Классификация и маркировка углеродистых сталей

По составу углеродистые стали в зависимости от содержания углерода делятся на низкоуглеродистые (), среднеуглеродистые () и высокоуглеродистые ().

По назначению стали подразделяют на конструкционные (применяемые при строительстве мостов и т.д.), машиностроительные и инструментальные.

По структуре различают стали доэвтектоидные (, структура – перлит + феррит), эвтектоидные (, структура – перлит) и заэвтектоидные (, структура – перлит + цементит).

По характеру раскисленности углеродистые стали делятся на спокойные (сп, ), полуспокойные (пс, ) и кипящие (кп, ). Раскисление – процесс удаления во время плавки вредной примеси – кислорода, который сильно охрупчивает сталь. Раскисление осуществляется за счет взаимодействия кислорода с углеродом (что вызывает «кипение») или, что более эффективно, добавлением (для спокойных сталей) с последующим осаждением окислов – шлаков. Однако часть кремния остается в стали и это сильно повышает предел текучести спокойных сталей. Соответственно, кипящие стали более склонны к хрупкому разрушению и имеют более высокий порог хладноломкости, а спокойные стали менее хрупки, но имеют повышенный предел текучести (из-за повышенного содержания кремния) и требуют больших усилий при холодной обработке давлением.

По качеству стали подразделяют на:

· стали обыкновенного качества с содержанием вредных примесей . Дешевые, составляют всего производства углеродистых сталей. Используются для изготовления проката (балки, прутки, швеллеры) и малонагруженных деталей (втулок, болтов, гаек). Их марки: (1 – порядковый номер, положительно коррелирующий с содержанием углерода, «сп» - характер раскисленности), и т.д.;

· качественные стали (). Их большая чистота обеспечивает более высокую пластичность и вязкость. Марки машиностроительных сталей: (, «кп» - характер раскисленности), и т.д. Для упрочняющую термическую обработку не применяют, а для - применяют. Марки инструментальных сталей: , (, );

· высококачественные стали (). Пример: (, , , , );

· особо высококачественные стали (). Пример: ().

Сера образует соединение с температурой плавления . При температурах горячей обработки давлением () этот сульфид плавится, что приводит к хрупкому разрушению по границам зерен.

Фосфор способствует охрупчиванию стали при пониженных температурах.

Стали обыкновенного качества выплавляют только углеродистыми, качественные и высококачественные – углеродистыми и легированными, особо высококачественные – только легированными.

В марке легированной стали элементы обозначаются:

Х

Н

Г

С

М

В

Т

Ф

Ю

Д

Б

Р

К

Cr

Ni

Mn

C

Mo

W

Ti

V

Al

Cu

Nb

B

Co

Если после буквы нет цифры, то содержание легирующего элемента по умолчанию составляет . Исключение сделано для молибдена и вольфрама, содержание которых по умолчанию .

Шарикоподшипниковые хромистые стали, используемые для производства подшипников качения, обозначаются по особому принципу. Например, (углерода в этих сталях всегда , «» - ).

Быстрорежущие стали также обозначаются по определенным правилам. Например, (углерода в этих сталях также всегда , «» - ).

С повышением содержания углерода повышается прочность, твердость сталей, литейные свойства, способность повышать прочность в результате термической обработки, однако снижаются пластичность, ударная вязкость, свариваемость, обрабатываемость резанием, штампуемость.

Виды чугунов

Чугуны, кристаллизующиеся в соответствии с диаграммой , называются белыми чугунами (по серебристо-белому цвету излома). Такие чугуны содержат ледебурит, отличаются высокой твердостью и хрупкостью, поэтому применяются лишь для ограниченной группы деталей, работающих на износ: прокатных валков, лемехов плугов, шаров мельниц.

По количеству углерода и по структуре белые чугуны делятся на доэвтектические (), эвтектические () и заэвтектические ().

Можно вызвать распад ледебурита с выделением углерода в виде графита, что приведет к повышению механических характеристик. Чугуны, в составе которых имеется свободный графит, в зависимости от формы его включений делятся на серые, высокопрочные, ковкие и вермикулярные. Эти чугуны имеют металлическую основу, в которой распределены графитовые включения. В зависимости от строения металлической основы различают ферритные, феррито-перлитные и перлитные чугуны. Перлитные чугуны обладают большей прочностью по сравнению с ферритными.

Серым называют чугун, в котором включения свободного углерода имеют пластинчатую форму. Такие включения играют характер надрезов, что значительно снижает прочность металлической матрицы. Марка серого чугуна складывается из букв СЧ и числа, которое показывает предел прочности на разрыв в ().

Процессу графитизации способствует повышенное содержание в чугуне углерода, кремния, меди, никеля, а также замедленное охлаждение отливок.

Серый чугун находит применение в станкостроении (базовые корпусные детали, кронштейны, зубчатые колеса, станины, направляющие), автостроении (блоки цилиндров, гильзы, поршневые кольца, распределительные валы).

Чугун с шаровидными включениями графита называется высокопрочным. Если перед разливкой в жидкий чугун вводят модификатор – магний ( по массе), то выделяющийся графит приобретает круглую форму. Механические свойства по сравнению с серым чугуном улучшаются: сильно повышается пластичность и заметно увеличивается прочность. Принцип маркировки высокопрочных чугунов () почти аналогичен маркировке серых.

Высокопрочный чугун находит применение как заменитель углеродистой стали, в частности, для изготовления коленчатых валов массой от нескольких килограмм до взамен кованых стальных валов. Из этого чугуна также изготавливают изложницы, валки прокатных станов, детали турбин, станков: суппорты, резцедержатели и др.

Чугун с хлопьевидными включениями графита называется ковким. Его получают отжигом белого чугуна. Отливки выдерживают в печи при температуре в течении , что способствует графитизации углерода. При последующем медленном охлаждении (2 - выдержке в интервале ) происходит разложение цементита, в т.ч. входящего в состав перлита и структура чугуна после отжига состоит из феррита и графита. При относительно быстром охлаждении (1) получается перлитный ковкий чугун.

По механическим и технологическим свойствам ковкий чугун занимает промежуточное положение между сталью и серым чугуном.

Марки ковкого чугуна: ( - предел прочности на разрыв в , 6 – относительное удлинение в процентах), , и др.

Мелкие отливки преимущественно из ферритного ковкого чугуна используются в различных отраслях промышленности: в авто- и транспортостроении, сельхозмашиностроении (картеры редукторов, корпуса подшипников, звездочки приводных цепей и др.) и других областях.

Следующим видом является чугун с вермикулярным графитом. В этих чугунах структура формируется под действием комплексного модификатора, содержащего и редкоземельные металлы. Графит приобретает шаровидную (до ) и вермикулярную – в виде мелких тонких прожилок - форму.

Имеется четыре марки этого чугуна (принцип маркировки как у серого и высокопрочного чугуна): , , , . По механическим свойствам они соответствуют промежуточному положению между серым и высокопрочным. Отличаются хорошей теплопроводностью, поэтому стойки к теплосменам.

Этот чугун заменяет серый чугун в отливках, подверженных циклическим нагревам и частым теплосменам (блоки цилиндров, поршни, изложницы и кокили).

Все чугуны по сравнению со сталями обладают меньшей стоимостью и более высокими литейными свойствами, что позволяет изготавливать из них отливки корпусных и прочих массивных деталей. Для чугунов, в составе которых имеется свободный графит, играющий роль смазки, характерны высокие антифрикционные свойства и хорошая обрабатываемость резанием. Однако чугуны, по сравнению со сталями, обладают меньшей пластичностью и ударной вязкостью. Являясь относительно малопластичными сплавами, чугуны имеют значительно большую несущую способность по напряжениям сжатия, чем по напряжениям растяжения.