Легирующие элементы сталей и чугунов

Обновлено: 01.05.2024

На структуру чугуна, кроме железа и углерода сильно влияет химический состав. Кремний, титан, никель, хром, алюминий – способствуют выделению графита, их называют граффитизирующими. Марганец, молибден, сера, вольфрам, ванадий – тормозят граффитизацию. Их называют антиграффитизирующими. Чем больше кремния, тем чугун мягче (1,5 – 3,5% кремния). Чем больше фосфора, тем чугун жидкотекуч, тверд и хрупок (0,3 – 0,4%). Сера (0,08 – 1%) – понижает жидкотекучесть, увеличивает усадку и склонность к образованию трещин.

Серые чугуны маркируют буквами СЧ и цифрами, характеризующими прочность чугуна.

Например: СЧ 20 – серый чугун, предел прочности 20 кгс/мм 2 . Применение: станины станков, корпусов.

3)высокопрочный чугун – серый чугун с шаровидной формой графита. Для получения графита в виде шаровидных включений в ковш с жидким чугуном вводят металлический магний (0,03 -0,07%).

А) феррит + шаровидный графит

Б) феррит + перлит + шаровидный графит

В) перлит + шаровидный графит

Высокопрочные чугуны маркируют буквами ВЧ и цифрой, которая показывает предел прочности на растяжение.

Пример: ВЧ 60 – высокопрочный чугун, предел прочности на растяжение 600 МПа или 60 кгс/мм 2 .

1) ковкий чугун – серый чугун с хлопьевидной формой графита. Получается в результате отжига белого чугуна. Структура: ледебурит + цементит (вторичный) + перлит. Маркируют буквами КЧ и 2 числа: 1 – е показывает предел прочности на растяжение, 2-е относительное удлинение.

Пример: КЧ 33-8 – ковкий чугун, предел прочности на растяжение‎ σ_в = 33 кгс/мм 2 , относительное удлинение δ = 8%.

Серый чугун. Свойства определяются пластинчатой формой графита. Обладает хорошими антифрикционными свойствами, высокой износостойкостью, хорошо гасит вибрации. Сплав обладает хорошей жидкотекучестью, малой склонностью к образованию усадочных дефектов. Изготавливают отливки сложной конфигурации с толщиной стенок 2 – 500 мм.

Высокопрочный чугун с шаровидным графитом. Характерны: пластичность и вязкость. Применяется для высоких и механических нагрузок, для деталей работающих при знакопеременных нагрузках. Это экономичный материал для напорной арматуры, в тяжелом машиностроении, в автостроении (коленчатые валы).

Белый чугун. Отливки, имеющие белый излом применяются, когда детали не требуют механической обработки, не подвергаются ударным нагрузкам. Отбеленные чугуны – это чугунные отливки, в которых поверхностные слои имеют структуру белого, а сердцевина – серого чугуна. Такие отливки применяются для деталей, работающих при повышенных нагрузках и усиленном износе.

Ковкий чугун. Хорошо сваривается, обрабатывается резанием. Используется для получения сварно-литых конструкции. Хорошо подвергается запрессовке, расчеканке. Толщина отливок 6-60 мм.

МАРКИ РАСШИФРОВЫВАЕМ СОГЛАСНО МОЕГО ОБРАЗЦА.

ИЗ ИНТЕРНЕТА СКАЧАННУЮ МАРКИРОВКУ ПРОВЕРЯТЬ НЕ БУДУ.

Задание : расшифровать марки углеродистых сталей и чугунов

Тема. Понятие легирующий элемент и легированная сталь. Влияние легирующих элементов на свойства стали. Принцип маркировки.

Свойства обычной углеродистой стали улучшаются от прибавления к ней некоторых элементов (хрома, никеля, вольфрама, ванадия, молибдена, алюминия, меди и т.д.), которые называют легирующими элементами (ЛЭ).

