|
Класифікація та маркування вуглецевих сталей
ТКМ і матеріалознавство Класифікація та маркування вуглецевих сталей Вуглецеві сталі відповідно до діаграми залізо-вуглець діляться на доев-тектоїдні, евтектоїдні і заевтектоїдні. Вони в практиці класифікуються також за вмістом вуглецю та призначенням. За змістом вуглецю сталі поділяються на три групи: низьковуглецеві, се-редньовуглецеві і високовуглецеві. Із збільшенням вмісту вуглецю твердість і міцність сталі, у відпаленому (рівноважному) стані збільшуються, а пластичність і ударна в'язкість зменшуються. Низьковуглецеві (маловуглецеві) сталі містять до 0,3% вуглецю, відрізняються високою пластичністю і низькою твердістю. Ці сталі часто називають м'якими і застосовують, як правило, без термообробки. Середньовуглецеві сталі містять від 0,3 до 0,6% вуглецю, властивості їх за допомогою термообробки можуть змінюватися в дуже широких межах. Ці сталі часто називають сталями середньої твердості і, як правило, застосовують в термічно обробленому, стані. Високовуглецеві сталі містять понад 0,6 % вуглецю (практично до 1,3°/о), у відпаленому стані, мають підвищену твердість, тому часто називаються твердими. Ці сталі можуть застосовуватися як в термічно обробленому стані, так і без термообробки (в стані постачання). За призначенням вуглецеві сталі поділяються на конструкційні і інструментальні. Конструкційні вуглецеві сталі — будівельні та машинобудівельні — містять, як правило? до 0,6% вуглецю. Розрізняють два класи вуглецевих сталей: звичайної якості і якісні. Залежно від умов розкислювання в процесі виплавки обидва ці класи сталей, у свою чергу, поділяються на три групи: спокійні, киплячі і напівспокійні. Спокійні сталі повністю розкислені, щільні і однорідні за складом, проте в них при розливанні на зливки утворюється велика усадкова раковина, внаслідок чого виникають великі відходи металу. Киплячі сталі розкислюються тільки марганцем, тому містять велику кількість оксиду заліза РеО, який реагує з вуглецем і утворює чадний газ СО. Виділення газових бульбашок в металі створює враження, що він кипить. У зливку киплячої сталі утворюються газові бульбашки, унаслідок чого усадкової раковини практично немає. Бульбашки мають чисті неокислені поверхні і заварюються при гарячій обробці металу тиском. У киплячій сталі сильно проявляється зональна ліквація, але відходи металу при її виробництві мінімальні. Напівспокійні сталі — це сталі проміжного типу. При маркуванні сталей спокійні сталі позначають додатково буквами «сп», киплячі, — «кп», а напівспокійні — «не». Сталі звичайної якостіпри виплавці піддаються тільки грубому очищенню і, як правило, розливаються на крупні зливки. Це обумовлює підвищений вміст в них сірки і фосфору, а також неметалічних включень і сильний розвиток зональної ліквації, проте ці сталі є найбільш дешевими. Такі сталі широко використовуються в маловідповідальних конструкціях, зокрема для будівельних та інших зварних, клепаних і болтових конструкцій, для виготовлення звичайного гарячекатаного прокату. Залежно від призначення і гарантованих властивостей сталі звичайної якості, що гарантуються, діляться на три групи: А, Б і В. У групу А входять сталі, у яких гарантуються тільки механічні властивості в стані постачання (міцність і пластичність) без уточнення їх хімічного складу. Ці сталі позначаються: СтО, Сті, Стікп, Ст2сп, Ст2..., Ст7. Механічні властивості, що гарантуються, визначаються ДСТУ і вказуються в довідкових таблицях. Чим більше число, тим вища міцність і нижча пластичність. Сталі групи А не піддають гарячій обробці тиском і використовують без термічної обробки. У групу Б входять сталі, у яких гарантується тільки хімічний склад без вказівки механічних властивостей. Сталі цієї групи позначаються буквою Б з подальшим Ст і цифрами. Наприклад: БСтІ, БСтІкп, БСт2сп, БСтЗ, БСт4 і т.