Справочник по сталям и сплавам
Обновлено: 03.05.2024
| Краткие обозначения: | ||||
| σв | - временное сопротивление разрыву (предел прочности при растяжении), МПа | ε | - относительная осадка при появлении первой трещины, % | |
| σ0,05 | - предел упругости, МПа | Jк | - предел прочности при кручении, максимальное касательное напряжение, МПа | |
| σ0,2 | - предел текучести условный, МПа | σизг | - предел прочности при изгибе, МПа | |
| δ5,δ4,δ10 | - относительное удлинение после разрыва, % | σ-1 | - предел выносливости при испытании на изгиб с симметричным циклом нагружения, МПа | |
| σсж0,05 и σсж | - предел текучести при сжатии, МПа | J-1 | - предел выносливости при испытание на кручение с симметричным циклом нагружения, МПа | |
| ν | - относительный сдвиг, % | n | - количество циклов нагружения | |
| s в | - предел кратковременной прочности, МПа | R и ρ | - удельное электросопротивление, Ом·м | |
| ψ | - относительное сужение, % | E | - модуль упругости нормальный, ГПа | |
| KCU и KCV | - ударная вязкость, определенная на образце с концентраторами соответственно вида U и V, Дж/см 2 | T | - температура, при которой получены свойства, Град | |
| s T | - предел пропорциональности (предел текучести для остаточной деформации), МПа | l и λ | - коэффициент теплопроводности (теплоемкость материала), Вт/(м·°С) | |
| HB | - твердость по Бринеллю | C | - удельная теплоемкость материала (диапазон 20 o - T ), [Дж/(кг·град)] | |
| HV | - твердость по Виккерсу | pn и r | - плотность кг/м 3 | |
| HRCэ | - твердость по Роквеллу, шкала С | а | - коэффициент температурного (линейного) расширения (диапазон 20 o - T ), 1/°С | |
| HRB | - твердость по Роквеллу, шкала В | σ t Т | - предел длительной прочности, МПа | |
| HSD | - твердость по Шору | G | - модуль упругости при сдвиге кручением, ГПа | |
_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _
Справочник по сталям и сплавам
В книге излагаются теоретические основы металловедения и термической обработки. Описаны методы выбора и назначения металлов и сплавов в зависимости от типа конструкций и условий нагружения деталей машин и приборов, а также инструмента. Приведены данные о конструкционных и инструментальных сталях, сталях и сплавах с особыми физическими и химическими свойствами, о цветных металлах и их сплавах, антифрикционных сплавах и металлокерамических материалах.
Книга соответствует программе курса «Металловедение и термическая обработка» и предназначена в качестве учебника для студентов машиностроительных вузов и факультетов, а также может быть использована в практической работе инженерно-техническими, работниками машиностроительных заводов, конструкторских бюро и исследовательских институтов.
Каменичный И. С. Краткий справочник технолога-термиста К.: Оборонгиз, 1963., 286 с.
В справочнике приведены химический состав, физико-механические свойства черных и цветных металлов различных марок, а также различных сплавов. Рассмотрены режимы н технологические процессы термической и химико-термической обработки деталей и инструмента. Описано оборудование термических цехов, даны методика подбора, расчета и расстановки оборудования.
Справочник предназначен для технологов и мастеров термических цехов и отделений промышленных предприятий и может быть полезным для студентов втузов.
Натапов Б. С. Термическая обработка металлов: Учеб пособие для вузов.— Киев: Вища школа. Головное изд-во, 1980.-288 с.
Изложены теория и практика термической обработки металлов и сплавов. Рассмотрены общие закономерности структурных и фазовых превращений при нагреве и охлаждении сплавов. Подробно рассмотрено изменение структуры и свойств прн закалке, отпуске, старении, отжиге, химико-термической, термомеханической н других разновидностях термической обработки.
Для студентов специальности «Металловедение, оборудование н технология термической обработки металлов». Может быть полезной инженерам металловедам-термистам, сталеплавильщикам, литейщикам, сварщикам, специалистам по обработке металлов давлением.
Слухоцкий А. Е. и Рыскин С. Е. Индукторы для индукционного нагрева. Л., «Энергия», 1974. 264 с. с ил.
