Структура конструкционных легированных сталей

Обновлено: 03.05.2024

4.3.3. Улучшаемые стали содержат 0,3-0,5% С (ГОСТ 4543-71): 3СХ, 35Х, 38ХА, 40Х, 50Х, 30Г, 40Г, 35Г, 50Г, 35Г2, 40Г2, 45Г2, 50Г2, 30ХГТ, 40ХФА, 33ХС, 38ХС, 40ХС, 30ХГС, 35ХГСАА, 30ХМ, 35ХМ, 40ХН, 50ХН, 30ХН3А, 38ХГН, 30ХН2МА, 40Х2Н2МА и др.

Подвергаются термической обработке – улучшению (рис.4, г) на структуру сорбит (рис.5, г) с твердостью HRC 30-35. Такая термическая обработка обеспечивает наилучшее сочетание прочности и вязкости, что обеспечивает конструктивную прочность деталям машин.

Для повышения контактной прочности, износостойкости трущихся поверхностей используют методы поверхностного упрочнения − поверхностную закалку или азотирование, которые выполняют после улучшения. Улучшение обеспечивает сорбитную структуру в сердцевине. Реже применяют цементацию из-за повышенного содержания углерода в сердцевине.

Поверхностная закалка ТВЧ используется в массовом производстве для деталей простой формы, часто из углеродистых сталей марок 50, 55 либо для местного упрочнения деталей сложной формы из низколегированных сталей (40Х, 35Х, 30ХГТ). Вследствие образования мелкоигольчатого мартенсита на глубине 1-3 мм обеспечивается твердость HV 70009000 (HRC 52-58).

Азотирование наиболее эффективно для сложнолегированных сталей с карбидообразующими элементами. Классические для азотирования стали 38ХМЮА, 38Х2МЮА, 40Х, 40ХН3ФА. Азотирование при 500-520º С обеспечивает твердость HV 800-1000 на глубине 0,5 мм. Такие детали имеют повышенную износостойкость, теплостойкость до 500º С и коррозионную стойкость.

5. ТИПОВЫЕ РЕЖИМЫ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ НЕКОТОРЫХ ЛЕГИРОВАННЫХ КОНСТРУКЦИОННЫХ СТАЛЕЙ СПЕЦИАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ

Стали предназначены для изготовления пружин, упругих элементов, рессор. К ним предъявляются требования по пределу выносливости,

упругости, релаксационной стойкости при достаточной пластичности и вязкости.

Указанные свойства достигаются повышенным содержанием углерода 0,5-0,8%, введением основных легирующих элементов кремния 1,5- 2,8 %, марганца 0,6-1,2%, повышающих упругость, и термической обработкой на структуру троостит отпуска. Пружинные стали дополнительно могут содержать хром, ванадий, вольфрам, никель, которые повышают прочность, прокаливаемость, закаливаемость стали, снижают склонность к росту зерна и к обезуглероживанию. По структурному признаку это стали перлитного класса.

Углеродистые стали 65,70, 75, 80, 85, 60Г, 65Г, 70Г по ГОСТ 1050-88

используются для пружин малого сечения. Наибольшее применение из легированных находят кремнистые стали марок 55С2, 60С2А, 70С3А, для крупных тяжелонагруженных используются стали, легированные комплексно, типа 60С2ХФА, 65С2ВА, 50ХГФА, для работающих с динамическими нагрузками стали с никелем 60С2Н2А по ГОСТ 14 959-79. При выборе марки стали необходимо учитывать, что она должна обеспечить полную прокаливаемость по Д 99 или Д 95 для заданной толщины изделия.

5.2. Износостойкие стали

Предназначены для изготовления деталей машин, работающих в условиях интенсивного абразивного, усталостного изнашивания, а также в условиях больших давлений и ударных нагрузок. Высокая контактная выносливость может быть обеспечена за счет максимальной твердости поверхности. Поэтому к износостойким материалам относятся стали с высоким содержанием углерода, которые обрабатывают на максимальную твердость.

Стали, устойчивые к усталостному изнашиванию марок ШХ4,

Полная закалка А с3 +(30-50 0 )

Неполная закалка А С1 +(30 ÷ 50)

Т, 0 С

Рис. 6. Типовые режимы термической обработки сталей специального назначения: а – рессорно-пружинные стали; б – подшипниковые стали; в – нержавеющие стали ферритного класса; г - нержавеющие стали

ШХ15, ШХ15ГС, ШХ20СГ (ГОСТ 801-78), называются подшипниковыми. Они предназначены для изготовления шариков, роликов, внутренних и внешних колец подшипников качения. Для обеспечения максимальной твердости эти стали содержат 1% С, а для улучшения технологических свойств, в том числе и прокаливаемости, их легируют хромом, который указывается в маркировке в десятых долях процента. По структурному признаку это стали перлитного класса, заэвтектоидные.

В состоянии поставки подшипниковые стали должны иметь структуру зернистого перлита (НВ 180-220). Для повышения усталостной прочности к ним предъявляются высокие требования по качеству, а именно по наличию карбидной неоднородности и неметаллических включений они относятся к высококачественным.

Типовой режим термической обработки соответствует заэвтектоидным сталям (рис.6, б): неполная закалка от 820-850 0 С и низкий отпуск при 160-220 0 С на структуру мартенсит и вторичные карбиды Ме 3 С

(HRC 60-64) (рис.5, в).

5.3. Автоматные стали

Это стали хорошей обрабатываемости резанием и созданы для обработки на автоматических линиях. Обрабатываемость резанием низкоуглеродистых сталей улучшается за счет введения повышенного количест-

и кальция (0,002-0,008 %), которые способствуют из-за наличия глобульных включений образованию стружки скалывания.

