Качество конструкционных углеродистых сталей

Качество конструкционных углеродистых сталей определяется наличием в стали вредных примесей фосфора (P) и серы (S). Фосфор — придаёт стали хладноломкость (хрупкость). Сера — самая вредная примесь — придаёт стали красноломкость. Содержание вредных примесей в стали:

§ Обыкновенного качества — P и S — до 0.05 % (маркировка Ст).

§ Качественная — P и S — до 0.035 % (маркировка Сталь).

§ Высококачественная — P и S — до 0.025 % (маркировка А в конце марки).

§ Особовысококачественная — Р и S — до 0.015 % (маркировка Ш в конце марки).

Стали конструкционные углеродистые обыкновенного качества

Широко применяются в строительстве и машиностроении, как наиболее дешёвые, технологичные, обладающие необходимыми свойствами при изготовлении конструкций массового назначения. В основном эти стали используют в горячекатанном состоянии без дополнительнойтермической обработки с ферритно-перлитной структурой. В зависимости от последующего назначения конструкционные углеродистые стали обыкновенного качества подразделяют на три группы: А, Б, В.

[ Стали группы А

Поставляются с определёнными регламентированными механическими свойствами. Их химический состав не регламентируется. Эти стали применяются в конструкциях, узлы которых не подвергаются горячей обработке — ковке, горячей штамповке, термической обработке и т. д. В связи с этим механические свойства горячекатаной стали сохраняются.

[] Стали группы Б

Поставляются с определённым регламентированным химическим составом, без гарантии механических свойств. Эти стали применяются в изделиях, подвергаемых горячей обработке, технология которой зависит от их химического состава, а конечные механические свойства определяются самой обработкой.

[ Стали группы В

Поставляются с регламентируемыми механическими свойствами и химическим составом. Эти стали применяются для изготовления сварных конструкций. Их свариваемость определяется химическим составом, а механические свойства вне зоны сварки определены в состоянии поставки. Такие стали применяют для более ответственных деталей.

По степени раскисления углеродистые стали обыкновенного качества подразделяются на спокойные (СП), полуспокойные (ПС), кипящие (КП). Степень раскисления определяется содержанием кремния (Si) в этой стали. Спокойные — 0.12-0.03 % (Si), полуспокойные — 0.05-0.17 % (Si), кипящие — менее 0.07 % (Si).

Легуючі елементи конструкційних сталей

Легированные конструкционные стали

Легированные конструкционные стали применяются для наиболее ответственных и тяжелонагруженных деталей машин. Практически всегда эти детали подвергаются окончательной термической обработке — закалке с последующим высоким отпуском в районе 550—680 °C (улучшение), что обеспечивает наиболее высокую конструктивную прочность. Легирующие элементы — химические элементы, которые вносят в состав конструкционных сталей для придания им требуемых свойств. Ведущая роль легирующих элементов в конструкционных сталях заключается и в существенном повышении их прокаливаемости. Основными легирующими элементами этой группы сталей являются хром (Cr), марганец (Mn), никель (Ni), молибден (Mo),ванадий (V) и бор (В). Содержание углерода (С) в легированных конструкционных сталях — в пределах 0.25-0.50 %.

[править] Маркировка

14ХН4А, 38Х2Н5М, 20ХН3А.

§ Две цифры вначале маркировки указывают на конструкционные стали (одна цифра — на инструментальные). Это содержание в стали углерода в сотых долях процента.

§ Буква без цифры — определённый легирующий элемент с содержанием в стали менее 1 %.(А-азот, Р-бор, Ф-ванадий, Г-марганец, Д-медь, К-кобальт, М-молибден, Н-никель, С-кремний, Х-хром, П-фосфор, Ч-редкоземельные металлы, В-вольфрам, Т-титан, Ю-алюминий, Б-ниобий)

§ Буква и цифра после неё — определённый легирующий элемент с содержанием в процентах (цифра).

§ Буква А в конце маркировки — указывает на высококачественную сталь.

§ Например 38Х2Н5МА — это среднелегированная высококачественная хромоникелевая конструкционная сталь. Химический состав: углерод — около 0.38 %;

хром — около 2 %; никель — около 5 %; молибден — около 1 %.

Маркуванні легованих сталей

У маркуванні конструкційних сталей звичайної якості літерами Б або В (група А в позначенні марки не вказується) вказують групи. Букви Ст. в марці означають «сталь», цифри від 0 до 6 - умовний номер марки, якому відповідають або певні механічні властивості (група А), або хімічний склад (група Б), або те й інше (група В). Для позначення ступеня розкислення у марці сталі, після номера додають індекси сп, пс, кп. Якщо індексу немає, то сталь даної марки випускається тільки спокійною.
Якісні конструкційні сталі маркують двозначними числами, що показують середній вміст вуглецю в сотих долях відсотка. До марки киплячої сталі додають індекс кп (08 кп). При підвищеному вмісті марганцю (0,71%) в кінці марки ставлять букву Г (65Г).

Інструментальні вуглецеві сталі маркують буквою У і числом (від 7 до 13), що показує середній вміст вуглецю в десятих частках відсотка. В марці високоякісних сталей повинна бути літера А (У7А, УЯА і т. Л.)

Леговані стали поділяють за призначенням на конструкційні, інструментальні і з особливими властивостями. Конструкційні сталі застосовують для виготовлення відповідальних деталей машин, коли потрібне поєднання високої міцності, твердості і зносостійкості з пластичністю і в'язкістю. З легованих інструментальних сталей виготовляють такі металообробні інструменти, як свердла в Киеве, ножівкові полотна в Киеве, напильники, мітчики, плашки. До сталей з особливими властивостями відносять корозійно-стійкі (нержавіючі), жароміцні, зносостійкі і т.п. Для товарів народного споживання (посуду, ножів, столових приладів, лез для безпечних бритв і т. д.) використовують, головним чином, нержавіючі сталі.

Для маркування легованих сталей застосовують буквено-цифровий шифр. На початку марки поміщають число, що позначає середній вміст вуглецю в десятих частках відсотка (однозначне число) або сотих частках відсотка (двозначне число). Якщо перед маркою число не стоїть, то це означає, що сталь містить вуглецю 1% або більше. Вид легуючих компонентів позначають буквою: Х-хром, Н-нікель, Т-титан, Ф-ванадій, М-молібден, В-вольфрам, Г-марганець, С-кремній і т. д. Після кожної букви вказують вміст у відсотках відповідного елементу. Якщо зміст якого-небудь легуючого елемента менше 11,5%, число не проставляють. Наприкінці марки високоякісної сталі ставлять букву А. Це означає, що у складі стали шкідливих домішок (сірки і фосфору) не більш ніж по 0,03%. В марці сталі якісної, яка містить дещо більше сірки і фосфору, немає букви А.
Розшифруємо марки легованих сталей, найбільш часто використовуваних у виробництві товарів.

12х13, 20Х13, ЗОХ13, 40Х13 - якісні хромисті корозійно-стійкі (нержавіючі) сталі, що містять відповідно 0,12; 0,2; 0,3; 0,4% вуглецю і 12-14% хрому.
12Х18Н9, 17Х18Н9 - якісні хромонікелеєві сталі, що містять 0,12; 0,17% вуглецю, 17-18% хрому і 8-10% нікелю.

9ХС - якісна інструментальна хромо-кремниевая сталь з вмістом в середньому 0,9% вуглецю, близько 1% хрому і 1% кремнію.

Пружинні сталі

. Пружина - пружний елемент, призначений для накопичення і поглинання механічної енергії. Пружини виготовляються з матеріалів, що мають високі міцнісні і пружні властивості. Пружини загального призначення виготовляють з високовуглецевих сталей (У9А-У12А, 65, 70), легованих мар-ганців, кремнієм, ванадієм (65Г, 60С2А, 65С2ВА). Для пружин, що працюють в агресивних середовищах, при-міняють бериллиевую бронзу (БРБ-2), кремнемарганцевої бронзу (БрКМц3-1), оловянноцінковую бронзу (БРОЦ-4-3). Невеликі пружини можна навивати з готового дроту, в той час як потужні виготовлятися-вають з обпаленого сталі і загартовуються вже після формування.
Види пружин:
1. За конструкцією:
-Кручені циліндричні;
-Кручені конічні;
-Спіральні;
-Тарілчасті;
-Пластинчасті (наприклад, ресори):
-Торсіон.
2. По виду сприйманого навантаження:
-Пружини стиснення;
-Пружини розтягування;
-Пружини кручення;
-Пружини вигину.
Пружини розтягання -
розраховані на збільшення довжини під навантаженням. У ненавантаженому стані зазвичай мають зімкнулися витки. На кінцях для закріплення пружини на конструкції є гачки або кільця.
Пружини стиску -
розраховані на зменшення довжини під навантаженням. Витки таких пружин без навантаження не торкаються один одного. Кінцеві витки підтискають до сусідніх і торці пружини шліфують. Довгі пружини стиснення, щоб уникнути втрати стійкості, ставлять на оправлення або склянки.
Тарілчаста пружина -
це пологе конічне кільце, піддається в процесі в процесі використання осьовим навантаженням. У залежності від області застосування тарілчасті пружини можуть відчувати динамічно або статичні навантаження. Пружина тарілчаста характеризується наступними параметрами:

- Зовнішній діаметр;

- Внутрішній діаметр;

- Товщина матеріалу;

- Габаритна висота.

Витки пружин розтягування -стиснення відчувають напруги крутіння під дією постійного по величині моменту.
З точки зору класичної фізики, пружину можна розглядати як пристрій, що нагромаджує по-тенційно енергію шляхом зміни відстані між атомами еластичного матеріалу.
У теорії пружності законом Гука встановлено, що розтягнення еластичного стержня пропорційно при-близько до нього силі, спрямованої уздовж його осі. У реальності цей закон виконується не точно, а тільки при малих розтягування і стиснення. Якщо напруга перевищує певну межу (межа плинності) в матеріалі наступають незворотні порушення його структури, і деталь руйнується або отримує необра-тімую деформацію. Слід зазначити, що багато реальні матеріали не мають чітко визначеного межі плинності, і закон Гука до них непридатний.
Жорсткість пружини -
коефіцієнт пропорційності між деформуючою силою і деформацією в законі Гука.

Жорсткість пружини:
- Чисельно дорівнює силі, яку треба прикласти до пружності зразком, щоб викликати його одиничну деформацію;
- Залежить від матеріалу, з якого виготовлено зразок, і розмірів зразка.