В книге излагаются физические основы индукционного нагрева и методы расчета индукторов для поверхностного и сквозного нагрева. Расчет индукторов иллюстрирован конкретными примерами. Приводятся также принципы конструирования индукторов и описание наиболее характерных конструкций.
Книга предназначена для работников научно-исследовательских институтов, конструкторских бюро и заводов как изготавливающих, так и эксплуатирующих электротермическое оборудование, а также для студентов высших учебных заведений.
Фиргер И. В. Термическая обработка сплавов: Справочник. — Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1982. — 304 с, ил.
Справочник содержит сведения по термической обработке изделий, изготовляемых из стали, чугуна и цветных сплавов. Приведены характеристики и конструктивные схемы оборудования, приборов и приспособлений, применяемых в термических цехах. Значительное внимание уделено терминологии в классификации материалов, а также методам контроля качества металла, предупреждению брака, сохранения без повреждения поверхностных слоев и формы изделий в процессе термической обработки и другим актуальным вопросам практики работы в термических цехах.
Справочник рассчитай на квалифицированных рабочих и мастеров термических цехов. Он может быть также использован инженерно-техническими работникам, занимающимися технологией термическое обработки сплавов.
О сайте
На этом сайте вы можете бесплатно, без регистрации скачать техническую литературу в области машиностроения. Формат книг - djvu и pdf.
Вы хотите поделиться книгой? Книга должна быть хорошо читабельной, издана не позднее начала 1990-х годов. Просто высылайте ее по адресу и она появится здесь.
По этому же адресу можно написать в случае, если какая-либо ссылка не работает, либо скачивание затруднительно - я перезалью книгу на другой файловый хостинг.
Марки стали и сплавы
Конкретную марку стали, цветного металла можно найти при помощи ПОИСКА на нашем портале. В нашем марочнике сплавов перечислены основные марки стали, марки чугуна, марки алюминия и других широко используемых в производстве металлов и их сплавов. Основы расшифровки марок сталей приведены в статье по ссылке.
Отметим, что администрация портала постоянно дополняет справочник марок сталей и цветных металлов новыми марками, с подробными описаниями их характеристик, а так же их зарубежные аналоги стали AISI.
Если Вы считаете, что какая-либо ценная марка стали отсутствует в нашем марочнике, то напишите и мы постараемся обязательно включить её описание и химические свойства в марочник.
Рассмотрим более подробно основные группы марок стали, поскольку именно стали интересуют большинство пользователей:
Прежде всего, нужно отметить, что некоторые марки в силу своего химического состава, механических свойств, условий применения и других параметров могут входить в несколько групп сразу, так например марка стали 12Х18Н10Т относится к конструкционным криогенным, конструкционным легированным, жаропрочным и нержавеющим сталям.
Марки стали для отливок - литейные стали обозначаются на конце буквой Л, в целом стали склонны к значительной усадке и образованию трещин, обладают низкой жидкотекучестью, поэтому для литья применяют специальные стали в которых эти недостатки не так заметны. Существует несколько классификаций литейных марок стали, например по назначению, хим. составу, структуре, способу выплавки, но фактически можновыделить 2 основных группы по назначению - обычные и самые часто используемые (в первую очередь недорогие 15Л-55Л и др.) и специальные стали с особыми свойствами и в основном довольно дорогостоящие, например сталь 20Х21Н46В8РЛ имеет кол-во железа менее 30%, в то время как никеля более 43%. Таким образом добавками легирующих металлов, которые в разном составе соответствующим образом влияют на аустенит, феррит и мартенсит широко регулируются свойства литейных марок стали в нужных пределах, так вышеупомянутый никель имеет 5% растворимость в твердом растворе Feα при 700° и 10% при 400° и неограниченную в твердом растворе Feγ, на феррит Ni действует повышая пластичность, твердость, удельное электросопротивление и коэрцитивную силу. Снижает магнитную индукцию и магнитную проницаемость, а также повышает ударную вязкость при содержании Ni до 2%; на аустенит Ni влияет понижая точки A1 и А3, повышает А4 и сдвигает точку S влево, незначительно влияет на уменьшение склонности к росту зерна , немного увеличивает прокаливаемость, уменьшает критическую скорость закалки, понижает мартенситную точку Мн и увеличивает количество остаточного аустенита. В целом никель влияет на литейные стали, значительно повышая прочность стали при небольшом повышении пластических свойств, улучшает жаропрочность и крипоустойчивость стали, поэтому никель чаще других элементов используется как легирующий элемент в сталях.