д. Чим більше число, тим вище визначений ДСТУ вміст вуглецю в сталі. Сталі цієї групи можуть піддаватися термічній обробці і гарячій обробці тиском. У групу В входять сталі, у яких гарантуються і хімічний склад і механічні властивості в стані постачання. У позначення марки сталей цієї групи входить буква В: ВСтІ, ВСт2кп, ВСтЗ..., ВСтб. Ці сталі, як правило, використовуються при виготовленні зварних конструкцій, коли важливі механічні властивості в стані постачання, а також структурні зміни в навколошовній зоні термічного впливу, що визначаються хімічним складом. Якісні вуглецеві сталі. Ці сталі виплавляються в мартенівських або електричних печах і відрізняються більш точним хімічним складом і низьким вмістом шкідливих домішок та неметалічних включень. Якісні вуглецеві сталі маркуються цифрами, які вказують середній вміст вуглецю в сотих долях відсотка: 08, 08кп, 10, Юсп, 15, 20, 25, 30, ..., 85. Ці сталі, як правило, піддаються термічній або хіміко-термічній обробці і застосовуються для виготовлення різних деталей в автомобільному і загальному машинобудуванні. Якісні вуглецеві сталі можуть бути із збільшеним вмістом марганцю (0,7-1,0%), який підвищує прогартованість сталі, її міцність, але дещо знижує пластичність і в'язкість. Ці сталі позначаються: 15Г, 20Г, 25Г,..., 55Г. Інструментальні вуглецеві сталі містять від 0,6 до 1,4% вуглецю і призначені для виготовлення ударного, ріжучого та вимірювального інструменту. Вуглецеві інструментальні сталі поділяються на якісні і високоякісні, випускаються з гарантією на хімічний склад. Якісні вуглецеві інструментальні сталі позначаються буквою У з подальшими цифрами, що вказують середній вміст вуглецю в десятих частинах відсотка: У7, У8, У9, У10,..., У13. Високоякісні вуглецеві інструментальні стані чисті, ніж якісні, тобто з меншим вмістом сірки і фосфору (менше 0,03%), а також неметалічних включень і з більш вузькими межами вмісту марганцю і кремнію. Ці сталі мають букву А в кінці марки: У7А, У8А, У9А, ..., У13А. Вуглецеві інструментальні сталі постачаються у відпаленому стані і піддаються термічній обробці. У термічно обробленому стані ці сталі відрізняються високою твердістю, міцністю і зносостійкістю. Основними недоліками цих сталей є низька теплостійкість (200°С) та незначна прогартованість.
Рис. 2.1. Крива охолодження чистого заліза Густина алотропічних модифікацій заліза різна: якщо густина а-заліза дорівнює 7,68 г/см3, то густина у-заліза, отримана екстраполіруванням при 20°С, зростає до 8,10 г/см3. Чисте залізо характеризується суттєвою пластичністю і невисокою твердістю (~~НВ 60). Вуглець — неметалевий елемент, атомний номер 6, атомний радіус 0,77А, температура плавлення 3500°С. Він може існувати в аморфному і кри- сталічному станах, а також утворює алотропічні модифікації, основними з яких є алмаз та графіт. У залізовуглецевих сплавах вуглець присутній у твердих розчинах, в хімічно зв'язаному стані (цементиті), а в сплавах з високим вмістом вуглецю може виділятися у вигляді графіту. Цементит — хімічна сполука заліза з вуглецем (карбід заліза РезС), в якому міститься 6,67% вуглецю, має складну щільнозапаковану ромбічну кристалічну решітку. Температура плавлення цементиту близько 1600°С. Алотропічних перетворень цементит не зазнає, але при низьких температурах має феромагнітні властивості, які втрачає при нагріванні вище 210 °С. Цементит є метастабільною (нестійкою) фазою і у сплавах з високим вмістом вуглецю за певних умов розпадається з виділенням вуглецю у вигляді графіту. Цементит відрізняється надзвичайно низькою, практично нульовою, пластичністю і дуже високою твердістю (~ НВ 800). До фаз,які утворюються в системі залізо-вуглець, відносяться: рідкий сплав, аустеніт, ферит, цементит і графіт. Рідкий сплав — фаза, що є рідким розчином вуглецю в залізі. У рідкому стані залізо з вуглецем утворюють рідкий розчин з необмеженою розчинністю. Аустеніт — твердий розчин (укорінення) вуглецю в у-залізі. Максимальна розчинність вуглецю в аустеніті досягає 2,14% при температурі 1147°С. Із зниженням температури розчинність вуглецю різко знижується і при температурі 727°С складає всього 0,81 %. Ферит — твердий розчин (укорінення) вуглецю в а-залізі. Розчинність вуглецю у фериті значно нижча, ніж в аустеніті; це пояснюється тим, що