Классификация сталей и сплавов

13

Содержание

Введение……………………………………………………………………………………………..3

1.       Классификация сталей и сплавов……………….………………………………………….…..4

2.       Классификация стали по содержанию примесей……………………………………………..5

2.1.   Стали обыкновенного качества…………………………………………………...……….5

2.2.   Стали качественные………………………………………………………..………………5

2.3.   Стали высококачественные………………………………………………………..………5

2.4.   Стали особовысококачественные…………………………………………………………6

3. Классификация сталей и сплавов по назначению………………………………………….…7

3.1.   Конструкционные стали………………………………………………………………...…7

3.1.1.       Строительные стали………………………………………………………………...7

3.1.2.       Стали для холодной штамповки…………………………………………………...7

3.1.3.       Цементируемые стали……………………………………………………………....7

3.1.4.       Улучшаемые стали………………………………………………………………….7

3.1.5.       Высокопрочные стали…………………………………………………………...….8

3.1.6.       Пружинные стали………………………………………………………..………….8

3.1.7.       Подшипниковые стали………………………………………………………….…..8

3.1.8.       Автоматные стали……………………………………………………………..…….8

3.1.9.       Износостойкие стали……………………………………………………..………....9

3.1.10.    Коррозионно-стойкие (нержавеющие) стали……………………………...……...9

3.1.11.    Жаропрочные стали……………………………………………………………....…9

3.1.12.    Жаростойкие стали…………………………………………..…………………….10

3.2.   Инструментальные стали…………………………………………………………………11

3.2.1.       Стали для режущих инструментов……………………………………………….11

3.2.2.       Стали для измерительных инструментов………………………………….……..11

3.2.3.       Штамповые стали…………………………………………………………….……12

Список используемой литературы………………………………………………………………..13

Введение

Сталь - деформируемый (ковкий) сплав железа с углеродом (до 2,14%) и другими элементами. Получают, главным образом, из смеси чугуна со стальным ломом в кислородных конвертерах, мартеновских печах и электропечах. Сплав железа с углеродом, содержащий более 2,14% углерода, называют чугуном. 99% всей стали - материал конструкционный в широком смысле слова: включая стали для строительных сооружений, деталей машин, упругих элементов, инструмента и для особых условий работы - теплостойкие, нержавеющие, и т.п. Его главные качества - прочность (способность выдерживать при работе достаточные напряжения), пластичность (способность выдерживать достаточные деформации без разрушения как при производстве конструкций, так в местах перегрузок при их эксплуатации), вязкость (способность поглощать работу внешних сил, препятствуя распространению трещин), упругость, твердость, усталость, трещиностойкость, хладостойкость, жаропрочность.

1.Классификация сталей и сплавов

Классификация производится:

- по химическому составу;

- по структурному составу;

- по качеству (по способу производства и содержанию вредных примесей);

- по степени раскисления и характеру затвердевания металла в изложнице;

- по назначению.

По химическому составу сталь разделяют на:

- углеродистую;

- легированную.

По химическому составу углеродистые стали делят в зависимости от содержания углерода на следующие группы:

- малоуглеродистые - менее 0,3% С;

- среднеуглеродистые - 0,3-0,7% С;

- высокоуглеродистые - более 0,7 %С.

Для улучшения технологических свойств стали легируют. Легированной называется сталь, в которой, кроме обычных примесей, содержатся специально вводимые в определенных сочетаниях легирующие элементы (Cr, Ni, Mo, Wo, V, Al, B, Ti и др.), а также Мn и Si в количествах, превышающих их обычное содержание как технологических примесей (1% и выше). Как правило, лучшие свойства обеспечивает комплексное легирование. В легированных сталях их классификация по химическому составу определяется суммарным процентом содержания легирующих элементов:

- низколегированные - менее 2,5%;

- среднелегированные - 2,5-10%;

- высоколегированные - более 10%.

Легированные стали, и сплавы делятся также на классы по структурному составу:

- в отожженном состоянии - доэвтектоидный, заэвтектоидный, ледебуритный, ферритный, аустенитный;

- в нормализованном состоянии - перлитный, мартенситный и аустенитный.

К перлитному классу относят углеродистые и легированные стали с низким содержанием легирующих элементов, к мартенситному - с более высоким и к аустенитному - с высоким содержанием легирующих элементов.

2.Классификация стали по содержанию примесей

По качеству, то есть по способу производства и содержанию вредных примесей, стали и сплавы делятся на четыре группы:

2.1.Стали обыкновенного качества

Стали обыкновенного качества (рядовые) по химическому составу - углеродистые стали, содержащие до 0,6% С. Эти стали выплавляются в конвертерах с применением кислорода или в больших мартеновских печах. Примером данных сталей могут служить стали СтО, СтЗсп,Ст5кп. Стали обыкновенного качества, являясь наиболее дешевыми, уступают по механическим свойствам сталям других классов.