В настоящее время используются стали марок А12, А20, А30, А35,

А40Г, АС14, АС40, АС35Г2, АС45Г2, АЦ20, АЦ30, АЦ40Х, АЦ30ХН, (ГОСТ 1414-75), в которых цифры указывают содержание углерода в сотых долях процента; С – стали со свинцом, Ц - стали с кальцием. Они являются низко- и среднеуглеродистыми сталями, и поэтому типовые режимы упрочняющей термообработки заключаются либо в нормализации, либо в улучшении, либо в цементации с последующей закалкой и низким отпуском (рис. 4). Вид термической обработки определяется назначением детали.

Эти стали широко применяются в массовом производстве, особенно в автомобилестроении, станкостроении, тракторном машиностроении для изготовления слабо- и средненагруженных деталей машин.

5.4. Нержавеющие стали

Это стали, к которым предъявляются повышенные требования по коррозионной стойкости. Она обеспечивается за счет легирования и термической обработки.

В общем машиностроении широко применяются хромистые стали

08Х13, 12Х13, 20Х13, 30Х13, 40Х13, 12Х17, 15Х25Т (ГОСТ 5632-72).

Стали содержат более 12,5 % хрома, что изменяет их электропотенциал с электроотрицательного на электроположительный.

Структура и свойства хромистых сталей зависят от количества углерода и хрома.

08Х13, 12Х17, 15Х25Т по своему признаку являются сталями ферритного класса и имеют структуру феррита или феррита с небольшим количеством карбидов хрома. Упрочняющей обработке поэтому они не подвергаются, только рекристаллизационному отжигу после холодной обработки давлением для получения рекристаллизованной мелкозернистой структуры феррита (рис.2, г). Может применяться закалка по стабилизации феррита с целью растворения карбидов, кроме (рис.6, г) по типу аустенитных сталей.

Остальные из перечисленных марок хромистых сталей относятся к сталям мартенситного класса (кроме 12Х13 – феррито-мартенситная). Это значит, что они претерпевают полное фазовое γ - α превращение и закаливаются на воздухе. Упрочняющая обработка этих сталей зависит от назначения.

Стали 20Х13, 30Х13 могут использоваться после типового термического улучшения (шестерни, валы) со структурой сорбита (рис.4, г) или после закалки и среднего отпуска (пружины, рессоры) со структурой троостита (рис.6, а).

Стали 30Х13, 40Х13 могут применяться для изготовления коррозионностойкого режущего инструмента и подшипников, поэтому типовой режим их обработки соответствует инструментальным сталям и заключа-

ется в закалке и низкотемпературном отпуске на структуру мартенсит и вторичные карбиды (рис.6, б).

Второй важной группой нержавеющих сталей являются хромонике-

левые 04Х18Н10, 08Х18Н10, 12Х18Н10Т, 17Х18Н9, 10Х13Н2Т, 10Х14Г14Н4Т, 12Х17Г9АН4 аустенитного класса (ГОСТ 5632-72).

Структура хромоникелевых сталей зависит от содержания углерода и может включать в себя кроме аустенита феррит и карбиды хрома. Из-за разности электропотенциалов фаз между ними возникает межкристаллитная коррозия. Для снижения этого явления общей для всех сталей аустенитного класса является термообработка, направленная на стабилизацию аустенитной структуры. Она заключается в закалке из однофазной аустенитной области. Быстрое охлаждение в воде фиксирует аустенитную структуру и подавляет полиморфное превращение γ - α , а также выделение вторичных карбидных фаз. Заключительной операцией является отпуск для снятия напряжений или старение для обеспечения эффекта упрочнения (рис.6, г и рис.2, д).

Упрочнить аустенитные стали, так же как ферритные, можно только холодной пластической деформацией, т.е. наклепом.

6. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

6.1. Познакомиться с методическими указаниями и законспектировать основные теоретические положения.

6.2. На примере заданных марок сталей определить класс сталей по структуре.

6.3. Используя соответствующие ГОСТы, выписать в таблицу приложения вид упрочняющей термической обработки, свойства и область применения конструкционных сталей.

6.4. С помощью микроскопов изучить структуру легированных сталей в равновесном состоянии и после упрочняющей термической обработки. Зарисовать в таблицу отчета.

7. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Как распределяются легирующие элементы в фазах?

2. Как меняют легирующие элементы положение критических температур, концентраций предельной растворимости твердых растворов, эвтектической и эвтектоидной реакций на диаграммах состояний?

3. Перечислите основные классы легированных сталей по структуре в равновесном состоянии.

4. Какие стали относятся к сталям перлитного, ферритного, аустенитного

и карбидного класса?

5. Как подразделяются конструкционные стали специального назначения?

6. Основные особенности маркировки конструкционных сталей специального назначения.

7. Назовите основные виды типовых режимов упрочняющей термической обработки сталей специального назначения:

пружинных, износостойких, автоматных, нержавеющих.

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Материаловедение / Под ред. Б.Н. Арзамасова. – М.: Машино-

строение, 1986. – 384 с.

2. Лахтин Ю.М., Материаловедение / Ю.М. Лахтин, В.П. Леонтьева.

- М.: Машиностроение, 1980. – 493 с.

3. Конструкционные материалы: Справ. / Под ред. Б.Н. Арзамасова.

– М.: Машиностроение, 1990. – 688 с.

4. Марочник сталей и сплавов / Под ред. В.Г.Сорокина. – М.: Машиностроение, 1989. –640 с.

5. Специальные стали.: Учеб. для вузов / М. И. Гольдштейн, С.В. Грачев, Ю.Г. Векслер. – М.: Металлургия, 1985. – 408 с.