Легирующий элемент – это химический элемент, при добавке которого в углеродистую сталь улучшаются свойства стали. Такая сталь, называется легированной (ЛСт).

Цель легирования – изменение структуры и физико – механических свойств стали, ее твердости, прочности, износостойкости, антифрикционности, жаропрочности, теплопроводности.

Легирующие элементы оказывают различное влияние на аллотропические превращения в железе, на карбидную фазу, на фазовые превращения в стали.

Углерод – количество карбидов зависит от содержания углерода. Они обладают более высокой твердостью.

Хром - при введении хрома в перлитную сталь повышается прочность при сохранении достаточной вязкости. Хром повышает прокаливаемость, а при больших добавках повышает сопротивление стали коррозии и жаропрочность.

Молибден – повышает прочность и твердость стали при повышенных температурах, придает мелкозернистость, повышает прокаливаемость, устраняет хрупкость.

Вольфрам – сохраняет твердость при повышенных температурах и вводится в инструмент быстрорежущей стали, является основным элементом в сверхтвердых режущих сплавах.

Марганец – повышает прочность, твердость и прокаливаемость стали, но увеличивает склонность к отпускной хрупкости. При содержании марганца 12 – 14% получается марганцевая аустенитная сталь с высоким сопротивлением износу.

Кремний – увеличивает прочность и упругость стали, не снижая вязкости (рессорная сталь), увеличивает стойкость против кислот, жаропрочность и электросопротивление стали.

Никель – улучшает механические свойства стали, особенно вязкость, повышает прокаливаемость. Хромоникелевые стали склонны к отпускной хрупкости,поэтому в сталь вводят вольфрам или молибден, понижающие отпускную хрупкость и повышающие прочность стали. При больших добавках никеля получают немагнитную кислотоупорную или малорасширяемую при нагревании сталь.

Каждый легирующий элемент обозначается буквой:

Н – никель – Ni	Б – ниобий – Nb
К – кобальт – Co	Ц – цирконий – Zr
Х – хром - Cr	С – кремний – Si
М – молибден – Mo	П – фосфор – P
Г – марагнец - Mn	В – вольфрам – W
Д - медь – Cu	Т –титан – Ti
Р – бор – B	Ф – ванадий - V
Ю – алюминий - Al

Первые цифры в маркировке конструкционных сталей указывают среднее содержание углерода в сотых долях процента. Цифры, идущие после букв, указывают среднее содержание данного легирующего элемента. Если содержание легирующего элемента равно 1%, то цифра отсутствует. В высококачественных сталях в конце ставят букву А. Шарикоподшипниковые стали обозначают буквой Ш, быстрорежущие – Р.

Легирующие элементы и примеси в сталях: краткий справочник

Характеристики углеродистых сталей далеко не всегда соответствуют требованиям, которые предъявляют к материалам различные отрасли промышленности. Чтобы откорректировать их свойства, используют легирование.

Чем отличаются легирующие элементы от примесей

В углеродистых сталях, помимо основных элементов – железа и углерода, есть и другие: марганец, сера, фосфор, кремний, водород и прочие. Их считают примесями и делят на несколько групп:

К постоянным относят серу, фосфор, марганец и кремний. Они всегда содержатся в стали в небольших количествах, попадая в нее из чугуна или используясь в качестве раскислителей.
К скрытым относят водород, кислород и азот. Они тоже присутствуют в любой стали, попадая в нее при выплавке.
К случайным относят медь, мышьяк, свинец, цинк, олово и прочие элементы. Они попадают в сталь из шихтовых материалов и считаются особенностью руды.

Для каждой из перечисленных примесей характерно определенное процентное содержание. Так, марганца в стали, как правило, не более 0,8 %, кремния – не более 0,4 %, фосфора – не более 0,025 %, серы – не более 0,05 %. Если обычного содержания некоторых элементов недостаточно, для получения сталей с нужными свойствами в них дополнительно вносят в определенных количествах специальные примеси, которые называют легирующими добавками.