2.2.Стали качественные

Углеродистые стали обыкновенного качества и качественные по степени раскисления и характеру затвердевания металла в изложнице делятся на спокойные, полуспокойные и кипящие. Каждый из этих сортов отличается содержанием кислорода, азота и водорода. Так в кипящих сталях содержится наибольшее количество этих элементов.
 

2.3.Стали высококачественные

Стали высококачественные выплавляются преимущественно в электропечах, а особо высококачественные - в электропечах с электрошлаковым переплавом (ЭШП) или другими совершенными методами, что гарантирует повышенную чистоту по неметаллическим включениям (содержание серы и фосфора менее 0,03%) и содержанию газов, а следовательно, улучшение механических свойств.

2.4.Стали особовысококачественные

Особовысококачественные стали подвергаются электрошлаковому переплаву, обеспечивающему эффективную очистку от сульфидов и оксидов. Данные стали выплавляются только легированными. Их производят в электропечах и методами специальной электрометаллургии. Содержат не более 0,01% серы и 0,025% фосфора.
 

3.Классификация сталей и сплавов по назначению

По назначению стали, и сплавы классифицируются на конструкционные, инструментальные и стали с особыми физическими и химическими свойствами.

3.1.Конструкционные стали

Конструкционные стали принято делить на строительные, для холодной штамповки, цементируемые, улучшаемые,высокопрочные,рессорно-пружинные, шарикоподшипниковые, автоматные, коррозионно-стойкие, жаростойкие, жаропрочные, износостойкие стали.

3.1.1.Строительные стали

К строительным сталям относятся углеродистые стали обыкновенного качества, а также низколегированные стали. Основное требование к строительным сталям - их хорошая свариваемость.

3.1.2.Стали для холодной штамповки

Для холодной штамповки применяют листовой прокат из низкоуглеродистых качественных марок               стали               08Ю,               08пс и 08кп.

3.1.3.Цементируемые стали

Цементируемые стали применяют для изготовления деталей, работающих в условиях поверхностного износа и испытывающих при этом динамические нагрузки. К цементируемым относятся малоуглеродистые стали, содержащие 0,1-0,3% углерода (такие, как 15, 20, 25), а также некоторые легированные стали (15Х, 20Х, 15ХФ, 20ХН 12ХНЗА, 18Х2Н4ВА,               18Х2Н4МА,               18ХГТ, ЗОХГТ, 20ХГР).

3.1.4.Улучшаемые стали

К улучшаемым сталям относят стали, которые подвергают улучшению - термообработке, заключающейся в закалке и высоком отпуске. К ним относятся среднеуглеродистые стали (35, 40, 45, 50), хромистые стали (40Х, 45Х, 50Х), хромистые стали с бором (ЗОХРА, 40ХР), хромоникелевые, хромокремниемарганцевые, хромоникельмолибденовые стали.

3.1.5.Высокопрочные стали

Высокопрочные стали - это стали, у которых подбором химического состава и термической обработкой достигается предел прочности примерно вдвое больший, чем у обычных конструкционных сталей. Такой уровень прочности можно получить в среднеуглеродистых легированных сталях - таких, как 30ХГСН2А, 40ХН2МА, ЗОХГСА, 38ХНЗМА, 03Н18К9М5Т, 04Х11Н9М2Д2ТЮ.

3.1.6.Пружинные стали

Пружинные (рессорно-пружинные) стали сохраняют в течение длительного времени упругие свойства, поскольку имеют высокий предел упругости, высокое сопротивление разрушению и усталости. К пружинным относятся углеродистые стали (65, 70) и стали, легированные элементами, которые повышают предел упругости - кремнием, марганцем, хромом, вольфрамом,               ванадием, бором (60С2, 50ХГС, 60С2ХФА, 55ХГР).

3.1.7.Подшипниковые стали

Подшипниковые(шарикоподшипниковые) стали имеют высокую прочность, износоустойчивость,выносливость. К подшипниковым предъявляют повышенные требования на отсутствие различных включений, макро- и микропористости. Обычно шарикоподшипниковые стали характеризуются высоким содержанием углерода (около 1%) и наличием               хрома               (ШХ9, ШХ15).

3.1.8.Автоматные стали

Автоматные стали используют для изготовления неответственных деталей массового производства (винты, болты, гайки и др.), обрабатываемых на станках-автоматах.                  Эффективным металлургическим приемом повышения обрабатываемости резанием является введение в сталь серы, селена, теллура, а также свинца, что способствует образованию короткой и ломкой стружки, а также уменьшает трение между резцом и стружкой. Недостаток автоматных сталей - пониженная пластичность. К автоматным сталям относятся такие стали, как А12, А20, АЗО, А40Г, АС11, АС40, АЦ45Г2, АСЦЗОХМ, АС20ХГНМ.

3.1.9.Износостойкие               стали

Износостойкие стали применяют для деталей, работающих в условиях абразивного трения, высокого давления и ударов (крестовины железнодорожных путей, траки гусеничных машин, щеки дробилок, черпаки землеройных машин, ковши экскаваторов и др.). Пример износостойкой стали - высокомарганцовистая               сталь               110Г13Л.

3.1.10.Коррозионно-стойкие (нержавеющие) стали

Коррозионно-стойкие (нержавеющие) стали - легированные стали с большим содержанием хрома (не менее 12%) и никеля. Хром образует на поверхности изделия защитную (пассивную) оксидную пленку. Углерод в нержавеющих сталях - нежелательный элемент, а чем               больше хрома, тем               выше               коррозионная               стойкость.
Структура для наиболее характерных сплавов этого назначения может быть:
ферритно-карбидной и мартенситной (12X13, 20X13, 20X17Н2, 30X13, 40X13, 95X18 - для слабых               агрессивных               сред               (воздух,               вода,               пар);
ферритной (15X28) - для растворов азотной и фосфорной кислот; аустенитной (12Х18Н10Т) - в морской воде, органических и азотной кислотах, слабых щелочах;
мартенситно-стареющей (10Х17Н13МЗТ, 09Х15Н8Ю) - в фосфорной, уксусной и молочной кислотах. Сплав 06ХН28МТ может эксплуатироваться в условиях горячих (до 60°С) фосфорной и серной (концентрации до 20%)               кислот.
Коррозионностойкие стали, и сплавы классифицируют в зависимости от агрессивности среды, в которой они используются, и по их основному потребительскому свойству на собственно коррозионно-стойкие, жаростойкие, жаропрочные и криогенные.
Коррозионно-стойкие стали - изделия из собственно коррозионностойких сталей (лопатки турбин, клапаны гидравлических прессов, пружины, карбюраторные иглы, диски, валы, трубы и др.) работают при               температуре               эксплуатации до 550°С.

3.1.11.Жаропрочные стали

Жаропрочные стали способны работать в нагруженном состоянии при высоких температурах в течение определенного времени и при этом обладают достаточной жаростойкостью. Данные стали и сплавы применяются для изготовления труб, клапанных, паро- и газотурбинных деталей (роторы,               лопатки, диски и               др.).
Для жаропрочных и жаростойких машиностроительных сталей используются малоуглеродистые (0,1-0,45% С) и высоколегированные (Si, Cr, Ni, Co и др.). Жаропрочные стали и сплавы в своем составе обязательно содержат никель, который обеспечивает существенное увеличение предела длительной коррозионной прочности при незначительном увеличении предела текучести и временного сопротивления, и марганец. Они могут дополнительно легироваться молибденом, вольфрамом, ниобием, титаном, бором, йодом и др. Так, микролегирование бором, а также редкоземельными и некоторыми щелочноземельными металлами повышает такие характеристики, как число оборотов при кручении,               пластичность и вязкость при высоких               температурах.
Рабочие температуры современных жаропрочных сплавов составляют примерно 45-80% от температуры плавления.

3.1.12.Жаростойкие стали

Жаростойкие (окалиностойкие) стали обладают стойкостью против химического разрушения поверхности в газовых средах, в том числе серосодержащих, при температурах +550-1200°С в воздухе, печных газах (15X5, 15Х6СМ, 40Х9С2, 30Х13Н7С2, 12X17, 15X28), окислительных и науглероживающих средах (20Х20Н14С2, 20Х23Н18) и работают в ненагруженном или слабонагруженном состоянии, так как могут проявлять ползучесть при приложении больших нагрузок. Жаростойкие стали характеризуют по температуре начала интенсивного окисления. Величина этой температуры определяется содержанием хрома в сплаве. Так, при 15% Cr температура эксплуатации изделий составляет +950°С, а при 25% Сг до +1300°С. Жаростойкие стали также легируют никелем, кремнием, алюминием.
Криогенные машиностроительные стали и сплавы (ГОСТ 5632-72) по химическому составу являются низкоуглеродистыми (0,10% С) и высоколегированными (Сг, Ni, Mn и др.) сталями аустенитного класса (08Х18Н10, 12Х18Н10Т, 03Х20Н16АГ6, 03Х13АГ19 и др.). Основными потребительскими свойствами этих сталей являются пластичность и вязкость, которые с понижением температуры (от +20 до -196°С) либо не меняются, либо мало уменьшаются, т.е. не происходит резкого уменьшения вязкости, характерного при хладноломкости. Криогенные машиностроительные стали классифицируют по температуре эксплуатации в диапазоне от -196 до -296°С и используют для изготовления деталей криогенного оборудования.

3.2.Инструментальные стали

Инструментальные стали по назначению делят на стали для режущих, измерительных инструментов, штамповые               стали.

                3.2.1.Стали для режущих инструментов

Стали для режущих инструментов должны быть способными сохранять высокую твердость и режущую способность продолжительное время, том числе и при нагреве. В качестве сталей для режущих инструментов применяют углеродистые, легированные инструментальные, быстрорежущие               стали.
Углеродистые инструментальные стали содержат 0,65-1,32% углерода. Например, стали марок У7, У7А, У13, У13А. К данной группе, помимо нелегированных углеродистых инструментальных сталей, условно относят также стали с небольшим содержанием легирующих элементов, которые не сильно отличаются от углеродистых.
Легированные инструментальные               стали - содержащие легирующие элементы в количестве 1-3%. Легированные инструментальные стали имеют повышенную (по сравнению с углеродистыми инструментальными сталями) теплостойкость - до +300°С. Наиболее широко используют стали 9ХС (сверла, фрезы, зенкеры), ХВГ (протяжки, развертки), ХВГС (фрезы, зенкеры,               сверла               больших               диаметров).
Быстрорежущие стали применяют для изготовления различного режущего инструмента, работающего на высоких скоростях резания, так как они обладают высокой теплостойкостью - до +650вС. Наибольшее распространение получили быстрорежущие стали марок Р9, Р18, Р6М5,               Р9Ф5,               Р10К5Ф5.

                3.2.2.Стали для измерительных инструментов

Инструментальные стали для измерительных инструментов (плиток, калибров, шаблонов) помимо твердости и износостойкости должны сохранять постоянство размеров и хорошо шлифоваться. Обычно применяют стали У8...У12, X, 12X1, ХВГ, Х12Ф1. Измерительные скобы, шкалы, линейки и другие плоские и длинные инструменты изготовляют из листовых сталей 15, 15Х. Для получения рабочей поверхности с высокой твердостью и износостойкостью инструменты подвергают цементации и закалке.

3.2.3.Штамповые стали

Штамповые стали обладают высокой твердостью и износостойкостью, прокаливаемостью и               теплостойкостью.
Стали для               штампов               холодного               деформирования - должны обладать высокой твердостью, износостойкостью и прочностью, сочетающейся с достаточной вязкостью, также должны быть теплостойкими. Например Х12Ф1, Х12М, Х6ВФ, 6Х5ВЗМФС, 7ХГ2ВМ. Во многих случаях для изготовления штампов для холодного деформирования используют быстрорежущие               стали.
Стали для               штампов               горячего               деформирования -               должны иметь высокие механические свойства (прочность и вязкость) при повышенных температурах и обладать износостойкостью, окалиностойкостью, разгаростойкостью и высокой теплопроводностью. Примером таких сталей могут служить стали               5ХНМ, 5ХНВ, 4ХЗВМФ,               4Х5В2ФС,               ЗХ2В8Ф,               4Х2В5МФ.
Валковые стали - применяют для рабочих, опорных и прочих валков прокатных станов, бандажей составных опорных валков, ножей для холодной резки металла, обрезных матриц и пуансонов. К валковым сталям относят такие стали, как 9X1, 55Х, 60ХН, 7Х2СМФ.

Список используемой литературы

1. Технология конструкционных материалов» под ред. доктора технических наук А.М. Дальского 1985г.

2. Лахтин Ю.М Леонтьева В.П. Материаловедение, машиностроение 1990г.

3. Большая энциклопедия «Кирилла и Мефодия» версия 2005г.

4. Марочник сталей и сплавов: — Москва, Машиностроение, 2003 г.- 784 с.

5. Справочник Снабженца. Выпуск 77. Марки сталей и сплавов. Стальной металлопрокат. Заводы-производители: — Санкт-Петербург, Торговый Дом Металлов, ЛТД, 2006 г.- 590 с.

6. Справочник снабженца. Выпуск 85. Металлопрокат. Марки сталей, сплавов, чугуна. Сортамент: — Санкт-Петербург, Торговый Дом Металлов, ЛТД, 2007 г.- 596 с.