Легированная сталь

Сплав, в котором содержится на менее 45 % железа, называют сталью. В обычную, кроме железа, входят углерод и различные примеси. В составе легированной стали есть дополнительные элементы, так называемые легирующие. Они необходимы, чтобы придать материалу различные свойства.

В зависимости от этих добавок легированная сталь получает характеристики, способствующие ее более широкому применению. За счет легирующих элементов она становится устойчивой к внешней среде, повышается пластичность, прочность, появляются качества, которые требуются для решения определенных задач. Разобраться в видах и марках легированной стали, а также ее назначении поможет наша статья.

Отличия легированной стали от углеродистой

В составе легированной стали, помимо обычных примесей, присутствуют дополнительные вещества, позволяющие ей отвечать определенным химическим и физическим требованиям.

Иными словами, речь идет об углеродистых сталях, в которые добавлены легирующие компоненты. Существуют разные степени легирования, однако даже небольшое содержание подобных элементов значительно повышает качественные характеристики металла.

Какая сталь считается легированной? Разница между легированным и нелегированным металлом состоит в химическом составе. В первом, помимо стандартного железа и углерода, есть немало дополнительных компонентов, меняющих свойства. Тогда как в углеродистой или классической стали присутствуют следы случайных примесей – они не способны сильно сказаться на ее характеристиках.

VT-metall предлагает услуги:

Лазерная резка металла Гибка металла Порошковая покраска металла Сварочные работы

Также легированная сталь отличается от углеродистой такими особенностями, как:

устойчивость к появлению ржавчины, воздействию агрессивных сред;
образование искр при поднесении металла к заточному кругу;
низкая несущая способность;
значительная стоимость производства.

Легирование осуществляют двумя методами:

Металлургическим. Это основной подход, при котором в горячий металл вносятся необходимые компоненты. Далее на производстве устанавливают параметры, при которых химические реакции протекают в ускоренном режиме.
Дополнительным. В этом случае добавки накладываются в виде поверхностного слоя, за счет чего происходит постепенное взаимное проникновение элементов.

Легирующие добавки к стали

В легированные стали добавлены химические элементы, принадлежащие к разным группам таблицы Менделеева.

Легирующие металлы в русскоязычной маркировке легированных сталей обозначаются при помощи кириллицы. С их помощью меняют качества материала:

Никель (Н). Увеличение теплоемкости, вязкости, пластичности, при параллельном снижении хрупкости, что упрощает обработку металла давлением.
Хром (Х). Повышение твердости, сопротивляемости ударам. За счет добавки обеспечивается хорошая защита от ржавчины – именно по этой причине хрома всегда много в нержавеющей стали.
Ниобий (Б). Увеличение сопротивляемости воздействию кислот.
Кобальт (К). Улучшение таких показателей, как стойкость к ударам и высоким температурам.
Медь (Д). Повышение прочности легированной стали, правда, при использовании этого легирующего элемента немного снижается уровень вязкости. Данный компонент обычно вносят для изготовления строительной стали.
Титан (Т) и цирконий (Ц). Сокращение уровня зернистости, так как за счет этих металлов обеспечивается однородная структура, снижается вероятность растрескивания.
Вольфрам (В) и молибден (М). Увеличение прочности при термической обработке, сопротивления коррозии.
Алюминий (Ю). Повышение стойкости к появлению окалины во время воздействия высокой температуры.
Ванадий (Ф). Улучшение структуры, обеспечение более высокой жаропрочности.

Также в легированные стали вносят неметаллические добавки:

Марганец (Г). Снижение вредного влияния серы, фосфора и кислорода.
Кремний (С). Повышение прочности при возможности сохранить вязкость.
Селен (Е). Увеличение текучести, облегчение обработки механическим способом.
Бор (Р). Улучшение микроструктуры, повышение показателей прокаливаемости.
Азот (А). Обеспечение улучшенных механических свойств – этот компонент добавляют в высоколегированные стали.

Виды легированной стали

Существует три основных категории таких сталей, при классификации которых учитывают долю примесей, легирующих добавок.

Низколегированная сталь – в ее составе примерно 2,5% легирующих элементов.
Среднелегированная сталь – включает в себя 2,5–10% легирующих веществ.
Высоколегированная сталь – содержит более 10% интересующих нас добавок, причем их содержание может доходить до 50%.

От доли углерода зависят свойства металла. Если его количество составляет 0,25–2,14%, сталь является углеродистой и классифицируется так:

высокоуглеродистая: 0,6–2%;
среднеуглеродистая: 0,3–0,6%;
низкоуглеродистая: не более 0,25%.

Добавление новых компонентов невозможно без удаления части старых, в противном случае невозможно связывание. Очистка позволяет сократить долю вредных примесей и кислорода. От углерода избавляются выжиганием за счет выпадения карбидов и иных способов. Присадки могут вноситься в любую сталь, однако не всегда такая процедура дает должный результат.

В легированной стали углеродная составляющая обозначается в сотых долях процента. Предусмотрена классификация легированных сталей по общей массе присадок:

низколегированные – до 2,5%;
среднелегированные – 2,5–10%;
высоколегированные – от 10%.

За счет содержания присадок в легированной стали происходят рекристаллизация и образование новой структуры. По форме кристаллической решетки выделяют такие классы сталей:

Ферриты. Магнитны, решетка неустойчива, меняется в результате нагревания, охлаждения, преобразуясь в перлит, сорбит, тростит. В данную группу входят все низколегированные и углеродистые стали.

Обеспечить формирование устойчивых связей удается при помощи снижения доли углерода до 0,15 % и добавления хрома в качестве легирующего компонента.

Аустениты. Характеризуются высоким содержанием никеля, хрома и марганца. За счет своего структурного строения являются жаростойкими, пластичными, не боятся ржавчины. В эту группу входят хромоникелевые нержавеющие стали.

Мартенситы. Охлаждение после закалки приводит к мартенситовому превращению, в результате чего образуются кубические ячейки, составляющие игольчатые либо реечные кристаллы. Металл приобретает память, поэтому способен частично восстанавливаться после деформации.

В такое состояние могут переходить стали, имеющие в составе хром, молибден, ванадий, вольфрам, ниобий и иные компоненты, обеспечивающие жаропрочность.

Металлическая кристаллическая решетка организуется в виде фаз – чаще всего присутствуют сразу две фазы. Допустим, могут быть аустенит и феррит. Необходимую фазу увеличивают при помощи присадок и воздействия температурой.

Во время выплавки из руды получают чугун, который рафинируют, то есть очищают от газов, оксидов, иных включений. Кислород удаляют углем, шлаком, марганцем и другими раскислителями – они вызывают образование газов или тяжелых оксидов, выпадающих в осадок.

В процессе обезуглероживания или удаления углерода из легированной стали используют водород и выгорание карбидов, в процессе которого происходит выделение угарного газа и формирование окалины. На данный момент некоторые предприятия используют современные технологии, такие как газокислородное рафинирование.

От результата указанных процедур зависит качество металла. По этому признаку выделяют такие стали:

Обыкновенные, или рядовые. Это самый дешевый материал с содержанием углерода в пределах 0,6%, при этом в металле есть пузырьки воздуха. Чаще всего встречаются такие марки: СтО, Ст3сп, Ст5кп.
Качественные. Сюда относятся спокойные, полуспокойные и кипящие виды, в составе которых есть кислород, азот, водород. При этом в кипящих достигается максимальная концентрация газов. Стали могут быть углеродистыми и легированными марок Ст08кп, Ст10пс, Ст20, 7ХФ, 8ХФ.
Высококачественные. Отличаются сниженным содержанием серы и фосфора – в пределах 0,03 %. Эти стали выплавляют в электропечах без использования угля. Сюда относятся 6ХВ2С, 6Х3ФС.

Особо высококачественные. Металл в горячем виде проходит глубокую очистку от оксидов, сульфидов, неметаллических включений. В итоге в нем остается до 0,01 % серы и 0,025 % фосфора. Речь идет, например, о такой марке, как 30ХГС3-Ш.

Кроме того, существует классификация легированных сталей на основании их назначения:

Конструкционные

Применяются для производства строительных конструкций, нагруженных механизмов.

Виды конструкционных легированных сталей:

Улучшаемые. Выделяются на общем фоне высоким содержанием хрома, обогащены бором, никелем, молибденом, марганцем, используются для термообработки.
Пружинно-рессорные. В них добавлен кремний, кобальт, марганец, бор, титан, применяются при производстве транспорта.
Подшипниковые. Характеризуются повышенной твердостью и стойкостью к износу, всегда имеют в составе хром и минимальное содержание неметаллических добавок.
Теплоустойчивые. Используются при производстве паровых нагревателей.

Инструментальные (режущие и штамповые)

Присадки, добавленные в инструментальные легированные стали, отвечают за повышенную прочность и однородность. Чаще всего металл проходит термообработку и используется для изготовления фрез, резцов, метчиков. Легирование осуществляют хромом, ванадием, титаном и иными компонентами.

Такие стали очень дорогие, быстрорежущие, из-за чего задействуются исключительно в режущих плоскостях. Для измерительных инструментов в металл добавляют хром, вольфрам, марганец, обеспечивая его твердость, неизменность размеров.

Стали с особыми свойствами, а именно нержавеющие, жаропрочные, износостойкие, пр.

Речь идет о значительной группе, металлы в которой обладают разными свойствами:

Высокопрочные – высоколегированные стали с подобранным составом, благодаря которому металл используется для производства ответственных узлов механизмов.
Нержавеющие – включают в себя марганец, хром, подходят для работы в химически агрессивных средах, используются для производства труб.
Износостойкие – отличаются повышенной долей марганца. Из них изготавливают стрелки на железных дорогах, гусеницы, горное оборудование, ковши экскаваторов.

Помимо названных сталей, в данную группу входят жаропрочные, жароустойчивые, магнитные, немагнитные, реостатные, с высоким электросопротивлением.

Современные сплавы представляют собой комплексно-легированные составы, обладающие уникальными характеристиками. Так, сталь 15Х2НМФА призвана обеспечивать на протяжении 100 лет радиационный ресурс реакторной установки, а 17ХНГТ применяют как материал для пружин специального назначения.

Маркировка легированных сталей

Марки обозначают при помощи буквенно-цифровой системы маркировки легированных сталей. Иными словами, каждая марка фиксируется за счет сочетания букв и цифр.

Так, элементы, добавленные в легированную сталь, обозначают буквами русского алфавита, где X – хром, Н – никель, В – вольфрам, М – молибден, Ф – ванадий, Т – титан, Ю – алюминий, Д–медь, Г – марганец, С – кремний, К – кобальт, Ц – цирконий, Р – бор, Б – ниобий.

Буква А в середине марки говорит о содержание азота, а в конце свидетельствует о том, что сталь высококачественная.

У конструкционных сталей по первой паре цифр маркировки можно понять содержание углерода, которое указывается в сотых долях процента.

Когда количество легирующего элемента превышает 1 %, после буквы пишут среднее значение в целых процентах. Если добавлено около 1 % и менее этого компонента, цифра не ставится.

Так, в стали 18ХГТ содержится (в процентах): 0,18 С, 1 Сr, 1 Мn, около 0,1 Тi. Маркировку легированной стали 38ХНЗМФА можно расшифровать как: 0,38 С, 1,2–1,5 Сr; 3 Ni, 0,3–0,4 Мо, 0,1–0,2 V. В 30ХГСА входят: 0,30 С, 0,8–1,1 Сr, 0,9–1,2 Мn, 0,8–1,251. А сталь ОЗХ13АГ19 включает в себя 0,03 С, 13 Сr, 0,2–0,3 N. 19 Мn.