Химический состав стали, формируемый в процессе выплавки, напрямую влияет на ее механические свойства

Как примеси влияют на свойства сталей

Примеси оказывают разное влияние на характеристики сталей:

Углерод (С) повышает твердость, прочность и упругость сталей, но снижает их пластичность.
Кремний (Si) при содержании в стали до 0,4 % и марганец при содержании до 0,8 % не оказывают заметного влияния на свойства.
Фосфор (P) увеличивает прочность и коррозионную стойкость сталей, но снижает их пластичность и вязкость.
Сера (S) повышает хрупкость сталей при высоких температурах, снижает их прочность, пластичность, свариваемость и коррозионную стойкость.
Азот (N₂) и кислород (O₂) уменьшают вязкость и пластичность сталей.
Водород (H₂) повышает хрупкость сталей.

Как легирующие элементы влияют на свойства сталей

Легирующие добавки вводят в стали для изменения их характеристик:

Хром (Cr) повышает твердость, прочность, ударную вязкость, коррозионную стойкость, электросопротивление сталей, одновременно уменьшая их коэффициент линейного расширения и пластичность.
Никель (Ni) увеличивает пластичность, вязкость, коррозионную стойкость и ударную прочность сталей.
Вольфрам (W) повышает твердость и прокаливаемость сталей.
Молибден (Mo) увеличивает упругость, коррозионную стойкость, сопротивляемость сталей растягивающим нагрузкам и улучшает их прокаливаемость.
Ванадий (V) повышает прочность, твердость и плотность сталей.
Кремний (Si) увеличивает прочность, упругость, электросопротивление, жаростойкость и твердость сталей.
Марганец (Mn) повышает твердость, износоустойчивость, ударную прочность и прокаливаемость сталей.
Кобальт (Co) увеличивает ударную прочность, жаропрочность и улучшает магнитные свойства сталей.
Алюминий (Al) повышает жаростойкость и стойкость сталей к образованию окалины.
Титан (Ti) увеличивает прочность, коррозионную стойкость и улучшает обрабатываемость сталей.
Ниобий (Nb) повышает коррозионную стойкость и устойчивость сталей к воздействию кислот.
Медь (Cu) увеличивает коррозионную стойкость и пластичность сталей.
Церий (Ce) повышает пластичность и прочность сталей.
Неодим (Nd), цезий (Cs) и лантан (La) снижают пористость сталей и улучшают качество поверхности.

Виды легированных сталей

В зависимости от содержания легирующих элементов, стали делят на три вида:

Если легирующих элементов менее 2,5 %, стали относят к низколегированным.
При их содержании от 2,5 до 10 % стали считаются среднелегированными.
Если легирующих элементов более 10 %, стали относят к высоколегированным.

Заключение

Примеси неизбежно присутствуют в сталях, но ряд из них являются вредными (к ним относятся скрытые примеси), поэтому их содержание стараются минимизировать. Легирующие элементы добавляют в стали целенаправленно для улучшения их свойств или получения специфических характеристик.

Влияние легирования на свойства сталей и чугунов

Легирующие элементы – специально вводимые в сплав с целью изменения его строения и свойств. Они называются легирующими, а данный сплав легированным.

Наиболее существенное влияние легирование сталей воздействует на полиморфизм железа.

Температура полиморфных превращений зависит от всех растворимых в нем элементов.

Легирующие элементы в сталях:

– могут, находится в свободном состоянии;

– в форме химических соединений с железом или между собой в виде оксидов, сульфидов и др. неметаллов, примесей в карбидной фазе;

– в виде твердых растворов в железе.

Наиболее часто они растворяются в основных фазах сталей: феррите, аустените, цементите. Или образуют специальные карбиды.

Карбидообразующие элементы (молибден, ванадий, вольфрам, титан), увеличивают конструкционную прочность сталей.

По объему более 90% феррит основная составляющая сталей, легирующие элементы, растворяются в нем заменяя, атомы железа кристаллической решетки искажают ее, что приводит повышению твердости и прочности. Увеличение твердости наиболее способствует введение кремния, марганца, никеля. Снижают вязкость феррита и увеличивают порог хладноломкости.

Исключение составляет никель, оказывающий влияние на свойства сталей.

Влияние легирующих элементов на свойства чугунов проявляются в основном в их графитизации.

В их графитизации, которая определяет структуру, а, следовательно, свойства чугуна. Чугуны легируют для придания специальных свойств: жаростойкости, износостойкости и применяют следующие элементы: хром, никель, медь, алюминий, титан.

Упругая и пластическая деформации

При пластической деформации металлов происходит изменение формы и размеров кристалла, изменение его пространственной кристаллографической ориентации, изменение внутреннего строения зерен.

Под действием нагрузки зерна вытягиваются в направлении деформации. Одновременно происходит ориентация кристаллографических плоскостей, относительно кристаллических направлений.. Формируется так называемая текстура (кристаллографическая текстура). Чем выше деформация, тем развитее становится текстура. В процессе пластической деформации увеличивается и количество дефектов кристаллического строения таких, как вакансии и дислокации. Плотность дислокации увеличивается с 10 6 =10 8 см –2 до 10 11 -10 12 см -2 . Для некоторых металлов в процессе пластической деформации формируется ячеистая структура. Дислокация останавливается в определенных местах образуются границы ячеек, внутри которых находятся области практически свободные от дислокации. При больших степенях деформации плотность дислокации на границах возрастает. Границы становятся четкими – это так называемые субзернами, т.о. при пластической деформации происходит образование текстуры, увеличивается количество дефектов кристаллографического строения. Происходит увеличение угла разъориетации между отдельными ячейками (для некоторых металлов).

Деформация может быть упругой, исчезающей после снятия нагрузки, и пластической, остающейся после снятия нагрузки. При упругом деформировании под действием внешней силы изменяется расстояние между атомами в крист. решётке. Снятие нагрузки устраняет причину, вызвавшую изменение межатомного расстояния, атомы становятся на прежние места и деформация исчезает. При пластическом деформировании одна часть кристалла перемещается по отношению к другой. Если нагрузку снять, то перемещённая часть кристалла не возвратится на старое место, деформация сохранится. Наклёп. Перекристаллизация. Дисперсионное твердение.

Наклёп – упрочнение металлов и сплавов в результате измельчения зерна при холодной пластической деформации. Перекристаллизация – упрочнение в результате измельчения зерна при полиморфном превращении. Дисперсионное твердение – упрочнение сплавов в результате выделения мелких частиц второй фазы из пересыщенного твёрдого раствора.

При холодной пластической деформации прочностные хар-ки (твёрдость, предел прочности и растяжений) увеличиваются в 2-3 раза, тогда как хар-ки пластичности (относит. удлинение, относит. сужение) снижаются 30-40 раз.

Пластическая деф-ция приводит к переводу металлов в неравновесное состояние, т.е. с повышенным запасом свободной энергии. Как и любая другая сис-ма металл стремиться к уменьшению свободной энергии. Это уменьшение протекает тем интенсивнее, чем выше тем-ра. В зав-ти от тем-ры отжига различают процессы возврата и процессы рекристаллизации.

Рекристаллизация

После достижения опред. тем-р происходит изменение уже на микроскопическом уровне. Под микроскопом на фоне вытянутых зёрен можно наблюдать мелкие зёрна равноосной формы. По мере увеличения длительности отжига или повышении тем-ры происходит рост мелких зёрен за счёт вытянутых деформируемых зёрен. Образование и рост новых зёрен за счёт деформированных зёрен той же фазы наз-ся первичной рекристаллизацией или рекристаллизацией обработки.

При дальнейшем увелич. тем-ры и длительности отжига происходит «поедание» одними зёрнами других зёрен. Следствием явл-ся разнозёренность стр-р. В пределе можно достичь того, что стр-ра металла будет состоять только зи очень крупных зёрен. Это так наз. собирательная рекристаллизация. Тем-ра начала рекристаллиз. не явл-ся постоянной физ. величиной как, например, тем-ра плавления металла. Тем-ра начала рекристаллиз. будет зависеть от степени предварительной деф-ции металла, длительности процесса и ряда др. факторов.

Тем-ра рекристаллиз. для чистых металлов м.б. рассчитана исходя из соотношения предложенного Бочваром А.А.: T_p=aT_пл , а=0,2…0,6.

Отжиг, обеспечивающий получение рекристаллиз. стр-ры после холодной пластической деформации наз-ся рекристаллизационным отжигом. Рекрист. отжиг проводиться как межоперационная обработка после операций холодной пластической деформации.

От размера зерна вообще и после рекристаллиз отжига в частности зависят св-ва металла. Чем мельче зерно, тем выше мех. св-ва. Чем крупнее зерно, тем ниже мех. св-ва, но выше магн. или электр. св-ва. Поэтому, например, трансформаторную сталь после холодной деф-ции подвергают рекрист. отжигу с тем, чтобы как можно больший размер зерна можно было получить.

Отжиг 1-го рода

Отжигом называют термообработку, направленную на получение в металлах равновесной структуры. Любой отжиг включает в себя нагрев до определенной температуры, выдержку при этой температуре и последующее медленное охлаждение. Цель отжига – уменьшить внутренние напряжения в металле, уменьшить прочностные свойства и увеличить пластичность. Отжиг делят на отжиг 1 рода и 2 рода.

Отжиг 1 рода – это такой вид отжига, при котором не происходит структурных изменений, связанных с фазовыми превращениями.

Отжиг 1 рода в свою очередь разделяют на 3 группы:

1. Гомогенизация – отжиг, направленный на уменьшение химической неоднородности металлов, образующейся в результате рекристаллизации. В отличие от чистых металлов, все сплавы после кристаллизации характеризуются неравновесной структурой, т.е. их химический состав является переменным как в пределах одного зерна, так и в пределах всего слитка.

В процессе отжига на гомогенизацию происходит постепенное растворение неравновесных интерметаллидных фаз, которые могут образоваться в результате кристаллизации с большой скоростью. При последующем медленном охлаждении после отжига такие неравновесные фазы больше не выделяются. Поэтому после гомогенизации металл обладает повышенной пластичностью и легко поддается пластической деформации.

2. Рекристаллизационный отжиг -для снятия эффекта упрочнения, т.е. нагрев металла до температур выше начала кристаллизации, выдержку с последующим медленным охлаждением. Температура нагрева зависит от состава сплава. Для чистых металлов температура начала рекристаллизации t_p=0,4Тпл, ºК, для обычных сплавов порядка 0,6Тпл, для сложных термопрочных сплавов 0,8Тпл. Продолжительность такого отжига зависит от размеров детали и в среднем составляет от 0,5 до 2 часов. В процессе рекристаллизационного отжига происходит образование зародышей новых зерен и последующий рост этих зародышей. Постепенно старые деформированные зерна исчезают. Количество дефектов в кристаллической решетке уменьшается, наклеп устраняется, и металл возвращается в исходное состояние.

3. Отжиг для снятия внутренних напряжений.Внутренние напряжения в металле могут возникать в результате различных видов обработки: термические напряжения, образовавшиеся в результате неравномерного нагрева, различной скорости охлаждения отдельных частей детали после горячей деформации, литья, сварки, шлифовки и резания. Могут быть структурными, т.е. появившиеся в результате структурных превращений, происходящих внутри детали в различных местах с различной скоростью. Этот отжиг проводится при температурах ниже температуры рекристаллизации: t_отж=0,2-0,3Тпл º К. Повышенная температура облегчает скольжение дислокаций и, под действием внутренних напряжений, происходит их перераспределение, т.е. из мест с повышенным уровнем внутренних напряжений дислокации перемещаются в области с пониженным уровнем. Происходит как бы разрядка внутренних напряжений. При нормальной температуре этот процесс будет длиться в течение нескольких лет. Увеличение температуры резко увеличивает скорость разрядки, и продолжительность такого отжига составляет несколько часов.

