§ 10. Классификация сталей. Маркировка сталей
Что вы знаете о способах получения стали? Где применяют изделия из стали? Приведите примеры.
Сталью называют сплав железа с углеродом, содержащий до 2,1% углерода. Сталь получают из чугуна или металлолома в сталеплавильных печах: конверторных, мартеновских и электрических. Сталь отличается от чугуна тем, что она содержит меньшее количество углерода и примесей (кремния, серы, марганца, фосфора).
Стали классифицируются:
- По способу производства:
а. Мартеновская. Мартеновскую сталь получают в мартеновских печах. Способ предложил в 1864 г. французский металлург Пьер Мартен (1824-1915). В мартеновских печах (рис. 1) при подаче воздуха из чугуна выгорает углерод и расплавленная сталь выливается в формы.
Рис. 1. Процесс выплавки стали в мартеновских печах
б. Электросталь. Электросталь выплавляют в электропечах. Это наиболее совершенный способ получения стали. Его предложил в 1802 г. русский физик и электротехник В.В. Петров (1761-1834). В электрических печах (рис. 2) выплавляют сталь высокого качества. Металл здесь нагревается и плавится электрической дугой.
Рис. 2. Процесс выплавки стали в электрических печах
в. Конвертерная. Конвертерную сталь получают с конвертерах – стальных сосудах грушевидной формы. Термин «конвертер» происходит от латинского слова «конвертере», означающего «превращать». В конверторные печи (рис. 3) заливают жидкий чугун. При подаче сжатого воздуха происходит выжигание углерода. Полученную сталь разливают в специальные формы.
Рис. 3. Процесс выплавки стали в конверторной печи:
а – заливка чугуна; б – продувка (выжигание углерода); в – выпуск стали
- По химическому составу –
- Углеродистые – сплавы железа с углеродом (0,4 – 2 % углерода), в состав которых входят обычные примеси: кремний, марганец, сера, фосфор и др.;
- Легированные – сплавы, в состав которых, кроме железа, углерода и обычных примесей, входят легирующие элементы (хром, никель, вольфрам и др.);
- По качеству
а. обыкновенные;
б. качественные;
в. высококачественные
- По назначению (применению)
- конструкционные (для изготовления деталей машин и механизмов);
- инструментальные (для изготовления различных инструментов);
- специальные (электротехнические, с особыми магнитными свойствами).
МАРКИРОВКА СТАЛЕЙ
При маркировке сталей принято использовать буквенно-цифровые обозначения.
УГЛЕРОДИСТЫЕ СТАЛИ
В углеродистой стали содержится 0,4...2% углерода. Углерод повышает твердость стали, но увеличивает ее хрупкость и снижает пластичность.
Конструкционные
Конструкционная углеродистая сталь содержит до 0,6% углерода и может быть обыкновенного качества и качественная. Конструкционная углеродистая сталь бывает обыкновенного качества и качественная.
Стали обыкновенного качества содержат повышенное количество серы и фосфора. Маркируются: Ст2, Ст3 и т. д., где к индексу группы стали Ст добавляется цифра от 0 до 6 (условный номер марки стали). С увеличением номера возрастает прочность и снижается пластичность стали. Чем больше цифра, тем выше содержание углерода и прочность стали. Углеродистые стали обыкновенного качества марок Ст0, Ст1, Ст2, Ст3, Ст4, Ст5, Ст6 применяются для изготовления строительных конструкций, крепёжных деталей (гайки, болты), листового проката, заклепки,труб, арматуры, проволоки и др.
Качественные стали маркируются словом сталь и двумя цифрами; число свидетельствует о среднем содержании углерода в сотых долях процента: сталь 08, сталь 10, сталь 45, значит, содержание углерода соответственно 0,08%, 0,10%, 0,45%. Углеродистая качественная сталь отличается повышенной прочностью. Углеродистые качественные стали марок 20, 40, 55, 60 используется для изготовления шпинделей станков, зубчатых колёс, валов и конструкций приборов.
Инструментальные
а. Обыкновенные инструментальные стали по сравнению с конструкционными имеют более высокую твёрдость, прочность и износостойкость. Применяется для изготовления молотков, зубил, ножниц по металлу, ножовочных полотен, напильников и др.
Содержание углерода 0,65–2%. Маркировка У7; У8; У10; У12 ... У20.
Цифры – содержание углерода в десятых долях %.
б. Качественные стали маркируются буквой У (углеродистая) и числом, указывающим содержание углерода в десятых долях процента: сталь У8, сталь У13, т. е. содержание углерода соответственно 0,8% и 1,3%. Из этих сталей делают зубила, ножницы по металлу, напильники.
в. Высококачественные маркируются аналогично качественным инструментальным углеродистым сталям, но в конце ставится буква А, для обозначения высокого качества стали: сталь У10А.
ЛЕГИРОВАННЫЕ СТАЛИ
Для придания стали определенных свойств в нее во время выплавки добавляют различные химические элементы (хром, никель, вольфрам и др.). Одни элементы повышают прочность и твердость, другие — упругость, третьи — коррозионную стойкость стали (т. е. сопротивляемость стали, например, воздействию воздуха и появлению ржавчины) и т. д. Стали, в которых есть эти элементы, называются легированными.
Обозначение буквенно-цифровое. Легирующие добавки в сталях обозначают буквами русского алфавита:
 Х – хром,
Н – никель,
М – молибден,
В – вольфрам,
К – кобальт,
Т – титан,
А – азот (указывается в середине марки),
Г – марганец,
Д – медь,
Ф – ванадий,
С – кремний,
П – фосфор,
Р – бор,
Б – ниобий,
Ц – цирконий,
Ю – алюминий.
Легирующие элементы по-разному влияют на свойства стали:
• хром повышает твёрдость и коррозионную стойкость;
• молибден увеличивает прочность и сопротивление окислению при высоких температурах;
• марганец при содержании свыше 1% увеличивает твёрдость, износостойкость, стойкость против ударных нагрузок.
Добавки повышают прочность и твёрдость (+ вольфрам, марганец), повышают упругость, антикоррозионные свойства (хром, никель). Легированные стали применяют для изготовления рессор, пружин, фрез, плашек, метчиков, сверл и т. д. По назначению легированную сталь делят на три группы: конструкционные, инструментальные и сталь с особыми физическими и химическими свойствами.
а. Конструкционные качественные стали маркируют так: сталь 15Х25Н19ВС2. Стоящее в начале двузначное число показывает содержание углерода в сотых долях процента. Далее перечисляются легирующие элементы. Число, следующее за условным обозначением элемента, показывает его содержание в процентах. Если число не стоит, то содержание элемента не превышает 1,5%. В указанной марке стали15Х25Н19ВС2 содержится 0,15% углерода, 25% хрома,19% никеля, до 1,5% вольфрама, 2% кремния. Изготавливают рессоры, пружины.
б. Конструкционные высококачественные стали обозначают так же, как качественные легированные стали, но в конце марки указывается символ А.
в. Инструментальные стали маркируют так: сталь 9ХС, сталь ХВГ. В начале марки указывается однозначное число, показывающее содержание углерода в десятых долях процента (при содержании углерода более 1% число не указывается). Далее перечисляются легирующие элементы с указанием их содержания.
Некоторые стали имеют нестандартные обозначения.
г. Быстрорежущие инструментальные стали маркируют так: сталь Р18, где Р – индекс данной группы сталей (от английского rapid – «быстрый, скорый»). Содержание углерода здесь более 1%. Сталь обладает высокой твёрдостью и коррозионной стойкостью. Легирующими элементами в ней являются хром (не менее 4%), вольфрам (не менее 6%), а также ванадий, кобальт, молибден. Содержание углерода в этой стали 0,7—1,1%. Наиболее распространены такие марки быстрорежущей стали: Р9, Р18, Р6М3. Например, Р9 – быстрорежущая сталь, содержащая 9% вольфрама, Р6М3 – быстрорежущая сталь с содержанием вольфрама 6%, молибдена 3%. Из стали этих марок изготавливают свёрла, резцы, фрезы.Число показывает содержание основного легирующего элемента – вольфрама. В указанной стали содержание вольфрама – 18%.
д. Шарикоподшипниковые стали маркируют так: сталь ШХ6, сталь ШХ15ГС, где Ш – индекс данной группы сталей, а Х указывает на наличие в стали хрома. Последующее число показывает содержание хрома в десятых долях процента; в указанных сталях соответственно 0,6% и 1,5%. Также указываются входящие с состав стали легирующие элементы. Содержание углерода более 1%.
К сталям с особыми физическими свойствами относят следующие стали: обладающую высоким электрическим сопротивлением, с особыми тепловыми свойствами, магнитные и немагнитные.
Стали с особыми химическими свойствами — это жаростойкие, жаропрочные и коррозионно-стойкие. Особые свойства появляются благодаря введению различных легирующих элементов.
Марку стали можно определить по цвету, форме, длине искр и звёздочек, получающихся при заточке образца. Испытуемый образец стали прижимают к быстро вращающемуся наждачному кругу, из-за этого возникает пучок искр и звёздочек. Чем больше в стали углерода, тем короче сноп искр, а звёздочек в нём больше. У конструкционных углеродистых сталей искры жёлтые, углеродистые инструментальные стали дают искры с красным оттенком, у легированных сталей искры имеют красный цвет.
На металлургических заводах, на торцах прутков выбивают марку стали и окрашивают их условным цветом. Например, сталь обыкновенного качества Ст5 маркируется зелёным цветом, Ст6 – синим; углеродистая качественная сталь 10, 15, 20 – белым; 35, 40 – белым и жёлтым цветом.
Примеры:
Сталь 08 – Качественная углеродистая конструкционная сталь, углерода 0,8%.
У12А – Качественная углеродистая инструментальная сталь, углерода 1,2%.
30ХН2 – Легированная хромо-никелевая сталь с содержанием:
углерода – 0,3%,
хрома – 1%,
никеля – 2%.
Новые слова и понятия
сталь, чугун, сталеплавильные печи, углеродистые и легированные стали, быстрорежущая сталь, инструментальная сталь.
Задание 1
В тетради заполните таблицу.
Таблица. Марки сталей деталей и инструментов
|
Детали и инструменты
|
Виды или марки стали
|
|
Свёрла, фрезы
|
|
|
Молотки, ножовочные полотна
|
|
|
Болты, гайки
|
|
|
Зубчатые колёса, валы
|
|
Задание 2
С помощью Интернета или учебника расшифруйте марки сталей. Данные запишите в тетрадь.
- Ст3, У8, Р9
- ХВГ –
- Р6М5 –
- 40ХД –
- 30ХН2А –
- ВК4Ш –
Проверяем свои знания
- Сколько углерода содержится в стали?
- По каким признакам и группам можно классифицировать сталь?
- На какие два вида делят стали? Почему это зависит от их химического состава?
- Чем отличаются углеродистые стали от легированных?
- Где применяют инструментальную углеродистую сталь? Как она обозначается?
- В чём отличие конструкционных сталей от инструментальных?
- Для чего в сталь вводят легирующие добавки? Перечислите основные из них.
- Где используют легированные конструкционные стали?
- В какой стали – У13 или Ст3 – больше углерода? Какая из них обладает большей твёрдостью и почему?
- Какими способами можно определить марку стали?
|