а-залізо має об'ємноцентровану кристалічну решітку, в якій центр куба зайнятий атомом заліза. Максимальна розчинність вуглецю у фериті при температурі 727°С складає 0,02%, а при кімнатній температурі — не перевищує 0,006%. Ферит — м'яка і пластична фаза, його твердість ~ НВ 80. Цементит, будучи компонентом системи, також є і фазою, оскільки однорідний за своїм складом та властивостями і має чітко виражену межу розділу. Графіт як фаза зустрічається в сплавах з високим вмістом вуглецю (в чавунах) і має звичайну гексагональну кристалічну решітку. Графіт м'який і має низьку міцність, електропровідність. Структурні складові — ледебурит і перліт — утворюються з фаз системи і є механічними сумішами. Ледебурит — механічна суміш аустеніту і цементиту, що містить 4,3% вуглецю і кристалізується при постійній температурі 1147°С. Отже, ледебурит є евтектикою, що включає дві фази: аустеніт і цементит. При охолодженні нижче 727°С ледебурит видозмінюється. Видозмінений ледебурит є механічною сумішшю цементиту і перліту, на який перетворюється аустеніт. Твердість видозміненого ледебуриту коливається від НВ 530 до НВ 550.Перліт — механічна суміш фериту і цементиту, що містить 0,81% вуглецю і утворюється при постійнійтемпературі 727°С з аустеніту при його охолодженні. Перліт має всі властивості евтектики, але на відміну від ледебуриту називається евтектоїдом, оскільки утворюється з твердого, а не з рідкого розчину. Перліт зазвичай має пластинчасту буДову (цементит виділяється у вигляді пластин). Твердість перліту становить ~ НВ 180. Проте в залізовуглецевих сплавах може зустрічатися й інший різновид перліту — зернистий перліт, у якого в результаті спеціальної термічної обробки (відпал на зернистий перліт) цементитні включення коагулюються і набувають округлу (зернисту) форму. Зернистий перліт дещо м'якший і пластичніший пластинчастого перліту. Старіння сталі Розпад пересиченого а-розчину низьковуглецевої сталі, що протікає в часі і обумовлює зміну властивостей, називається старінням. У низьковуглецевих сталях при швидкому охолодженні процес виділення третинного цементиту (відповідно до лінії Р(3) затримується. Це призводить до одержання при нормальній температурі пересиченого вуглецем фериту. Отже, твердий розчин є метастабільним і буде прагнути до зменшення своєї внутрішньої енергії шляхом розпаду. Відомо 3 види старіння: старіння загартованої, низьковуглецевої і деформованої сталі. Процеси, що відбуваються в сталі при кімнатній температурі, називають природним старінням, при підвищених температурах — штучним. Штучне старіння загартованих сталей відбувається при температурах 50-150°С, деформованих — при температурах 200-350°С протягом декількох хвилин. При старінні термічно-оброблених сталей, як вважається, відбуваються процеси виділення третинного цементиту у вигляді дисперсних частинок або нітридів Ре4Н або Ре6И2. Ці частинки, створюють атмосфери Коттрелла, ускладнюють рух дислокацій, що призводить до підвищення твердості сталі. Одночасно знижується ударна в'язкість і підвищується поріг холодноламкості сталі. Старіння деформованої сталі розвивається протягом 15-16 діб, при 20°С, та протягом декількох хвилин при 200-350°С. Воно пов'язано не з виділенням надлишкової фази з пересиченого твердого розчину, а тільки з перерозподілом атомів у решітках розчину. В результаті спотворень, при холодній деформації в решітках фериту, виникають області стиску й розтягнення. Атоми вуглецю, що перебувають у розчині, при нагріванні або навіть при кімнатній температурі переміщаються в області стиску, а атоми заліза — у розтягнуті місця. Скупчення вуглецю, утворюючи атмосфери Коттрелла навколо дислокацій, впливають на механічні властивості так само, як дисперсні виділення цементиту при термічно-обробленій сталі. Старіння негативно позначається на експлуатаційних і технологічних властивостях багатьох сталей, викликає руйнування конструкції після зварювання, згинання, а також погіршує штамповку сталей. Для зменшення схильності сталі до старіння її легують алюмінієм, титаном, або ванадієм.
Хонінгування. Суперфініш. При виготовленні важливих деталей для сучасних високошвидкісних і важко навантажених машин до якості обробки їх ставлять високі вимоги. В ряді випадків шліфування не відповідає цим вимогам, тому застосовують методи обробки, які забезпечували б більш високу якість поверхні. З таких методів найпоширенішими є хонінгування, суперфініш, Хонінгуванням називають метод чистової обробки за допомогою дрібнозернистих абразивних брусків, які вставлені в спеціальний пристрій (хонінгувальну головку). Разом з нею вони здійснюють головний обертальний рух і поступальне переміщення вздовж осі, що є рухом подачі Хонінгувальна головка розсувна. Під дією пружин бруски в процесі роботи притискаються до оброблюваної поверхні. Застосовуючи хонінгування, можна зробити отвори з точністю ІТ7...ІТ6 і шорсткістю до Rа = 0,04, зменшити овальність і конусність до 5 мкм. Суперфініш - це метод дуже тонкої чистової обробки з метою утворення особливо гладенької поверхні. Виконують його за допомогою двох дрібнозернистих абразивних брусків, поєднуючи обертальний та поступальний рухи вздовж осі оброблюваної деталі і коливальний (осцилюючий) рух брусків Суперфінішна головка за допомогою встановлених у ній абразивних брусків знімає з деталі /гребінці шорсткості, що залишилися від попередньої обробки. Роботу ведуть з інтенсивним змащенням. Коли в процесі обробки гребінці згладжуються, мастило утворює безперервну плівку, тиск бруска недостатній, щоб її прорвати, і різання припиняється. Суперфінішем досягають шорсткості поверхні Rа - 0,02. ТКМ і матеріалознавство Класифікація та маркування вуглецевих сталей Вуглецеві сталі відповідно до діаграми залізо-вуглець діляться на доев-тектоїдні, евтектоїдні і заевтектоїдні. Вони в практиці класифікуються також за вмістом вуглецю та призначенням. За змістом вуглецю сталі поділяються на три групи: низьковуглецеві, се-редньовуглецеві і високовуглецеві. Із збільшенням вмісту вуглецю твердість і міцність сталі, у відпаленому (рівноважному) стані збільшуються, а пластичність і ударна в'язкість зменшуються. Низьковуглецеві (маловуглецеві) сталі містять до 0,3% вуглецю, відрізняються високою пластичністю і низькою твердістю. Ці сталі часто називають м'якими і застосовують, як правило, без термообробки. Середньовуглецеві сталі містять від 0,3 до 0,6% вуглецю, властивості їх за допомогою термообробки можуть змінюватися в дуже широких межах. Ці сталі часто називають сталями середньої твердості і, як правило, застосовують в термічно обробленому, стані. Високовуглецеві сталі містять понад 0,6 % вуглецю (практично до 1,3°/о), у відпаленому стані, мають підвищену твердість, тому часто називаються твердими. Ці сталі можуть застосовуватися як в термічно обробленому стані, так і без термообробки (в стані постачання). За призначенням вуглецеві сталі поділяються на конструкційні і інструментальні. Конструкційні вуглецеві сталі — будівельні та машинобудівельні — містять, як правило? до 0,6% вуглецю. Розрізняють два класи вуглецевих сталей: звичайної якості і якісні. Залежно від умов розкислювання в процесі виплавки обидва ці класи сталей, у свою чергу, поділяються на три групи: спокійні, киплячі і напівспокійні. Спокійні сталі повністю розкислені, щільні і однорідні за складом, проте в них при розливанні на зливки утворюється велика усадкова раковина, внаслідок чого виникають великі відходи металу. Киплячі сталі розкислюються тільки марганцем, тому містять велику кількість оксиду заліза РеО, який реагує з вуглецем і утворює чадний газ СО. Виділення газових бульбашок в металі створює враження, що він кипить. У зливку киплячої сталі утворюються газові бульбашки, унаслідок чого усадкової раковини практично немає. Бульбашки мають чисті неокислені поверхні і заварюються при гарячій обробці металу тиском. У киплячій сталі сильно проявляється зональна ліквація, але відходи металу при її виробництві мінімальні. Напівспокійні сталі — це сталі проміжного типу. При маркуванні сталей спокійні сталі позначають додатково буквами «сп», киплячі, — «кп», а напівспокійні — «не». Сталі звичайної якостіпри виплавці піддаються тільки грубому очищенню і, як правило, розливаються на крупні зливки. Це обумовлює підвищений вміст в них сірки і фосфору, а також неметалічних включень і сильний розвиток зональної ліквації, проте ці сталі є найбільш дешевими. Такі сталі широко використовуються в маловідповідальних конструкціях, зокрема для будівельних та інших зварних, клепаних і болтових конструкцій, для виготовлення звичайного гарячекатаного прокату. Залежно від призначення і гарантованих властивостей сталі звичайної якості, що гарантуються, діляться на три групи: А, Б і В. У групу А входять сталі, у яких гарантуються тільки механічні властивості в стані постачання (міцність і пластичність) без уточнення їх хімічного складу. Ці сталі позначаються: СтО, Сті, Стікп, Ст2сп, Ст2..., Ст7. Механічні властивості, що гарантуються, визначаються ДСТУ і вказуються в довідкових таблицях. Чим більше число, тим вища міцність і нижча пластичність. Сталі групи А не піддають гарячій обробці тиском і використовують без термічної обробки. У групу Б входять сталі, у яких гарантується тільки хімічний склад без вказівки механічних властивостей. Сталі цієї групи позначаються буквою Б з подальшим Ст і цифрами. Наприклад: БСтІ, БСтІкп, БСт2сп, БСтЗ, БСт4 і т.д. Чим більше число, тим вище визначений ДСТУ вміст вуглецю в сталі. Сталі цієї групи можуть піддаватися термічній обробці і гарячій обробці тиском. У групу В входять сталі, у яких гарантуються і хімічний склад і механічні властивості в стані постачання. У позначення марки сталей цієї групи входить буква В: ВСтІ, ВСт2кп, ВСтЗ..., ВСтб. Ці сталі, як правило, використовуються при виготовленні зварних конструкцій, коли важливі механічні властивості в стані постачання, а також структурні зміни в навколошовній зоні термічного впливу, що визначаються хімічним складом. Якісні вуглецеві сталі. Ці сталі виплавляються в мартенівських або електричних печах і відрізняються більш точним хімічним складом і низьким вмістом шкідливих домішок та неметалічних включень. Якісні вуглецеві сталі маркуються цифрами, які вказують середній вміст вуглецю в сотих долях відсотка: 08, 08кп, 10, Юсп, 15, 20, 25, 30, ..., 85. Ці сталі, як правило, піддаються термічній або хіміко-термічній обробці і застосовуються для виготовлення різних деталей в автомобільному і загальному машинобудуванні. Якісні вуглецеві сталі можуть бути із збільшеним вмістом марганцю (0,7-1,0%), який підвищує прогартованість сталі, її міцність, але дещо знижує пластичність і в'язкість. Ці сталі позначаються: 15Г, 20Г, 25Г,..., 55Г. Інструментальні вуглецеві сталі містять від 0,6 до 1,4% вуглецю і призначені для виготовлення ударного, ріжучого та вимірювального інструменту. Вуглецеві інструментальні сталі поділяються на якісні і високоякісні, випускаються з гарантією на хімічний склад. Якісні вуглецеві інструментальні сталі позначаються буквою У з подальшими цифрами, що вказують середній вміст вуглецю в десятих частинах відсотка: У7, У8, У9, У10,..., У13. Високоякісні вуглецеві інструментальні стані чисті, ніж якісні, тобто з меншим вмістом сірки і фосфору (менше 0,03%), а також неметалічних включень і з більш вузькими межами вмісту марганцю і кремнію. Ці сталі мають букву А в кінці марки: У7А, У8А, У9А, ..., У13А. Вуглецеві інструментальні сталі постачаються у відпаленому стані і піддаються термічній обробці. У термічно обробленому стані ці сталі відрізняються високою твердістю, міцністю і зносостійкістю. Основними недоліками цих сталей є низька теплостійкість (200°С) та незначна прогартованість.
|
|
|