Отжиг 2-го рода

Отжиг - это нагрев сплава до определенной температуры с последующим медленным охлаждением. Цель: подготовка стр-ры металла к обработке резанием и отпуску.

В зависимости от типа фазовых превращений в данном сплаве могут быть проведены:

- гетерогенизирующий отжиг — применяется в случае наличия в сплаве процесса выделения из матрицы другой фазы, вследствие изменения равновесной растворимости компонентов при понижении температуры. При этой обработке не происходит коренной ломки структуры по всему объему. Тип кристаллической решетки матричной фазы не меняется. Отжиг приводит к изменению концентрации компонентов в матричной фазе и к изменению количества, размера, а также формы частиц выделяющейся фазы.

- отжиг с фазовой перекристаллизацией — возможен при наличии в сплаве полиморфного или эвтектоидного (включает полиморфное) превращения и приводит коренной перестройке структуры по всему объему сплава. Он используется для устранения текстуры и измельчения размера зерна.

Отжиг 2-го рода - изменение структуры сплава посредством перекристаллизации около критических точек с целью получения равновесных структур; к отжигу второго рода относятся полный, неполный и изотермический отжиги.

Основные цели полного отжига - устранение пороков структуры, возникших при предыдущей обработке (литье, горячей деформации или сварке), смягчение стали перед обработкой резанием и уменьшение напряжений, для придания стали определенных характеристик. В целом отжиг II рода проводят для приближения система к равновесию.

Неполный отжиг доэвтектоидной стали проводят при нагреве до температур выше Ас₁, но ниже Ас₃. При таких температурах происходит частичная перекристаллизация стали, а именно лишь переход перлита в аустенит. Избыточный феррит частично превращается в аустенит и значительная часть его не подвергается перерекристаллизации. Поэтому неполный отжиг не устраняет пороки стали связанные с нежелательными размерами и формой избыточного феррита. Для доэвтектоидной стали неполный отжиг применяется лишь тогда, когда отсутствует перегрев, ферритная полосчатость, и требуется только снижение твердости и смягчения перед обработкой резанием.

42. Закалка - это термообработка, направленная на получение в сплаве максимально неравновесной структуры и соответственно аномального уровня свойств. Любая закалка включает в себя нагрев до заданной температуры, выдержку и последующее быстрое резкое охлаждение.

Скорость охлаждения очень сильно влияет на конечную структуру, чем меньше скорость, тем до больших размеров вырастают глобулы карбида при распаде аустенита. Регулируя скорость охлаждения, можно получать структуры глобулярного перлита от точечного до крупнозернистого. Более мелкозернистый перлит обладает повышенной твердостью .

Способы закалки

В зависимости от вида фазовых превращений, происходящих в сплаве при закалке, различают закалку с полиморфным превращением и закалку без полиморфного превращения.

Классификация и маркировка сталей и чугунов

Стали классифицируются по химическому составу, качеству и назначению. По химическому составу классифицируют главным образом конструкционные стали, предназначенные для изготовления деталей машин и металлических конструкций. Конструкционные стали делят на углеродистые и легированные.

Углеродистые стали могут быть

- низкоуглеродистые: С ≤ 0,09 …0,25 %;

- среднеуглеродистые: С ≤ 0,25 …0,45 %;

- высокоуглеродистые: С ≤ 0,45 …0,75 %.

Легированные стали условно подразделяют по содержанию легирующих элементов: низколегированные ≤ 2,5%; среднелегированные – 2,5…10%; высоколегированные – более 10%.