Марки конструкционной стали - самая многочисленная группа марок, которые широко применяются в изготовлении машин, механизмов, оборудования и строительных конструкций. В группу конструкционных марок стали входят также многие нержавеющие, жаропрочные и другие стали, поскольку они используются в специфических условиях эксплуатации, требующих, чтобы соответствующая марка стали имела определенные механические, физические, химические и прочие параметры, рассмотрим основные подгруппы:
• углеродистая обыкновенного качества - самые недорогие и часто используемые для производства проката сплавы стали. Существует 3 группы качества: А (регламентируются только механические свойства), Б (регламентируются только химические свойства), В (регламентируются и механические и химические свойства). Также такие стали поставляются в 3-х видах раскисления: пс - полуспокойные, сп - спокойные и кп - кипящие. Если в наименовании такой стали не указывается степень раскисления, например Ст3 - значит это сталь спокойная Ст3сп, спокойные стали используются чаще других.
• углеродистая качественная - в которых присутствует углерод в количестве от 0,05% до 0,7%, а прочие примеси минимальны. Чем больше углерода в такой марке стали, тем хуже прокат из нее поддается сварке. Марка стали с небольшим содержанием углерода 05кп - 08кп используется для штамповки, с средним содержанием - для производства проката, а с большим - для пружин и изделий с повышенной упругостью.
• легированная - дорогие сплавы стали, сюда входят некоторые нержавеющие, жаростойкие, химически стойкие, устойчивые в условиях холода и другие стали. Применяются для ответственных и нагруженных деталей. Марка стали такого типа имеет присадки хрома, никеля, титана, марганца, молибдена, вольфрама и др. металлов.
• низколегированная для сварных конструкций - сюда входят стали с сумарным содержанием легирующих элементов менее 2,5%, кроме углерода. Легирование в небольших пределах улучшает механические свойства стали, но в тоже время позволяет выполнять качественные сварные соединения.
• криогенная - марки стали, которые сохраняют свои свойства в условиях низких температур, например сталь 12Х18Н10Т имеет ударную вязкость KCU=319 при t=-75 °C, близкая к ней 12Х18Н9Т KCU=250, а обычная сталь 20 всего KCU=34 при t=-60 °C.
• подшипниковая - обладают высокой твердостью и чистотой химического состава, в качестве легирующего компонента обычно используется хром, содержание которого в десятых долях процента пишется в названии марки стали.
• рессорно-пружинная - такие стали имеют высокие предел упругости и сопротивление релаксации напряжений, что позволяет им выдерживать постоянные малые пластические деформации. Так например, сталь 65Г имеет в состоянии после закалки 800-820 °С, масло, отпуск 340-380 °С на воздухе предел прочности при растяжении σв=1470 МПа, предел выносливости при испытании на изгиб с симметричным циклом нагружения σ-1=725 МПа, в то время как обычная марка стали 20 имеет σв~390-490 МПа, а σ-1~206 МПа, таким образом специальная рессорно-пружинная сталь превосходит обычную в несколько раз. Качество стали повышают термообработкой.
• повышенной обрабатываемости (автоматная) - такие марки стали легче поддаются обработке резанием, меньше изнашивают инструмент и дают ломкую стружку, что позволяет обрабатывать их с большей скоростью и качеством, поэтому применяется для изготовления изделий на станках.
• высокопрочная высоколегированная - безуглеродистые сильно легированные сплавы с содержанием добавок более 25%, такие стали обладают высокими механическими свойствами, жаропрочностью, химической стойкостью и т.д., так предел прочности при растяжении большинства этих сталей колеблется в пределах σв=2300-3500 МПа и выше, что во много раз превышает свойства обычных сталей.
Марки инструментальной стали - Для обработки резанием используются различные виды материалов: углеродистые, легированные и быстрорежущие стали. Наибольший объем снимаемой стружки приходится на инструмент из твердых сплавов и быстрорежущих сталей.
• Инструментальная углеродистая сталь - используются для инструментов, рабочая поверхность которых не нагреваются выше 150-200 °С, удобство применения таких сталей заключается в их дешевизне и легкости изготовления/правки инструмента в отожженном состоянии сплава, после этого инструмент подвергается закалке и отпуску и его твердость приводится к рабочей.
• Инструментальная валковая сталь - обладает высокой твердостью и стойкостью к истиранию и деформациям, из этой стали делаются прокатные валки, ножи, пуансоны и др. детали подвергающиеся большим нагрузкам.
• Инструментальная штамповая сталь - если для штампов с невысокими ударными нагрузками могут применятся просто инструментальные стали, то для работы с высокими ударными нагрузками (высадка) и с горячим (раскаленным) металлом от марки стали требуется очень высокая прочность и твердость, высокая теплостойкость и вязкость, а также такое изделие должно выдерживать многократный постоянный цикл нагрев-охлаждение без образования термических трещин.
• Инструментальная быстрорежущая сталь - характерной особенностью этих марок является сильное легирование вольфрамом, а также молибденом, ванадием и т.д. Вольфрам влияет следующим образом: на феррит - повышает прочность и твердость, снижает пластичность и коэрцитивную силу; на аустенит - повышает точки А1 иА3, понижает А4, сдвигает точку S влево, Сужает γ-область, препятствует росту зерна, увеличивает прокаливаемость при повышенной температуре закалки, обеспечивающей хорошее растворение карбидов, уменьшает критическую скорость закалки, незначительно увеличивает количество остаточного аустенита; в целом - повышает температуру плавления, повышает красноломкость, устраняет хрупкость при отпуске, сплавы с содержанием от 6 до 32% W способны к дисперсионному твердению, повышает крипоустойчивость стали. Вольфрам выступает основным элементов в твердых сплавах. Таким образом быстрорежущие марки стали сохраняют высокую твердость, износостойкость и сопротивление пластической деформации вплоть до высоких температур 500-600 °C, что позволяет повышать скорость резания в несколько раз по сравнению с обычными инструментальными сталями и обрабатывать стали, которые затруднительно или невозможно резать из-за повышенной твердости.
Сталь специального назначения - несмотря на то, что существует множество групп сталей предназначенных для конкретных задач, можно выделить несколько групп сталей которые больше не используются для других целей:
• Рельсовая сталь - основной легирующий элемент таких марок стали - марганец Mn. В целом Mn влияет стали следующим образом: на феррит - сильно повышает прочность, твердость, удельное электросопротивление и коэрцитивную силу; на аустенит - Понижает точки А1 и А3, понижает А4, сдвигает точку S влево, расширяет γ-область, увеличивает склонность к росту зерна, сильно увеличивает прокаливаемость, уменьшает критическую скорость закалки, сильно понижает мартенситную точку Мн и резко увеличивает количество остаточного аустенита; в целом - уменьшает красноломкость стали при повышенном содержании серы, повышает прочность, упругие свойства и износоустойчивость, снижает ударную вязкость, увеличивает склонность к отпускной хрупкости. Снижает пластичность, ударную вязкость, магнитную индукцию и магнитную проницаемость. Также марки стали содержат кремний, и микролегирующие добавки ванадий, титан и цирконий. Особенность рельсового проката в том, что он обязательно подвергается термической обработке, которая придает эксплуатируемой поверхности рельсов высокую твердость, сопротивление износу и вязкость.
• Сталь судостроительная - марки стали для судостроения должны соответствовать механическим требованиям (в зависимости от марки и толщины): временное сопротивление разрыву σв=400-500 МПа, предел текучести σ0,2=200-400 МПа, относительное удлинение δ5>20%, ударная вязкость KCU=19-40 кДж / м 2 .
Жаропрочные марки стали - обычно, каждая такая марка стали сильно легирована тугоплавкими металлами - вольфрамом, молибденом. Несмотря на высокую стоимость применение таких сталей дает большой экономический эффект, поскольку позволяет заменить ими специальные тугоплавкие сплавы стоимость которых намного выше, например сталь ХН38ВТ применяют в качестве заменителя никелевого сплава ХН78Т, который хоть формально и относится к сталям, но имеет железа всего 6%, а никеля 70-80% и соответственно стоит.
Сталь нержавеющая (коррозионно-стойкая) - можно выделить обычные марки, коррозионно-стойкие в обычных условиях и высоколегированные жаропрочные предназначенные для специальных условий. Основная масса нержавеющих марок стали легируется хромом. Хром воздействует следующим образом: на феррит - повышает прочность, твердость, коэрцитивную силу, снижает ударную вязкость, магнитную индукцию и проницаемость; на аустенит - повышает точку А1 и понижает А3 и А4. Сдвигает точку S влево, Сужает γ-область, уменьшает склонность зерна к росту, сильно увеличивает прокаливаемость, дает две зоны наименьшей устойчивости аустенита при 700-500 и 400-250 °С, уменьшает критическую скорость закалки, понижает мартенситную точку Мн, увеличивает количество остаточного аустенита; в целом - сильно повышает устойчивость против коррозии и окисления, сильно увеличивает износоустойчивость, увеличивает крипоустойчивость и в особенности жаростойкость. Также в нержавейку добавляются никель, титан, марганец, молибден.
Сталь прецезионная - к этим маркам стали относятся сплавы с четко заданными свойствами: температурным коэффициентом линейного расширения, магнитными свойствами, упругостью в сочетании с другими качествами, а также можно выделить сплавы с заданным высоким электрическим сопротивлением.
Электротехнические марки стали - можно выделить две основные подгруппы сталей: анизотропные и изотропные, первые представлены в основном сернистыми сталями с содержанием кремния до 4%, которые предназначены для использования в магнитопроводах трансформаторов и машин, где магнитное поле распространяется вдоль листа стали. Вторая подгруппа сталей имеет меньшее содержание кремния и слабое легирование другими металлами и используется для магнитопроводов, в которые магнитное поле находится под различными углами к листам стали, т.е. в двигателях, генераторах и т.д. Основным элементом, который влияет на магнитные свойства стали является кремний Si, он влияет на сталь следующим образом: на феррит - сильно повышает прочность, твердость, удельное электросопротивление, повышает магнитную проницаемость резко при содержании выше 4,5%, снижает пластичность, ударную вязкость, коэрцитивную силу, магнитную индукцию; на аустенит - повышает точки А1 и А3, понижает А4, сдвигает точку S влево, сужает γ-область, незначительно влияет на уменьшение склонности роста зерна аустенита, сильно увеличивает прокаливаемость, уменьшает критическую скорость закалки, не изменяет положения мартенситной точки, немного увеличивает количество остаточного аустенита; и в целом активно раскисляет сталь, сильно влияет на магнитные и электрические свойства стали, повышает прочность и упругие свойства стали, снижая пластичность и ударную вязкость, увеличивает жаростойкость стали.
Команда портала постоянно дополняет марочник новой информацией и если Вы считаете, что нехватает какой-то информации или присутствуют неточности, сообщите нам и мы внесем изменения.
Сталь конструкционная
| Сталь конструкционная легированная | ||||
| 10Г2 | 10Х2М | 12Г2 | 12Х2Н4А | 12ХН |
| 12ХН2 | 12ХН2А | 12ХН3А | 14Х2ГМР | 14Х2Н3МА |
| 14ХГН | 15Г | 15Н2М | 15Х | 15ХА |
| 15ХГН2ТА | 15ХФ | 16Г2 | 16ХСН | 18Х2Н4ВА |
| 18Х2Н4МА | 18ХГ | 18ХГТ | 19ХГН | 20Г |
| 20Г2 | 20Н2М | 20Х | 20Х2Н4А | 20ХГНМ |
| 20ХГНР | 20ХГНТР | 20ХГР | 20ХГСА | 20ХМ |
| 20ХН | 20ХН2М | 20ХН3А | 20ХН4ФА | 20ХНР |
| 20ХФ | 25Г | 25Х2ГНТА | 25Х2Н4МА | 25ХГМ |
| 25ХГНМТ | 25ХГСА | 25ХГТ | 27ХГР | 30Г |
| 30Г2 | 30Х | 30Х3МФ | 30ХГС | 30ХГСА |
| 30ХГСН2А | 30ХГТ | 30ХН2МА | 30ХН2МФА | 30ХН3А |
| 30ХН3М2ФА | 30ХРА | 33ХС | 34ХН1М | 34ХН1МА |
| 34ХН3М | 34ХН3МА | 35Г | 35Г2 | 35Х |
| 35ХГ2 | 35ХГН2 | 35ХГСА | 35ХГФ | 35ХН1М2ФА |
| 36Х2Н2МФА | 38Х2Н2МА | 38Х2Н3М | 38Х2НМ | 38Х2НМФ |
| 38Х2Ю | 38ХА | 38ХГМ | 38ХГН | 38ХГНМ |
| 38ХМ | 38ХМА | 38ХН3МА | 38ХН3МФА | 38ХС |
| 40Г | 40Г2 | 40ГР | 40Х | 40Х2Н2МА |
| 40ХГНМ | 40ХГТР | 40ХМФА | 40ХН | 40ХН2МА |
| 40ХС | 40ХСН2МА | 40ХФА | 45Г | 45Г2 |
| 45Х | 45ХН | 45ХН2МФА | 47ГТ | 50Г |
| 50Г2 | 50Х | 50ХН | ||
| Сталь конструкционная криогенная | ||||
| 03Х13Н9Д2ТМ | 03Х17Н14М3 | 03Х19Г10Н7М2 | 03Х20Н16АГ6 | 07Х21Г7АН5 |
| 0Н6 | 0Н6А | 0Н9 | 0Н9А | 10Х14Г14Н4Т |
| 12Х18Н10Т * | ||||
| Сталь конструкционная подшипниковая | ||||
| 11Х18М-ШД | 8Х4В9Ф2-Ш | ШХ15 | ШХ15СГ | ШХ20СГ |
| ШХ4 | ||||
| Сталь конструкционная рессорно-пружинная | ||||
| 50ХГ | 50ХГА | 50ХГФА | 50ХСА | 50ХФА |
| 51ХФА | 55С2 | 55С2А | 55С2ГФ | 55ХГР |
| 60Г | 60С2 | 60С2А | 60С2Г | 60С2Н2А |
| 60С2ХА | 60С2ХФА | 65 | 65Г | 65ГА |
| 65С2ВА | 68А | 68ГА | 70 | 70Г |
| 70С2ХА | 70С3А | 75 | 80 | 85 |
| Сталь конструкционная повышенной обрабатываемости | ||||
| А11 | А12 | А20 | А30 | А35 |
| А35Е | А40Г | А40ХЕ | А45Е | АС11 |
| АС12ХН | АС14 | АС14ХГН | АС19ХГН | АС20ХГНМ |
| АС30ХМ | АС35Г2 | АС38ХГМ | АС40 | АС40ХГНМ |
| АС45Г2 | АСЦ30ХМ | АЦ20ХГНМ | ||
В общем объеме производства проката наибольшее количество металла приходится на долю конструкционных сталей.
Различные сооружения и конструкции во время своей службы воспринимают сложные внешние нагрузки (растягивающие, сжимающие, изгибающие, ударные, знакопеременные или их сочетания), подвергаются действию атмосферы и агрессивных сред (морская и речная вода, водные растворы солей, щелочей, кислот и пр.), испытывают колебания температуры окружающей среды в летние и зимние месяцы года.
В клепаных и особенно сварных конструкциях большого объема (цельносварные корпуса судов, резервуары, газопроводы и др.) при резких понижениях температуры в условиях конструктивно стесненной деформации возникают большие внутренние напряжения, которые, складываясь по знаку с напряжениями от внешних усилий, усложняют условия работы материала и при неудовлетворительном его качестве могут приводить к авариям.
Сложные и нередко весьма тяжелые условия службы механизмов и конструкций, особенно в северных районах, уменьшение расчетных сечений при создании современных сооружений, узлов машин и механизмов для снижения их массы и расхода металла и, одновременно необходимость обеспечения надежности, долговечности и безопасности их работы предъявляют высокие требования к стали как конструкционному материалу. В зависимости от условий применения и эксплуатации требования к конструкционной стали могут изменяться в том или ином направлении, но в целом можно выделить наиболее важные из них.
Конструкционная сталь должна обладать сочетанием высоких прочностных и пластических свойств. Из прочностных свойств основной конструкционной характеристикой является предел текучести (условный или физический) — величина, непосредственно входящая в расчетные формулы. Выбор этой характеристики в качестве основы при расчетах на прочность объясняется тем, что при более высоких напряжениях в конструкции возникают необратимые линейные изменения, что может привести к выходу ее из строя. Повышение предела текучести позволяет снижать расчетные сечения, а следовательно, и массу стальных конструкций или—при той же массе — выдерживать более высокие рабочие напряжения.
Важной служебной характеристикой является предел прочности; эта характеристика отражает способность стали сопротивляться разрушению. При изготовлении конструкций из высокопрочной стали предел прочности может быть также использован в качестве расчетной характеристики.
Распространено мнение, что чем меньше величина этого отношения, т. е. чем больше разница между пределом текучести и пределом прочности, тем выше надежность работы конструкции. Так, как показывает опыт эксплуатации конструкций, металл должен обладать способностью к местным, локальным пластическим деформациям для релаксаций пиков напряжений в районе различных концентраторов (отверстия, выточки, подрезы, вмятины, непровары, сварочные трещины и прочее), создающих объемно-напряженное состояние. Чем выше эта способность, тем в большей мере реализуется сопротивление металла возникновению и распространению трещин при местных перенапряжениях, т. е. в конечном итоге увеличивается надежность работы металла в конструкциях.
Наряду с характеристиками прочности и пластичности весьма важную роль для обеспечения надежности и работоспособности конструкций придают показателям, определяющим переход металла в хрупкое состояние под воздействием по крайней мере четырех факторов: температуры, наличия надреза (концентратора), скорости приложения нагрузки, степени объемности напряженного состояния.
В настоящее время проблема повышения сопротивления металла хрупким разрушениям становится одной из важнейших. Это обусловлено необходимостью обеспечить надежную работу конструкций и машин в суровых климатических условиях, например Сибири и Крайнего Севера. Кроме того, увеличение масштаба инженерных cооружений, применение крупных сварных узлов и конструкций, обладающих большой жесткостью и меньшей податливостью, чем клепаные конструкции, а также работа материала в условиях сочетания высоких напряжений и коррозионных сред создают условия, способствующие развитию хрупких разрушений.
Для оценки склонности стали к хрупкому разрушению широко используют метод ударных испытаний стандартных образцов с определением ударной вязкости и температуры перехода в хрупкое состояние. Распространенность этого вида испытаний обусловлена не только простотой изготовления образцов и простой методикой сериальных испытаний, но и тем, что применительно к целому ряду случаев наблюдаются статистически надежные связи между характеристиками ударной вязкости и поведением стали при эксплуатации.
Однако в большинстве случаев испытание стандартных образцов на ударный изгиб не дает полного представления о работе материалов в конструкции.
Поэтому пытаются найти более совершенные методы определения склонности стали к переходу в хрупкое состояние, которые более полно соответствовали бы реальным условиям работы металла в конструкциях.
При изготовлении металлоконструкций и специфичных видов прокатных изделий (например, железнодорожных рельсов), воспринимающих в процессе эксплуатации воздействие знакопеременных нагружений, важную роль придают повышению предела выносливости (усталости) как одному из факторов, определяющих продолжительность их службы. Предел выносливости увеличивается с возрастанием прочности, повышением чистоты металла по неметаллическим включениям, улучшением качества его поверхности. Особенно важным представляется повышение предела выносливости при наличии концентраторов напряжений.
Необходимым условием долговечности и надежности работы конструкций и сооружений является достаточно высокая коррозионная стойкость. Особенно важно повышение коррозионой стойкости для высокопрочных сталей вследствие уменьшения расчетных сечений элементов конструкции при использовании этих сталей. При меньших конструктивных сечениях коррозионные повреждения оказываются относительно более опасными, чем в более толстых сечениях из стали с пониженной прочностью.
Для борьбы с коррозией стали подвергают специальному легированию (хромом, никелем, медью, фосфором), тщательной и своевременной окраске, оцинкованию, фосфатированию. В последнее время предложено нанесение на поверхность металла хлорвиниловой пленки.
Наконец, конструкционная сталь должна обладать удовлетворительными технологическими свойствами. В первую очередь она должна соответствовать требованиям свариваемости с обеспечением одинаковой прочности основного металла и сварного соединения, иметь минимальную склонность к деформационному старению, без особых затруднений обрабатываться в горячем и холодном состоянии (прокатка, ковка, гибка, обработка на металлорежущих станках), а также должна быть относительно недорогой в производстве.
* марка относится к нескольким разделам сразу
Читайте также: