Классификация и маркировка сталей и чугунов

Классификация сталей.

 

Стали классифицируются по химическому составу, качеству и назначению. По химическому составу классифицируют главным образом конструкционные стали, предназначенные для изготовления деталей машин и металлических конструкций. Конструкционные стали делят на углеродистые и легированные.

Углеродистые стали могут быть

- низкоуглеродистые: С ≤ 0,09 …0,25 %;

- среднеуглеродистые: С ≤ 0,25 …0,45 %;

- высокоуглеродистые: С ≤ 0,45 …0,75 %.

Легированные стали условно подразделяют по содержанию легирующих элементов: низколегированные ≤ 2,5%; среднелегированные – 2,5…10%; высоколегированные – более 10%.

По назначению стали подразделяют на конструкционные, инструментальные и стали и сплавы с особыми свойствами: жаропрочные, кислотостойкие, износостойкие, криогенные, магнитные и др.

По качеству различают стали общего назначения, качественные, высококачественные и особовысококачественные, в последнем случае в маркировке указывается способ выплавки и последующей обработки стали.

Под качеством стали понимают совокупность свойств, определяемых металлургическим процессом ее производства. Однородность химического состава, строения и свойств стали, а также ее технологичность во многом зависят от содержания газов (О₂, Н₂, N₂) и вредных примесей – серы и фосфора.

Стали обыкновенного качества содержат до 0,05% серы и 0,04% фосфора, качественные – не более 0,04% серы и 0,035% фосфора, высококачественные ≤ 0,025% серы и ≤0,025% фосфора, особовысококачественные - ≤ 0,015% серы и ≤ 0,025% фосфора.

Стали углеродистые обыкновенного качества (ГОСТ 380-88) обозначаются индексом «Ст.» и порядковым номером, например, Ст.1, Ст.2, Ст.3, Ст.5. Чем выше номер в обозначении стали, тем выше ее прочность и ниже пластичность.

По степени раскисления и характеру затвердевания стали классифицируют на спокойные (сп), полуспокойные (пс) и кипящие (кп). Раскисление – процесс удаления из жидкого металла О₂, проводимый для предотвращения хрупкого разрушения стали при горячей деформации.

Спокойные стали раскисляют М_n, S_i и А_l. Кипящие стали раскисляют только М_n. Перед разливкой в них содержится повышенное количество О₂, который при затвердевании, частично взаимодействуя с углеродом, удаляется в виде СО. Выделение пузырей СО создает впечатление кипения стали, с чем и связано ее название. Кипящие стали дешевы. Полуспокойные стали по степени раскисления занимают промежуточное положение между спокойными и кипящими.

По структуре - (см. выше) доэвтектоидные, эвтектоидные и заэвтектоидные.

Качественные углеродистые стали согласно ГОСТ 1050-88 маркируются цифрами, указывающими среднее содержание углерода в сотых долях процента: сталь 10, сталь 15, …, сталь 80. Содержание серы и фосфора в этих сталях не должно превышать 0,035%. Стали этой группы, содержащие свыше 0,2% С, выпускаются только спокойные.

Углеродистые инструментальные стали (ГОСТ 1435-99) с С >0,7% имеют в обозначении букву «У» и цифру, указывающую на содержание углерода в десятых долях процентов: У7, У8,…,У13.

Легированные конструкционные стали (ГОСТ 4543-71) в зависимости от содержания серы и фосфора подразделяются на качественные, высококачественные и особовысококачественные.

Все высоколегированные стали содержат минимальное количество вредных примесей и являются высококачественными. Для придания особых свойств их подвергают дополнительной обработке специальными методами, которые отражены в обозначении сталей в конце наименования марки:

ВD – вакуумно-дуговой переплав,

Ш – электрошлаковый переплав,

ВН – вакуумно-индукционная выплавка,

СШ – обработка синтетическими шлаками.

 

Маркировка легированных сталей

В основу маркировки легированных сталей положена буквенно – цифровая система (ГОСТ 4543-71). Легирующие элементы обозначаются буквами русского алфавита:

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

Количество углерода указывается в сотых долях процента цифрой, стоящей в начале обозначения; количество легирующего элемента в процентах указывается цифрой, стоящей после соответствующего индекса. Отсутствие цифры после индекса элемента указывает на то, что его содержание менее 1,5 %.

Высококачественные стали имеют в обозначении букву А, а особовысококачественные – букву Ш. проставляемую в конце. Например, сталь 12Х2Н4А содержит 0,12% углерода, ~ 2% С_r, ~ 4% Ni и менее 0,025% серы и фосфора.

В легированных инструментальных сталях цифра в начале указывает среднее содержание углерода в десятых долях процента, если его содержание меньше 1%, равно 1% или больше, то цифру не ставят, например: сталь 3Х2В8Ф содержит 0,3 % углерода, а сталь ХВГ – больше 1% углерода.

В маркировке сталей иногда ставят буквы, указывающие на их применение: А – автоматные, Р – быстрорежущие, Ш – шарико-подшипниковые, Э – электротехнические.

 

Классификация чугунов

Fe- Fe₃C белые чугуны подразделяют на доэвтектические, эвтектические и заэвтектические. Из-за большого количества Fe₃C они твердые (450…550НВ), хрупкие и для изготовления деталей машин не используются. Ограниченное применение имеют отбеленные чугуны – отливки из серого чугуна со слоем белого чугуна в виде твердой корки на поверхности. Из них изготавливают прокатные валки, лемеха плугов, тормозные колодки и другие детали, работающие в условиях износа.

Белые чугуны часто используются для последующего передела в сталь (передельные) или в ковкий чугун (через специальный графитизирующий отжиг-томление, чтобы графит имел хлопьевидную форму).

В промышленности широко применяют серые, высокопрочные и ковкие чугуны, в которых весь углерод или часть его находится в виде графита. Графит обеспечивает пониженную твердость, хорошую обрабатываемость резанием, а также высокие антифрикционные свойства вследствие низкого коэффициента трения. Серые, высокопрочные и ковкие чугуны различаются условиями образования графитовых включений и их формой, что отражается на их механических свойствах, которые в большей степени зависят от структуры механической основы. Прочность, твердость и износостойкость чугунов растут с увеличением количества перлита в металлической основе, которая по всем показателям близка к сталям.

Признаки классификации чугуна:

- по форме включений графита: серый чугун – с пластинчатым или с вермикулярным (завихренным или червеобразным) графитом, ковкий чугун – с хлопьевидным графитом и высокопрочный чугун с шаровидным графитом;

- по характеру металлической основы (матрицы) – с ферритной, феррито-перлитной и перлитной структурой;

По химическому составу: нелегированные чугуны и легированные – специального назначения.

Серыми называются чугуны с пластинчатой формой графита. По химическому составу их разделяют на обычные (нелегированные) и легированные. Обычные серые чугуны: С=2,2…3,7%; Si=1…3%; Мn=0,2…1,1%, Р=0,02…0,3%; S=0,02…0,15%. В небольших количествах: Сr, Ni, С_u.

Высокопрочными называют чугуны, в которых графит имеет шаровидную форму. Их получают модифицированием магнием, который вводят в жидкий чугун в количестве 0,02…0,08%. Химический состав: С=3,0…3,6%; Si=1,1…2,9%; Мn=0,3…0,7%, Р≤0,1%; S≤0,02%. Структура: ферритный или перлитный.

В чугунах с вермикулярным графитом структура формируется под действием комплексного модификатора, содержащего магний и редкоземельные металлы. Графит приобретает шаровидную (до 40%) и вермикулярную – в виде мелких тонких прожилок – форму. После модифицирования эти чугуны содержат: С=3,1…3,8%; Si=2,0…3,0%; Мn=0,2…1,0%, Р≤0,08%; S≤0,025%.

Ковкими называются чугуны, в которых графит имеет хлопьевидную форму. Их получат отжигом белых доэвтектических чугунов. Химический состав: С=2,4…2,9%; Si=1,0…1,6%; Мn=0,2…1,0%, Р≤0,18%; S≤0,2%. Структура ферритная и перлитная.

 

Маркировка чугунов

 

Таблица 3.1

Марка чугуна	σв	σ0,2	δ, %	НВ	Структура металлической основы
МПа
Серые чугуны (ГОСТ 1412-85)
СЧ 10		-	-	~190	Ф
СЧ 15		-	-	163…210	Ф
СЧ 25		-	-	180…245	Ф + П
СЧ 35		-	-	220…275	П
Высокопрочные чугуны (ГОСТ 7293-85)
ВЧ 35				140…170	Ф
ВЧ 45				140…225	Ф + П
ВЧ 60				192…227	Ф + П
ВЧ 80				248…351	П
ВЧ 100				270…360	П
С вермикулярным графитом (ГОСТ 28384-89)
Ч ВГ 30				130…180	Ф
Ч ВГ 35				140…190	Ф + П
Ч ВГ 40			1,5	170…220	Ф + П
Ч ВГ 45			0,8	190…250	П
Ковкие чугуны (ГОСТ 1215-79)
КЧ 30-6		-		100…163	Ф + до 10% П
КЧ 35-8		-		100…163	-
КЧ 37-12		-		110…163	-
КЧ 45-7		-		150…207	-
КЧ 60-3		-		200…269	П + до 20% Ф
КЧ 80-1,5		-	1,5	270…320	-