По назначению стали подразделяют на конструкционные, инструментальные и стали и сплавы с особыми свойствами: жаропрочные, кислотостойкие, износостойкие, криогенные, магнитные и др.

По качеству различают стали общего назначения, качественные, высококачественные и особовысококачественные, в последнем случае в маркировке указывается способ выплавки и последующей обработки стали.

Под качеством стали понимают совокупность свойств, определяемых металлургическим процессом ее производства. Однородность химического состава, строения и свойств стали, а также ее технологичность во многом зависят от содержания газов (О₂, Н₂, N₂) и вредных примесей – серы и фосфора.

Стали обыкновенного качества содержат до 0,05% серы и 0,04% фосфора, качественные – не более 0,04% серы и 0,035% фосфора, высококачественные ≤ 0,025% серы и ≤0,025% фосфора, особовысококачественные - ≤ 0,015% серы и ≤ 0,025% фосфора.

Стали углеродистые обыкновенного качества (ГОСТ 380-88) обозначаются индексом «Ст.» и порядковым номером, например, Ст.1, Ст.2, Ст.3, Ст.5. Чем выше номер в обозначении стали, тем выше ее прочность и ниже пластичность.

По степени раскисления и характеру затвердевания стали классифицируют на спокойные (сп), полуспокойные (пс) и кипящие (кп). Раскисление – процесс удаления из жидкого металла О₂, проводимый для предотвращения хрупкого разрушения стали при горячей деформации.

Спокойные стали раскисляют М_n, S_i и А_l. Кипящие стали раскисляют только М_n. Перед разливкой в них содержится повышенное количество О₂, который при затвердевании, частично взаимодействуя с углеродом, удаляется в виде СО. Выделение пузырей СО создает впечатление кипения стали, с чем и связано ее название. Кипящие стали дешевы. Полуспокойные стали по степени раскисления занимают промежуточное положение между спокойными и кипящими.

По структуре - (см. выше) доэвтектоидные, эвтектоидные и заэвтектоидные.

Качественные углеродистые стали согласно ГОСТ 1050-88 маркируются цифрами, указывающими среднее содержание углерода в сотых долях процента: сталь 10, сталь 15, …, сталь 80. Содержание серы и фосфора в этих сталях не должно превышать 0,035%. Стали этой группы, содержащие свыше 0,2% С, выпускаются только спокойные.

Углеродистые инструментальные стали (ГОСТ 1435-99) с С >0,7% имеют в обозначении букву «У» и цифру, указывающую на содержание углерода в десятых долях процентов: У7, У8,…,У13.

Легированные конструкционные стали (ГОСТ 4543-71) в зависимости от содержания серы и фосфора подразделяются на качественные, высококачественные и особовысококачественные.

Все высоколегированные стали содержат минимальное количество вредных примесей и являются высококачественными. Для придания особых свойств их подвергают дополнительной обработке специальными методами, которые отражены в обозначении сталей в конце наименования марки:

ВD – вакуумно-дуговой переплав,

Ш – электрошлаковый переплав,

ВН – вакуумно-индукционная выплавка,

СШ – обработка синтетическими шлаками.

Маркировка легированных сталей

В основу маркировки легированных сталей положена буквенно – цифровая система (ГОСТ 4543-71). Легирующие элементы обозначаются буквами русского алфавита:

А – азот, Б – ниобий, В – вольфрам, Г – марганец, Д – медь, Е – селен, К – кобальт, М – молибден, Н – никель, П – фосфор, Р – бор, С – кремний, Т – титан, Ф ванадий, Х – хром, Ц – цирконий, Ч – редкоземельные элементы, Ю – алюминий.

Количество углерода указывается в сотых долях процента цифрой, стоящей в начале обозначения; количество легирующего элемента в процентах указывается цифрой, стоящей после соответствующего индекса. Отсутствие цифры после индекса элемента указывает на то, что его содержание менее 1,5 %.

Высококачественные стали имеют в обозначении букву А, а особовысококачественные – букву Ш. проставляемую в конце. Например, сталь 12Х2Н4А содержит 0,12% углерода, ~ 2% С_r, ~ 4% Ni и менее 0,025% серы и фосфора.

В легированных инструментальных сталях цифра в начале указывает среднее содержание углерода в десятых долях процента, если его содержание меньше 1% , равно 1% или больше, то цифру не ставят, например: сталь 3Х2В8Ф содержит 0,3 % углерода, а сталь ХВГ – больше 1% углерода.

В маркировке сталей иногда ставят буквы, указывающие на их применение: А – автоматные, Р – быстрорежущие, Ш – шарико-подшипниковые, Э – электротехнические.

Классификация чугунов

Fe- Fe₃C белые чугуны подразделяют на доэвтектические, эвтектические и заэвтектические. Из-за большого количества Fe₃C они твердые (450…550НВ), хрупкие и для изготовления деталей машин не используются. Ограниченное применение имеют отбеленные чугуны – отливки из серого чугуна со слоем белого чугуна в виде твердой корки на поверхности. Из них изготавливают прокатные валки, лемеха плугов, тормозные колодки и другие детали, работающие в условиях износа.

Белые чугуны часто используются для последующего передела в сталь (передельные) или в ковкий чугун (через специальный графитизирующий отжиг-томление, чтобы графит имел хлопьевидную форму).

В промышленности широко применяют серые, высокопрочные и ковкие чугуны, в которых весь углерод или часть его находится в виде графита. Графит обеспечивает пониженную твердость, хорошую обрабатываемость резанием, а также высокие антифрикционные свойства вследствие низкого коэффициента трения. Серые, высокопрочные и ковкие чугуны различаются условиями образования графитовых включений и их формой, что отражается на их механических свойствах, которые в большей степени зависят от структуры механической основы. Прочность, твердость и износостойкость чугунов растут с увеличением количества перлита в металлической основе, которая по всем показателям близка к сталям.

Признаки классификации чугуна:

- по форме включений графита: серый чугун – с пластинчатым или с вермикулярным (завихренным или червеобразным) графитом, ковкий чугун – с хлопьевидным графитом и высокопрочный чугун с шаровидным графитом;

- по характеру металлической основы (матрицы) – с ферритной, феррито-перлитной и перлитной структурой;

По химическому составу: нелегированные чугуны и легированные – специального назначения.

Серыми называются чугуны с пластинчатой формой графита. По химическому составу их разделяют на обычные (нелегированные) и легированные. Обычные серые чугуны: С=2,2…3,7%; Si=1…3%; Мn=0,2…1,1%, Р=0,02…0,3%; S=0,02…0,15%. В небольших количествах: Сr, Ni, С_u.

Высокопрочными называют чугуны, в которых графит имеет шаровидную форму. Их получают модифицированием магнием, который вводят в жидкий чугун в количестве 0,02…0,08%. Химический состав: С=3,0…3,6%; Si=1,1…2,9%; Мn=0,3…0,7%, Р≤0,1%; S≤0,02%. Структура: ферритный или перлитный.

В чугунах с вермикулярным графитом структура формируется под действием комплексного модификатора, содержащего магний и редкоземельные металлы. Графит приобретает шаровидную (до 40%) и вермикулярную – в виде мелких тонких прожилок – форму. После модифицирования эти чугуны содержат: С=3,1…3,8%; Si=2,0…3,0%; Мn=0,2…1,0%, Р≤0,08%; S≤0,025%.

Ковкими называются чугуны, в которых графит имеет хлопьевидную форму. Их получат отжигом белых доэвтектических чугунов. Химический состав: С=2,4…2,9%; Si=1,0…1,6%; Мn=0,2…1,0%, Р≤0,18%; S≤0,2%. Структура ферритная и перлитная.

Читайте также: