медь.

1) Хром, образуя карбиды, увеличивает твердость и прочность чугуна и особенно сопротивление износу, но, вызывая отбел, затрудняет его обрабатываемость резанием.

2) Никель, в противоположность хрому, является графитизатором, устраняет отбел, улучшает обрабатываемость. Измельчая перлит и графит, никель увеличивает прочность и износостойкость чугунных изделий.

Оптимальное соотношение хрома и никеля – 1:3.

Наиболее распространенное содержание этих элементов:

0,5…1,0%Cr и 1,5…3,0%Ni.

Присутствие хрома и никеля уменьшает разницу в твердости толстых и тонких стенок.

3) Молибден способствует повышению жаропрочности, поэтому молибденсодержащие чугуны используются, например, для цилиндров и поршневых колец быстроходных двигателей.

4) Медь – при содержании до 1…2% улучшает антифрикционные свойства чугунов, понижая коэффициент трения. Антифрикционные чугуны, содержащие медь и другие легирующие элементы (Cr, Ni, Ti), используются для изготовления подшипников скольжения, втулок и других деталей, работающих на трение.

 

Маркировка чугунов

В маркировке чугунов, в отличие от сталей, химический состав не отражается. Маркировка чугунов – буквенно-цифровая: она содержит буквы, указывающие вид чугуна (СЧ, ВЧ, КЧ – серые, высокопрочные и ковкие чугуны), и цифры, определяющие уровень механических свойств.

Серые чугуны

ГОСТ 1412-85 предусмотривает 11 марок серого чугуна:

- ферритный – СЧ10;

- ферритно-перлитный – СЧ15;

- перлитные – СЧ20, СЧ25 (по согласованию сторон изготавливаются также СЧ18, СЧ21, СЧ24);

- модифицированные (со структурой: тонкодисперсный перлит и мелкий завихренный графит) – СЧ30, СЧ35, СЧ40, СЧ45.

Цифра в маркировке соответствует минимально допустимому значению временного сопротивления разрыву s_в^р в МПа*10^-1, определенному в стандартной пробной литой заготовке диаметром 30 мм.

По гарантированному значению s_в^р можно ориентировочно оценить другие прочностные показатели, пользуясь соотношением [3]:

   4s_в^р»2s_изг» s_сж.

В производстве также встречается чугун марки СЧ00, в котором механические свойства не гарантируются, он используется для изделий самого неответственного назначения.

Для сведения: старая маркировка серых чугунов, которая еще может встретиться в литературе, содержала две цифры – пределы прочности: первая – при растяжении, вторая – при изгибе (СЧ15-32).

Высокопрочные чугуны

Марка высокопрочного чугуна включает цифровое обозначение минимально-го значения временного сопротивления разрыву при растяжении (s_в) в МПа·10^-1.

По ГОСТ 7293 предусмотрено 8 марок ЧШГ:

- ферритные – ВЧ35, ВЧ40;

- ферритно-перлитные – ВЧ45;

- перлитные – ВЧ50, ВЧ60, ВЧ70, ВЧ80, ВЧ100.

Старая маркировка содержала две цифры: временное сопротивление разрыву и относительное удлинение (ВЧ60-3). В действующей маркировке относительное удлинение не отражается, но по ГОСТ 7293 гарантируется: ВЧ45 должен иметь d~10%, не менее; ВЧ60 d~3%.