Сферы применения легированной стали

Легированная сталь сегодня активно используется в промышленности. Высокая прочность позволяет использовать ее при производстве оборудования для резки и рубки разных видов металлопроката.

На данный момент легированные стали используются в самых разных сферах, вот часть из них:

инструменты медицинского назначения, в том числе острые режущие предметы;
лезвия;
подшипники, детали, испытывающие высокую радиальную, опорную нагрузку;
резцы, фрезы, сверла, иная оснастка станков в сфере металлообработки;
корпуса для техники и приборов;
нержавеющая посуда, такая как ведра, тазы, пр.;
детали для автомобилестроения.

С точки зрения практического назначения, среди легированных сталей выделяют:

Машиностроительные, применяемые для производства деталей механизмов, конструкций корпуса. Они обязательно подвергаются температурной обработке.
Строительные, их чаще всего используют для изготовления сварных металлических конструкций и лишь в редких случаях подвергают сильному нагреву.

Такая легированная сталь является материалом для трех групп инструментов:

режущих;
измерительных;
штампов.

Из низколегированной стали производят корпуса железнодорожных вагонов, вагонов метро, трамваев, несущих конструкций локомотивов, сельскохозяйственных и прочих полевых машин. Также эта сталь служит материалом инженерных сооружений, функционирующих при переменных динамических нагрузках, сезонных и суточных теплосменах.

Легированные стали могут иметь различные свойства, которые они получают за счет соотношения основных элементов. Однако нужно понимать, чем отличается любая легированная сталь. На общем фоне ее выделяет повышенная прочность и стойкость к формированию ржавчины.

Почему следует обращаться именно к нам

Мы с уважением относимся ко всем клиентам и одинаково скрупулезно выполняем задания любого объема.

Наши производственные мощности позволяют обрабатывать различные материалы:

цветные металлы;
чугун;
нержавеющую сталь.

При выполнении заказа наши специалисты применяют все известные способы механической обработки металла. Современное оборудование последнего поколения дает возможность добиваться максимального соответствия изначальным чертежам.

Для того чтобы приблизить заготовку к предъявленному заказчиком эскизу, наши специалисты используют универсальное оборудование, предназначенное для ювелирной заточки инструмента для особо сложных операций. В наших производственных цехах металл становится пластичным материалом, из которого можно выполнить любую заготовку.

Преимуществом обращения к нашим специалистам является соблюдение ими ГОСТа и всех технологических нормативов. На каждом этапе работы ведется жесткий контроль качества, поэтому мы гарантируем клиентам добросовестно выполненный продукт.

Благодаря опыту наших мастеров на выходе получается образцовое изделие, отвечающее самым взыскательным требованиям. При этом мы отталкиваемся от мощной материальной базы и ориентируемся на инновационные технологические наработки.

Мы работаем с заказчиками со всех регионов России. Если вы хотите сделать заказ на металлообработку, наши менеджеры готовы выслушать все условия. В случае необходимости клиенту предоставляется бесплатная профильная консультация.

Легированные конструкционные стали

Легированная сталь – это металл со специальными добавками, меняющими как механические, так и физические свойства. Он приобретает качества, которые позволяют использовать материал более широко. Легированные конструкционные стали – это разновидность, предназначенная для производства деталей, механизмов и пр. в машиностроении, строительстве и других сферах.

Данная сталь играет значительную роль в промышленности за счет своих характеристик. Благодаря легирующим добавкам улучшается качество и расширяется спектр свойств. В зависимости от состава и назначения могут быть разные виды материала

Какие особенности, качества, достоинства и недостатки есть у легирующих конструкционных сталей, вы узнаете из нашей статьи.

Свойства и классификация легированных конструкционных сталей

Конструкционными называют группу сталей, используемых при производстве строительных элементов, а также деталей машин, механизмов. Конструкционная легированная сталь изготавливается по ГОСТ 4543-71 и отличается от других металлов хорошей свариваемостью.

Обычно стальные детали проходят термическую обработку. В соответствии с назначением, характером нагрузок, с которыми должно справляться изделие из стали, определяют и требования к прочности, пластичности, ударной вязкости, пределу выносливости, свариваемости, прокаливаемости, прочим свойствам.

По составу, а именно по доле углерода, среди конструкционных легированных сталей выделяют:

низкоуглеродистые с количеством данного элемента не более 0,25 %;
среднеуглеродистые – в пределах 0,25–0,65 % углерода;
высокоуглеродистые – свыше 0,65 %.

От общего содержания легирующих элементов в стали зависит ее категория. Такой металл может быть:

низколегированный – с добавками, составляющими максимум 2,5 %;
среднелегированный – с долей легирующих компонентов до 10 %;
высоколегированный – с 10–50 % добавок.

Свойства легированных конструкционных сталей зависят от их структуры. На основании данного признака принято выделять такие классы:

доэвтектоидные – отличаются избыточным содержанием феррита;
эвтектоидные – обладают перлитной структурой;
заэвтектоидные – имеют в структуре вторичные карбиды;
ледебуритные – характеризуются первичными карбидами в составе.

По химическому составу сталь бывает:

качественная;
высококачественная – маркируется при помощи буквы «А»;
особо высококачественная – имеет обозначение «Ш» и изготавливается методом электрошлаковой переплавки металла.

Прокат из легированной конструкционной стали бывает кованый, горячекатаный, с особой отделкой поверхности, а также калиброванный.

Также выделяют разные виды стальных изделий, исходя из использования термической обработки:

без термической обработки;
с термической обработкой,
нагартованная продукция, то есть изготовленная методом проката.

При наличии обработки сталь маркируется буквами «ТО», на нагартованной ставят букву «Н».

Легированную конструкционную сталь делят на углеродистую и низколегированную повышенной прочности. В составе последней присутствует не более 5 % легирующих веществ. Такие металлы подходят для строительства мостов и изготовления каркасов высотных зданий.

В сфере машиностроения конструкционную сталь делят на категории, исходя из таких признаков:

По химическому составу она может быть углеродистая и легированная, то есть хромистая, хромоникелевая, пр.
По методу изготовления данный материал бывает деформируемый и литейный.
По условиям работы выделяют конструкционный, жаропрочный, нержавеющий и износостойкий металл.
По доле углерода сталь делят на низкоуглеродистую цементуемую с содержанием углерода в пределах 0,1–0,25 % и улучшаемую с 0,25–0,45 % данного компонента. Для пружин, рессор необходим металл с 0,5–0,65 % углерода.
По степени легированности сталь может быть низко-, средне- и высоколегированная и иметь в своем составе соответственно не более 5 %, от 5 % до 10 % или более 10 % легирующих веществ.

Детали из легированной конструкционной стали после изготовления обычно отправляют на термическую обработку. При проведении дополнительных процедур учитывают назначение изделий, а также нагрузки, которым они будут подвержены.

На основании данных характеристик устанавливают требования к прочности, пластичности, ударной вязкости, выносливости, свариваемости, прокаливаемости, пр.

Легирующие компоненты конструкционной стали

Поскольку конструкции и механизмы должны отвечать строгим нормам по прочности, для их изготовления выбирают материалы с определенными характеристиками.

Например, используется легированная конструкционная сталь, так как обладает подходящими физическими, химическими, механическими свойствами. Она хорошо справляется с постоянными и переменными нагрузками, имеет определенную стойкость к износу и появлению ржавчины.

Легирование позволяет при необходимости усилить и добавить новые качества данному материалу.

Обычный металл состоит из железа, углерода и примесей, в процессе легирования в него вносят дополнительные вещества. Речь идет о ниобии, хроме, никеле, кремнии, ванадии, пр. Также достаточно часто добавляют алюминий, молибден. Для повышения прочностных характеристик сплава используется титан.

Отдельные химические элементы, например, медь и кремний, присутствующие в обычных и конструкционных сталях, можно обозначить как легирующие. Кроме того, в подобном металле обычно есть сера и фосфор.

Однако специалисты уверены, что речь идет о примесях, а не легирующих компонентах. Примесь всегда связана с чистотой исходника либо особенностями процессов плавки. В первом случае в стали обнаруживается марганец, во втором – сера, фосфор.

Иными словами, металл, выплавленный без меди, серы, фосфора, ничем не отличается по своим свойствам от образца, где они присутствуют. Легирование же направлено на улучшение определенных технических показателей.

В конструкционной стали присутствует железо, медь, марганец и ряд других компонентов, среди которых основная функция принадлежит углероду. Этот элемент наделяет металл определенным уровнем прочности и придает наиболее важные свойства.

От доли углерода в легированной конструкционной стали зависит:

хладноломкость;
стойкость к внешним факторам, нагрузкам.

Конструкционные сплавы делят на классы на основании состава: чем выше содержание серы и фосфора, тем ниже порог хладноломкости и красноломкости сплава. С точки зрения количества данных компонентов, стали бывают таких видов:

обыкновенного качества – не более 0,05 % примесей;
качественные – в пределах 0,035 %;
высококачественные – до 0,025 %;
особо качественные – максимум 0,015 %.

Легированные конструкционные стали имеют высокую прочность, так как в большинстве случаев подвергаются специальной термообработке. Благодаря легированию марганцем металлу обеспечивается цементирующий эффект, способность выдерживать большие нагрузки.

Подобные сплавы выбирают для изготовления наиболее ответственных частей конструкций. Однако превышение допустимого содержания добавок приводит к ухудшению свойств материала – у него повышается хрупкость.

Преимущества и недостатки легированной конструкционной стали

Чтобы сообщить металлу набор необходимых свойств, его подвергают термической обработке. В результате легированная конструкционная сталь приобретает такие качества:

стойкость к пластическим деформациям;
способность к сильному прокаливанию;
стойкость к трещинам, короблению, что достигается при помощи применения мягких охладителей в процессе температурной обработки;
оптимальный запас вязкости;
высокий уровень хладноломкости.

Благодаря этому конечное изделие из легированной конструкционной стали имеет следующие характеристики:

надежность и долговечность, благодаря чему удается значительно повысить производительность оборудования;
стойкость к появлению ржавчины, воздействию агрессивной среды, например, кислот, щелочей, повышенной влажности, резких перепадов температуры;
экономичность;
стойкость к износу;
хорошая прокаливаемость;
высокие технологические показатели.

Однако легированные конструкционные стали имеют и минусы:

склонность к обратимой отпускной хрупкости;
повышенный уровень мягкости в результате термообработки;
утрата однородности в области деформирования.

Легирование конструкционных сталей призвано обеспечить улучшенные механические характеристики, такие как прочность, пластичность.

Параллельно при внесении добавок изменяются физические, химические, эксплуатационные качества. Кроме того, нужно учитывать, что из-за легирующих компонентов возрастает стоимость сплава. А значит, для их добавления требуется веская причина.

Конструкционная сталь

Конструкционная сталь пользуется сегодня огромным спросом. Она незаменима при изготовлении промышленных механизмов и возведении строительных конструкций, так как обладает высокой прочностью, пластичностью и сопротивляемостью к разрушению.

Используется данный материал и в других сферах человеческой деятельности. К примеру, из него производят детали для разного рода станков, горячекатаный рядовой прокат, пружины, рессоры, мелкие крепежные элементы и много чего еще. Однако при выборе конструкционной стали следует иметь в виду, что она бывает разных видов, у каждого из которых свои физические и химические характеристики.

Описание конструкционной стали

Конструкции и механизмы, применяемые в промышленности или строительстве, должны отвечать повышенным требованиям прочности. Для их изготовления применяется материал, обладающий особыми технологическими качествами. Использование металла с нужными свойствами – основа безопасной эксплуатации всей конструкции в разнообразных условиях. В соответствии с химическими, физическими и механическими характеристиками таким материалом может быть конструкционная сталь.

Ключевой особенностью такого металла является способность выдерживать постоянные и переменные нагрузки. Нередко от него ожидается также износостойкость или антикоррозийные свойства. Иногда выдвигаемым требованиям соответствует обычная углеродистая конструкционная сталь. Но в некоторых случаях ее качества необходимо дополнять или усиливать за счет легирования особыми химическими элементами.

Рекомендуем статьи по металлообработке

В структуру сталей этого типа входят такие полезные добавки, как железо, кремний, медь, марганец и другие вещества, однако главную роль в них играет углерод. Именно он наделяет конструкционный металл ключевыми свойствами и определяет степень его прочности. От концентрации этого элемента зависит устойчивость объекта к хладноломкости, его способность выдерживать производственные нагрузки и переносить различные погодные условия.

Конструкционная сталь делится на несколько классов в зависимости от уровня содержания в них вредных примесей – серы и фосфора. Чем он выше, тем ниже порог хладноломкости и красноломкости материала.

Существует классификация, где за основу берется концентрация в сплавах S и P:

менее 0,05 % – это конструкционные стали обыкновенного качества;
менее 0,035 % – качественные конструкционные стали;
менее 0,025 % – высококачественные стали;
менее 0,015% – особо высококачественные стали.

Классификации конструкционных сталей

Есть и другие способы классификации сталей такого типа. Если брать за основу российские марки, то можно выделить:

Нелегированные углеродистые стали, произведенные в соответствии с ГОСТом 1050.
Низколегированные конструкционные стали с добавлением углерода, изготовленные согласно ГОСТу 5058 – такой вид материала пользуется спросом в строительстве.
Среднелегированные стали, регламентируемые стандартом ГОСТа 4543.
Качественные рессорно-пружинные стали, требования к которым отражены в ГОСТе 14959.
Специальные конструкционные – к этой группе относятся высоколегированные стали с антикоррозийными свойствами и особыми характеристиками. Руководство по их производству, как правило, определяется ТУ фирм-изготовителей. Химический состав таких материалов нередко позволяет относить их, скорее, к сплавам на основе железа, нежели к сталям.

Ключевым признаком, позволяющим отнести сталь к типу конструкционной, является доля углерода в составе готового сплава. Но с ее определением не все так просто: если минимальный показатель концентрации данного вещества в изделии указан четко и составляет 0,05 %, то максимальный представляет собой «плавающую» величину и варьируется между 0,7 % и 0,85 %. Стоит отметить, что в отдельных случаях такая же доля углерода в металле свойственна и инструментальным сталям.

Примером тому может служить сталь марки 60С2. Разные инженеры-металловеды относят ее то к рессорно-пружинным, то к инструментальным материалам. Эта же двойственность характерна таким маркам, как У7А, ШХ9 или 75Г.

В связи с этим для того, чтобы более четко обозначить верхний предел концентрации углерода в конструкционной стали, важно также обратить внимание на следующие характеристики:

Диапазон текучести – максимальный показатель деформации сжатия, при котором объект не разрушается. Если он увеличен, то такой материал можно классифицировать как конструкционный, если нет – как инструментальный.
Диапазон концентрации некоторых примесей в стали, попадающих в нее в процессе выплавки.

Еще одна классификация видов конструкционной стали, применяемая на производстве, основана на различии сплавов по части химических, физических и механических свойств. В нее входят следующие группы:

углеродистые;
низколегированные;
легированные;
автоматные;
подшипниковые;
пружинные;
теплоустойчивые.

Выделенные группы отличаются не только по указанным свойствам конструкционного материала, но и по областям его использования.

Сферы применения конструкционной стали

Конструкционные стали, обогащенные углеродом, по праву можно считать универсальным материалом – их сфера применения распространяется от производства строительных конструкций и механизмов до деталей оборудования и машин. Такая многофункциональность этого вида сплава обусловлена комплексом его качественных характеристик.

Применение легированных конструкционных сталей имеет большое значение в области машиностроения, строительства, а также в производственных работах. Дело в том, что они обладают уникальными химическими, физическими и механическими свойствами. Эти характеристики материала определяются содержанием в сплаве того или иного вещества.

Свойства конструкционной стали низкой степени легирования позволяют использовать материал для производства локомотивов и вагонов для железнодорожного транспорта, трамваев или метрополитена, изготовления полевой и сельскохозяйственной техники, строительства инженерных конструкций и сооружений – словом, в условиях повышенной нестабильности нагрузок и температур.

Теплоустойчивая сталь способна выдерживать до +6 000 °С. Поэтому из нее изготавливают элементы приборов, работающие в течение длительного времени, а также детали, подвергающиеся постоянным нагрузкам и высокому термическому воздействию.

Из подшипниковой конструкционной стали выполняют элементы, подверженные точечным переменным нагрузкам – это места, где в одноименных механизмах шарики, ролики и беговые дорожки колец вступают в контакт.

Пружинная или пружинно-рессорная сталь применяется для изготовления пружин, рессор, сильфонов и т. д.

Из автоматной стали производят крупные партии мелких деталей и крепежей при помощи автоматических станков.

Достоинства и недостатки конструкционных сталей

Преимущества конструкционной стали раскрываются только после термической обработки изделий из данного сплава, поэтому их в обязательном порядке подвергают температурному воздействию. Главные плюсы такой процедуры:

После закалки и отпуска детали из конструкционной стали ее способности к сопротивлению пластическим деформациям обостряются и даже превосходят в этом углеродистые сплавы (при одинаковой концентрации углерода).
При одинаковых условиях конструкционный металл прокаливается сильнее, чем углеродистый. Поэтому внешние элементы большой толщины лучше выполнять именно из легированной конструкционной стали. Состав такого сплава должен позволять детали прокалиться насквозь.
При термической обработке стали такого типа можно использовать «мягкие» охладители – масла. Эта технология значительно снижает риск появления трещин или коробления при закалке.
После термообработки и процедуры легирования конструкционная сталь приобретает дополнительный запас вязкости, увеличивается порог ее хладноломкости. Так, оборудование с деталями из данного материала становится надежнее.

Недостатки конструкционной стали:

Значительная часть изделий из этого материала подвержена обратимой отпускной хрупкости.
После температурного воздействия конструкционный металл становится мягче, снижается его сопротивление усталости.
В результате ковки и прокатки элементы из конструкционной стали приобретают строчечную структуру. Кроме того, в местах деформирования их свойства становятся неоднородными. Такой материал впоследствии с трудом поддается резке.
В конструкционном материале, легированном никелем, могут образовываться флокены – светлые пятна в изломе. В поперечном разрезе они могут проявляться в виде трещинок разной направленности. Такое явление возникает за счет выхода водорода, растворенного в стали.

Выбор конструкционной стали по ее маркировке

Конструкционные металлы маркируются по сложной системе, включающей в себя множество обозначений. Рассмотрим ее подробнее.

Углеродистая сталь обыкновенного качества стандартно обозначается сочетанием букв «Ст» и цифры от 0 до 6 – они отражают номер марки. Затем идет описание степени раскисления: в спокойных сталях – «сп», полуспокойных – «пс» и кипящих «кп».Причем в конструкционной стали марки 0 степень раскисления не указывается, зато отражается содержание в ней фосфора (не более 0,07 %), серы (не более 0,06 %) и углерода (не более 0,23 %). Марки от 1 до 6 могут быть полуспокойными, а от 1 до 4 –кипящими. Доля С, Мn, Si, S, P в них строго прописана.

Согласно ГОСТу 1050–88 маркировка углеродистых качественных сталей включает двузначное число, говорящее о концентрации в нем углерода (в сотых долях процента): 0, 8, 10, 20, …60. Из такого обозначения очевидно, что, например, сталь 20 содержит 0,20 % углерода.

Углеродистые конструкционные стали тоже бывают спокойные, полуспокойные и кипящие, но перед первыми индекс не ставится. Так, можно встретить обозначения полуспокойных металлов: 08 пс, 10 пс, 20 пс, и кипящих: 08 кп, 10 кп, 20 кп.

Литая макроструктура углеродистых сталей обозначается заглавной буквой «Л» (сталь 60 Л).

Определяет маркировку легированных конструкционных сталей ГОСТ 4532–71. Так, она должна содержать буквенно-цифровое обозначение, отражающее химический состав материала:

алюминий – Ю;
бор – Р;
ванадий – Ф;
вольфрам – В;
кобальт – К;
кремний – С;
марганец – Г;
медь – Д;
молибден – М;
никель – Н;
ниобий – Б;
титан – Т;
хром – Х.

Цифра, стоящая после буквы, обозначает приблизительную долю легирующих компонентов в сплаве. Если ее нет, значит, таких веществ в материале содержится не более 1 %.

Цифра, расположенная в самом начале маркировки, обозначает количество углерода в легированном материале (в сотых долях процента). Так, запись «30ХН3А» означает, что в данном сплаве содержится порядка 0,30 % С, около 1 % Сr и 3 % Ni. Заглавная «А» в конце записи отражает высокое качество стали. Особо высококачественные стали (которые получаются, например, путем электрошлакового переплава) маркируются буквой Ш – 30ХГС-Ш.

Некоторые группы конструкционных сталей содержат дополнительные обозначения в начале маркировки. Так, автоматные начинаются с буквы «А», строительные – с «С», подшипниковые – с «Ш» (ШХ15).

Автоматные стали характеризуются повышенной концентрацией кальция, селена, серы, теллура и фосфора. Согласно ГОСТу 1414–75 увеличенное содержание некоторых веществ должно обозначаться соответствующей буквой: кальций – «Ц», селен –«Е», сера – «А», свинец – «С». Двузначное число, стоящее перед буквами А, АС или АЦ говорит о концентрации углерода (в сотых долях процента). Например, автоматные стали с повышенным содержанием кальция – АЦ20, …, АЦ30ХН; селена – А35Е, А40ХЕ; серы – А11, А20,…, А40; свинца – АС14, АС40, …, АС45Г2.

Низколегированные конструкционные стали обозначают буквой «С» и числом, отражающим предел текучести (мегапаскаль), например, С235, С285,…, С590. В конце записи могут стоять заглавные «Д» – обозначающая усиление антикоррозийных свойств, «К» – отражающая специальный химический состав, или «Т» – говорящая об усилении прочности материала за счет термообработки.

Требования, которые выдвигает потребитель к свойствам конструкционной стали (химическим, физическим или механическим) выполняются за счет специфического состава сплава, подбора методик термического воздействия и способов упрочнения поверхности, а также качества металлургической обработки. Такой материал может быть представлен на рынке в формате проката, труб и пр.

Стоимость изделий из конструкционной стали в основном зависит от состава сплава и размеров детали.

Читайте также: