Сталь у 6 характеристики

Обновлено: 14.05.2024

Сталь является основным металлическим материалом, применяемым в производстве машин, инструментов и приборов. Ее широкое использование объясняется наличием в этом материале целого комплекса ценных технологических, механических и физико-химических свойств. К тому же, сталь имеет относительно невысокую стоимость и может изготавливаться значительными партиями. Процесс производства этого материала постоянно совершенствуется, благодаря чему свойства и качество стали могут обеспечивать безаварийную эксплуатацию современных машин и приборов при высоких рабочих параметрах.

Общие принципы классификации марок сталей

Основные классификационные признаки сталей: химический состав, назначение, качество, степень раскисления, структура.

Стали по химическому составу подразделяют на углеродистые и легированные. По массовой доле углерода и первая, и вторая группы сталей делят на: низкоуглеродистые (менее 0,3% С), среднеуглеродистые (концентрация С находится в пределах 0,3-07%), высокоуглеродистые – с концентрацией углерода более 0,7%.

Легированными называются стали, содержащие, помимо постоянных примесей, добавки, вводимые для повышения механических свойств этого материала.

В качестве легирующих добавок используют хром, марганец, никель, кремний, молибден, вольфрам, титан, ванадий и многие другие, а также сочетание этих элементов в различных процентных соотношениях. По количеству добавок стали делят на низколегированные (легирующих элементов менее 5%), среднелегированные (5-10%), высоколегированные (содержат более 10% добавок).

По своему назначению стали бывают конструкционными, инструментальными и материалами специального назначения, обладающими особыми свойствами.

Наиболее обширным классом являются конструкционные стали, которые предназначаются для изготовления строительных конструкций, деталей приборов и машин. В свою очередь, конструкционные стали подразделяют на рессорно-пружинные, улучшаемые, цементуемые и высокопрочные.

Инструментальные стали различают в зависимости от назначения произведенного из них инструмента: мерительного, режущего, штампов горячей и холодной деформации.

Стали специального назначения разделяют на несколько групп: коррозионностойкие (или нержавеющие), жаростойкие, жаропрочные, электротехнические.

По качеству стали бывают обыкновенного качества, качественными, высококачественными и особо качественными.

Под качеством стали понимают сочетание свойств, обусловленных процессом её изготовления. К таким характеристикам относятся: однородность строения, химического состава, механических свойств, технологичность. Качество стали зависит от содержания в материале газов – кислорода, азота, водорода, а также вредных примесей – фосфора и серы.

По степени раскисления и характеру процесса затвердевания стали бывают спокойными, полуспокойными и кипящими.

Раскислением называют операцию удаления из жидкой стали кислорода, который провоцирует хрупкое разрушение материала при горячих деформациях. Спокойные стали раскисляют с помощью кремния, марганца и алюминия.

По структуре разделяют стали в отожженном (равновесном) состоянии и нормализованном. Структурные формы сталей – феррит, перлит, цементит, аустенит, мартенсит, ледебурит и другие.

Химический состав

Здесь принято выделять 3 разновидности. Главным отличием их друг от друга является процентное отношение в них такого вещества как углерод (С). Таким образом, согласно ГОСТ 380-71 и 1050-75 выделяют:

Разновидность металла по химическим характеристикам	Процент насыщения углеродом (С), %
Низкоуглеродистая	≤ 0,3
Среднеуглеродистая	0,3-0,7
Высокоуглеродистая	≥ 0,7

Первую разновидность можно с легкостью подвергать газо- и электросварке. Если повысить уровень концентрации С в данном металле, то произойдет усиление его прочности. Соответственно, он тяжелее подвергается деформации.

Помимо вышеуказанных разновидностей стали широко применяются и легированные ее варианты. В данном случае, состав металла дополняется Si, Mo, Ni, Cr, Mn, W, V и Ti. Делается это с целью увеличения коэффициента прочности изготавливаемых из такого сплава изделий. В зависимости от степени насыщения примесями такие стальные марки подразделяются:

Легированные виды металла	Процент содержания дополнительных примесей, %
Низколегированный	≤ 5
Среднелегированный	5-10
Высоколегированный	≥ 10

Пример расшифровки сталей

Химический элемент	Обозначение		Химический элемент	Обозначение
Ниобий	Nb	Б	Бор	В	P
Вольфрам	W	В	Кремний	Si	С
Марганец	Mn	Г	Титан	Ti	T
Медь	Сu	Д	Ванадий	V	Ф
Кобальт	Со	К	Хром	Cr	X
Молибден	Мо	М	Цирконий	Zr	Ц
Никель	Ni	Н	Алюминий	Аl	Ю

Влияние углерода и легирующих элементов на свойства стали

Стали промышленного производства являются сложными по химическому составу сплавами железа и углерода. Кроме этих основных элементов, а также легирующих компонентов в легированных сталях, материал содержит постоянные и случайные примеси. От процентного содержания этих компонентов и зависят основные характеристики стали.

Как защитить свои постройки от коррозии арматуры в бетоне: профилактика, лечение, советы специалистов.Станки для резки и гибки арматуры: здесь Вы узнаете о том, для чего они нужны, как их использовать и насколько они необходимы на строительной площадке.

В нашем прайс-листе Вы можете ознакомиться с актуальной стоимостью арматуры в Санкт-Петербурге и Ленинградской области.

Определяющее влияние на свойства стали оказывает углерод. После отжига структура этого материала состоит из феррита и цементита, содержание которого увеличивается пропорционально росту концентрации углерода. Феррит является малопрочной и пластичной структурой, а цементит – твердой и хрупкой. Поэтому повышение содержания углерода приводит к увеличению твердости и прочности и снижению пластичности и вязкости. Углерод меняет технологические характеристики стали: обрабатываемость давлением и резанием, свариваемость. Увеличение концентрации углерода приводит к ухудшению обрабатываемости резанием из-за упрочнения и снижения теплопроводности. Отделение стружки от стали с высокой прочностью повышает количество выделяемой теплоты, что провоцирует уменьшение стойкости инструмента. Но низкоуглеродистые стали с малой вязкостью также обрабатываются плохо, так как образуется с трудом удаляемая стружка.

Наилучшую обрабатываемость резанием имеют стали с содержанием углерода 0,3-0,4%.

Увеличение концентрации углерода приводит к снижению способности стали к деформации в горячем и холодном состояниях. Для стали, предназначенной для сложной холодной штамповки, количество углерода ограничено 0,1%.

Хорошей свариваемостью обладают низкоуглеродистые стали. Для сварки средне- и высокоуглеродистых сталей используют подогрев, медленное охлаждение и прочие технологические операции, предотвращающие появление холодных и горячих трещин.

Для получения высоких прочностных свойств количество легирующих компонентов должно быть рациональным. Избыток легирования, исключая введение никеля, приводит к снижению запаса вязкости и провокации хрупкого разрушения.

Хром – недефицитный легирующий компонент, оказывает позитивное воздействие на механические свойства стали при его содержании до 2%.
Никель – наиболее ценная и дефицитная легирующая добавка, вводимая в концентрации 1-5%. Он наиболее эффективно снижает порог хладноломкости и способствует увеличению температурного запаса вязкости.
Марганец, как более дешёвый компонент, часто используют в качестве заменителя никеля. Увеличивает предел текучести, но может сделать сталь чувствительной к перегреву.
Молибден и вольфрам – дорогие и дефицитные элементы, применяемые для повышения теплостойкости быстрорежущих сталей.

Расшифровка сталей: примеры

Для примера расшифровки рассмотрим распространенную марку стали 12Х18Н10Т.

Цифра «12» в начале названия марки – показатель содержания углерода в этой стали, он не превышает 0,12%. Далее идет обозначение «Х18» – следовательно, в стали имеется элемент хром в количестве 18%. Аббревиатура «Н10» говорит о присутствии никеля в объеме 10%. Буква «Т» свидетельствует наличие титана, отсутствие цифрового выражения означает, что его там менее 1,5%. Очевидно, что квалифицированная расшифровка сталей по составу сразу дает понятие о ее качественных характеристиках.

Если сравнивать обозначения легированных и углеродистых сталей, это становится заметным отличием, свидетельствующим об особенных свойствах металла, обусловленных специально введенными легирующими добавками. Расшифровка сталей и сплавов указывает на их химический состав. Основными легирующими добавками являются:

никель (Ni) – снижает химическую активность и улучшает прокаливаемость металла;
хром (Cr) – повышает предел прочности и предел текучести сплавов;
ниобий (Nb) – повышает кислотостойкость и устойчивость к коррозии сварных соединений;
кобальт (Co) – повышает жаропрочность и ударную вязкость.

Принципы маркировки сталей по российской системе

На современном рынке металлопродукции не существует общей системы маркировки сталей, что значительно затрудняет торговые операции, приводя к частым ошибкам при заказе.

В России принята буквенно-цифровая система обозначения, в которой буквами маркируют названия элементов, содержащихся в стали, а цифрами – их количество. Буквами также обозначают способ раскисления. Маркировкой «КП» обозначают кипящие стали, «ПС» – полуспокойные, а «СП» – спокойные стали.

Легированные стали

При маркировке легированной стали используют буквенные обозначения легирующих элементов (табл.2). Эти буквы в сочетании с цифрами образуют марку стали.

В марке содержание легирующего элемента, если оно превышает 1…1,5%, указывается цифрой (массовая доля в целых процентах), стоящей после соответствующей буквы. Если за буквой отсутствует цифра, то содержание данного элемента около 1%. Исключение сделано для некоторых элементов (V, Ti, Mo, Nb,Zr, В, N и др.), присутствие которых в сталях даже в тысячных долях процента оказывает существенное влияние на свойства стали (микролегирование).

Таблица 2. Условные обозначения легирующих элементов в металлах и сплавах

Элемент	Символ	Обозначение элементов в марках металлов и сплавов		Элемент	Символ	Обозначение элементов в марках металлов и сплавов
Элемент	Символ	черные	цветные	Элемент	Символ	черные	цветные
Азот	N	А	—	Неодим	Nd	—	Нм
Алюминий	А1	Ю	А	Никель	Ni	—	Н
Барий	Ва	—	Бр	Ниобий	Nb	Б	Нп
Бериллии	Be	Л	Олово	Sn	—	О
Бор	В	р	—	Осмий	Os	—	Ос
Ванадии	V	ф	Вам	Палладий	Pd	—	Пд
висмут	Bi	Ви	Ви	Платина	Pt	—	Пл
Вольфрам	W	В	—	Празеодим	Pr	—	Пр
Гадолиний	Gd	—	Гн	Рений	Re	—	Ре
Галлий	Ga	Ги	Ги	Родий	Rh	—	Rg
Гафнии	Hf	—	Гф	Ртуть	Hg	—	Р
Германий	Ge	—	Г	Рутений	Ru	—	Pv
Гольмий	Но	—	ГОМ	Самарий	Sm	—	Сам
Диспрозий	Dv	—	ДИМ	Свинец	Pb	—	С
Европий	Eu	—	Ев	Селен	Se	К	СТ
Железо	Fe	—	Ж	Серебро	Ag	—	Ср
Золото	Au	—	Зл	Скандий	Sc	—	С км
Индий	In	—	Ин	Сурьма	Sb	—	Cv
Иридий	Ir	—	И	Таллий	Tl	—	Тл
Иттербий	Yb	—	ИТН	Тантал	Та	—	ТТ
Иттрий	Y	—	ИМ	Теллур	Те	—	Т
Кадмий	Cd	Кд	Кд	Тербий	Tb	—	Том
Кобальт	Co	К	К	Титан	Ti	Т	ТПД
Кремний	Si	С	Кр(К)	Т\’лий	Tm	—	ТУМ
Лантан	La	—	Ла	Углерод	С	У	—
Литий	Li	—	Лэ	Фосфор	P	п	Ф
Лютеций	Lu	—	Люн	Хром	Cr	х	Х(Хр)
Магний	Mg	Ш	Мг	Церий	Ce	—	Се
Марганец	Mn	Г	Мц(Мр)	Цинк	Zn	—	Ц
Медь	Cu	Д	М	Цирконий	Zr	Ц	ЦЭВ
Молибден	Mo	М	—	Эрбий	Er	—	Эрм

Если в начале марки нет цифры, то количество углерода составляет 1% и выше. Для конструкционных сталей две цифры впереди марки указывают среднее содержание углерода в сотых долях процента. Для инструментальных сталей одна цифра в начале марки означает среднее содержание углерода в десятых долях процента. Основная масса легированных сталей выплавляется качественными. Отличие в обозначении качественных, высококачественных и особо высококачественных сталей заключается в том, что в конце марки высококачественных сталей приписывается буква А, а особо высококачественных — буква Ш. У сталей, применяемых в виде литья (в отливке) в конце марки приписывается буква Л. Для высококачественных сталей от этих правил существуют отклонения. Так в марках инструментальных легированных сталей, а также сталей и сплавов с особыми физическими свойствами буква А не указывается, так как все они всегда высококачественные (или особо высококачественные). Некоторые группы сталей специального назначения содержат дополнительные обозначения: марки шарикоподшипниковых сталей начинаются с буквы Ш, быстрорежущих — с буквы Р, электротехнических — с буквы Э, магнитно-твердых — с буквы Е, автоматных — с буквы А. Более подробно о маркировке этих сталей будет сообщено в соответствующих разделах.

Маркировка сталей по американской и европейской системам

Какие существуют виды арматуры и арматурных изделий, Вы можете прочитать в нашей статье.Декоративный бетон — один из наиболее популярных отделочных материалов для приусадебных участков. Мы написали о том, как изготовить своими руками декоративно-штампованный бетон. Собираетесь купить металлопрокат? В нашем магазине разумные цены и качество производителя.

В США существует несколько систем маркировки сталей, разработанных различными организациями по стандартизации. Для нержавеющих сталей, чаще всего, применяют систему AISI, которая действует и в Европе. Согласно AISI, сталь обозначается тремя цифрами, в отдельных случаях после них идут одна или несколько букв. Первая цифра говорит о классе стали, если она – 2 или 3, то это аустенитный класс, если 4 – ферритный или мартенситный. Следующие две цифры обозначают порядковый номер материала в группе. Буквы обозначают:

L – низкую массовую доля углерода, менее 0,03%;
S – нормальную концентрацию С, менее 0,08%;
N – означает, что добавлен азот;
LN – низкое содержание углерода сочетается с добавкой азота;
F – повышенную концентрацию фосфора и серы;
Se – сталь содержит селен, В – кремний, Cu – медь.

В Европе применяется система EN, которая отличается от российской тем, что в ней сначала перечисляются все легирующие элементы, а затем в том же порядке цифрами указывается их массовая доля. Первая цифра – концентрация углерода в сотых долях процента.

Если легированные стали, конструкционные и инструментальные, кроме быстрорежущих, включают более 5% хотя бы одной легирующей добавки, перед содержанием углерода ставят букву «Х».

Страны ЕС применяют маркировку EN, в некоторых случаях параллельно указывая национальную марку, но с пометкой «устаревшая».

Инструментальные стали: марки, свойства, применение

Инструментальные стали - это группа марок сталей, которые используются для создания измерительного, режущего инструмента, штампов и некоторых деталей.

Все виды данной стали имеют ряд обязательных технологических характеристик: хорошая обрабатываемость резанием, стойкость к перегреву, пластичность (в горячем состоянии), малая склонность к образованию трещин, шлифуемость, малая восприимчивость к привариванию и прилипанию.

Инструментальные стали, по наиболее распространенной классификации, делятся на четыре основные группы: углеродистые, легированные, штамповые и быстрорежущие.

Рассмотрим по отдельности каждую из них.

1. Углеродистые инструментальные стали.

В соответствии с ГОСТ 1435-99 обозначаются марками от У7 до У13. Буква "У" означает - углеродистая. Следующая за ней цифра - средняя массовая доля углерода в десятых долях процента. Если после числового значения будет располагаться литера «Г», значит в сплаве высокое содержание марганца. В некоторых случаях в маркировку включается буква "А". Она означает высокое качество сплава с пониженным содержанием серы и фосфора.

Одним из основных достоинств углеродистых сталей является получение высокой твердости в поверхностном слое при сохранении вязкой сердцевины. Вместе с тем недостаток данных сплавов - низкая теплостойкость (способности сохранять твердость лишь при нагреве до температур, не превышающих 200 °С). Меньшая прочность по сравнению с быстрорежущими сталями связана с получением более крупного зерна при оптимальных температурах закалки. Поэтому, углеродистые стали используют для производства инструментов, не подвергаемых в процессе работы нагреву свыше 150-200 °С и не требующих в процессе изготовления значительного шлифования.

2. Легированные инструментальные стали.

Производят согласно ГОСТ 5950-2000. Такие сплавы получают на базе углеродистых путем легирования их вольфрамом, хромом, кремнием, ванадием и иными элементами. При маркировке таких сталей принято указывать наличие легирующих элементов буквами. При наличии марганца добавляется буква «Г», хрома – «Х», кремния – «С», вольфрама – «В», меди – «Д», никеля – «Н», ванадия – «Ф», титана – «Т», молибдена – «М». После букв, обозначающих легирующий элемент, в маркировке инструментальных сталей могут стоять цифры, обозначающие количество данного элемента в процентах. При отсутствии цифры количество считается приблизительно равным 1 проценту. Также при обозначении легированной инструментальной стали на первом месте указывается количество углерода, выраженное в десятых долях процента. Так марка 9ХС будет указывать на то, что в данном виде стали содержится 0,9% углерода и по 1% хрома и кремния.

Каждый из перечисленных элементов сообщает стали особые свойства:

никель - пластичность, прочность, устойчивость против коррозии;
хром - твердость и прочность и при одновременном понижении пластичности жаропрочность, а также устойчивость против коррозии;
вольфрам - твердость и красностойкость, т. е. способность сохранять твердость при высоком нагреве;
кобальт - прочность и пластичность;
ванадий - плотность, отсутствие окислов, мелкозернистое строение;
молибден - прочность, твердеешь и жароустойчивость;
титан - твердость, плотность, мелкозернистое строение;
алюминий - жароустойчивость;
медь - устойчивость против ржавления и действия кислот;
кремний - упругость и высокие магнитные свойства;
марганец - прочность и сопротивление износу.

Следует иметь в виду, что большинство легированных сталей приобретает указанные свойства только после соответствующей термической обработки.

3. Штамповые инструментальные стали.

Производят согласно ГОСТ 5950-2000. Самые распространённые из них - Х12, Х12МФ, 5ХНМ, 6ХВ2С, 4Х5МФС и др. Из штамповых сталей сталей изготавливают инструмент для обработки металла давлением (штампы, пуансоны, матрицы). Дополнительно к общим требованиям, от этой группы сталей требуется устойчивость против образования трещин при многократном нагреве и охлаждении, окалиностойкость, высокая теплопроводность для отвода теплоты от рабочих поверхностей штампа, высокая прокаливаемость для обеспечения высокой прочности по всему сечению инструмента.

Штамповые инструментальные стали делятся на две группы. Первая применяется для изготовления инструментов, участвующих в холодной деформации металлических заготовок. Вторая используется для производства инструмента, позволяющего деформировать металлическую заготовку в разогретом состоянии.

Инструменты из сплавов для холодной штамповки должны обладать высоким коэффициентом твёрдости для защиты от преждевременного износа. Инструмент, применяемый для горячей штамповки, должен быть, прежде всего, жароустойчивым, что бы не перегреваться и не плавиться в процессе обработки металлической заготовки.

4. Быстрорежущие инструментальные стали.

Изготавливают согласно ГОСТ 19265-73. Сплавы этой группы применяются для производства режущего инструмента, отличающегося высокой твердостью и работающего на высоких скоростях. При обработке твердых материалов, снятии стружки большого сечения кромка инструмента нагревается. По этой причине инструмент производят из сталей, обладающих способностью сохранять твердость даже при повышении температуры поверхности. Самые распространённые стали Р18 и Р6М5.

Быстрорежущие стали позволяют в несколько раз повысить скорость резания по сравнению со скоростями, применяемыми при обработке инструментами из углеродистых и легированных инструментальных сталей.

Высокие режущие свойства данных сталей обеспечиваются легированием сильными карбидообразующими элементами (вольфрамом, молибденом, ванадием) и применением специальной термообработки, заключающейся в закалке при температурах 1200-1300 °С и отпуске, вызывающем дисперсионное твердение.

Механические свойства и применение инструментальных марок сталей:

Предел прочность (временное сопротивление) – способность стального проката противостоять и не разрушаться под действиями внешних нагрузок (растягивание, изгиб, сжатие, скручивание и т.д).

Относительное удлинение – способность металлопроката сопротивляться и оставаться целым при растяжении.

Маркировка и классификация сталей

Сталь — это сплав железа с углеродом (до 2% углерода). По химическому составу сталь разделяют на:

По качеству сталь разделяют на:

сталь обыкновенного качества;
качественную;
повышенного качества;
высококачественную.

Сталь углеродистую обыкновенного качества подразделяют на три группы:

А — поставляемую по механическим свойствам и применяемую в основном тогда, когда изделия из нее подвергают горячей обработке (сварка, ковка и др.), которая может изменить регламентируемые механические свойства (Ст0, Ст1 и др.);
Б — поставляемую по химическому составу и применяемую для деталей, подвергаемых такой обработке, при которой механические свойства меняются, а уровень их, кроме условий обработки, определяется химическим составом (БСт0, БСт1 и др.);
В — поставляемую по механическим свойствам и химическому составу для деталей, подвергаемых сварке (ВСт1, ВСт2 и др.).

Сталь углеродистую обыкновенного качества изготовляют следующих марок: Ст0, Ст1кп, Ст1пс, Ст1сп, Ст2кп, Ст2пс, Ст2сп, СтЗкп, СтЗпс, СтЗсп, СтЗГпс, СтЗГсп, Ст4кп, Ст4пс, Ст4сп, Ст5пс, Ст5сп, Ст5Гпс, Стбпс, Стбсп.

Буквы Ст обозначают «Сталь», цифры — условный номер марки в зависимости от химического состава, буквы «кп», «пс», «сп» — степень раскисления «кп» — кипящая, «пс» — полуспокойная, «сп» — спокойная).

Сталь углеродистая качественная конструкционная по видам обработки при поставке делится на:

горячекатаную и кованую;
калиброванную;
круглую со специальной отделкой поверхности, серебрянку.

Легированную сталь по степени легирования разделяют:

низколегированная (легирующих элементов до 2,5%);
среднелегированная (от 2,5 до 10%);
высоколегированная (от 10 до 50%).

В зависимости от основных легирующих элементов различают сталь 14 групп.

К высоколегированным относят:

коррозионностойкие (нержавеющие) стали и сплавы, обладающие стойкостью против электрохимической и химической коррозии; межкристаллитной коррозии, коррозии под напряжением и др.;
жаростойкие (окалиностойкие) стали и сплавы, обладающие стойкостью против химического разрушения в газовых средах при температуре выше 50 °C, работающие в ненагруженном и слабонагруженном состоянии;
жаропрочные стали и сплавы, работающие в нагруженном состоянии при высоких температурах в течение определенного времени и обладающие при этом достаточной жаростойкостью.

Сталь легированную конструкционную в зависимости от химического состава и свойств делят:

качественная;
высококачественная А;
особо высококачественную Ш (электрошлакового переплава).

По видам обработки при поставке различают сталь:

горячекатаная;
кованая;
калиброванная;
серебрянка.

По назначению изготовляют прокат:

для горячей обработки давлением и холодного волочения (подкат);
для холодной механической обработки.

2. Классификация углеродистых сталей

Стали подразделяются на углеродистые и легированные. По назначению различают стали конструкционные с содержанием углерода в сотых долях процента и инструментальные с содержанием углерода в десятых долях процента. Наибольший объем сварочных работ связан с использованием низкоуглеродистых и низколегированных конструкционных сталей.

Основным элементом в углеродистых конструкционных сталях является углерод, который определяет механические свойства сталей этой группы. Углеродистые стали выплавляют обыкновенного качества и качественные. Стали углеродистые обыкновенного качества подразделяются на три группы:

группа А — по механическим свойствам;
группа Б — по химическому составу;
группа В — по механическим свойствам и химическому составу.

Изготавливают стали следующих марок:

группа А — Ст0, Ст1, Ст2, Ст3, Ст4, Ст5, Ст6;
группа Б — БСт0, БСт1, БСт2, БСт3, БСт4, БСт5, БСт6;
группа В — ВСт0, ВСт1, ВСт2, ВСт3, ВСт4, ВСт5.

По степени раскисления сталь обыкновенного качества имеет следующее обозначение:

кп — кипящая,
пс — полуспокойная,
сп — спокойная.

Кипящая сталь, содержащая кремния (Si) не более 0,07%, получается при неполном раскислении металла марганцем. Сталь характеризуется резко выраженной неравномерностью распределения вредных примесей (серы и фосфора) по толщине проката. Местная повышенная концентрация серы может привести к образованию кристаллизационных трещин в шве и околошовной зоне. Кипящая сталь склонна к старению в околошовной зоне и переходу в хрупкое состояние при отрицательных температурах.

Спокойная сталь получается при раскислении марганцем, алюминием и кремнием, и содержит кремния (Si) не менее 0,12%; сера и фосфор распределены в ней более равномерно, чем в кипящей стали. Эта сталь менее склонна к старению и отличается меньшей реакцией на сварочный нагрев.

Полуспокойная сталь по склонности к старению занимает промежуточное место между кипящей и спокойной сталью. Полуспокойные стали с номерами марок 1—5 выплавляют с нормальным и с повышенным содержанием марганца, примерно до 1%. В последнем случае после номера марки ставят букву Г (например, БСтЗГпс).

Стали группы А не применяются для изготовления сварных конструкций. Стали группы Б делятся на две категории. Для сталей первой категории регламентировано содержание углерода, кремния марганца и ограничено максимальное содержание серы, фосфора, азота и мышьяка; для сталей второй категории ограничено также максимальное содержание хрома, никеля и меди.

Стали группы В делятся на шесть категорий. Полное обозначение стали включает марку, степень раскисления и номер категории. Например, ВСтЗГпс5 обозначает следующее: сталь группы В, марка СтЗГ, полуспокойная, 5-й категории. Состав сталей группы В такой же, как сталей соответствующих марок группы Б, 2-й категории. Стали ВСт1, ВСт2, ВСтЗ всех категорий и степеней раскисления выпускаются с гарантированной свариваемостью. Стали БСт1, БСт2, БСтЗ поставляют с гарантией свариваемости по требованию заказчика.

Углеродистую качественную сталь выпускают в соответствии с ГОСТ 1060—74. Сталь имеет пониженное содержание серы. Допустимое отклонение по углероду (0,03—0,04%). Стали с содержанием углерода до 0,20%, включительно, могут быть кипящими (кп), полуспокойными (пс) и спокойными (сп). Остальные стали — только спокойные. Для последующих спокойных сталей после цифр, буквы «сп» не ставят.

Углеродистые стали в соответствии с ОСТ 14-1-142—84 подразделяются на три подкласса:

низкоуглеродистые с содержанием углерода до 0,25%;
среднеуглеродистые с содержанием углерода (0,25—0,60%);
высокоуглеродистые с содержанием углерода более 0,60%.

В сварных конструкциях в основном применяют низкоуглеродистые стали.

В сварочном производстве очень важным является понятие о свариваемости различных металлов.

Свариваемостью называется способность металла или сочетания металлов образовывать при установленной технологии сварки соединения, отвечающие требованиям, обусловленным конструкцией и эксплуатацией изделия.

По свариваемости углеродистые стали условно подразделяются на четыре группы:

I — хорошо сваривающиеся;
II — удовлетворительно сваривающиеся, т. е. для получения качественных сварных соединений деталей из этих сталей необходимо строгое соблюдение режимов сварки, специальные присадочные материалы, определенные температурные условия, а в некоторых случаях — подогрев, термообработка;
III — ограниченно сваривающиеся, для получения качественных сварных соединений необходим дополнительный подогрев, предварительная или последующая термообработка;
IV — плохо сваривающиеся, т. е. сварные швы склонны к образованию трещин, свойства сварных соединений пониженные, стали этой группы обычно не применяют для изготовления сварных конструкций.

Все низкоуглеродистые стали хорошо свариваются существующими способами сварки плавлением. Обеспечение равнопрочности сварного соединения не вызывает затруднений. Швы имеют удовлетворительную стойкость против образования кристаллизационных трещин. Это обусловлено низким содержанием углерода. Однако в сталях, содержащих углерод по верхнему пределу, вероятность возникновения холодных трещин повышается, особенно с ростом скорости охлаждения (повышение толщины металла, сварка при отрицательных температурах, сварка швами малого сечения и др.). В этих условиях, для предупреждения появления трещин, применяют предварительный подогрев до 120—200 °C.

В табл. 1. приведено обозначение химических элементов в марке легированной стали, а в табл 2 — состав некоторых марок сталей. В табл. 3 приведено примерное назначение различных марок сталей.

Таблица 1. Обозначение химических элементов в марке легированной стали

Таблица 2. Массовая доля химических элементов в различных марках стали в %

ГОСТ 2379-77 Пластины из быстрорежущей стали к резцам. Формы и размеры

Такой материал, как быстрорежущие стали, отличается уникальными свойствами, что дает возможность использовать его для изготовления инструментов, обладающих повышенной прочностью. Характеристики сталей, относящихся к категории быстрорежущих, позволяют производить из них инструменты самого различного назначения.

Фрезы, метчики, развертки – типичные изделия, производимые из высококачественной быстрорежущей стали

Характеристики быстрорежущих сталей

К категории быстрорежущие стали относят сплавы, химический состав которых дополнен рядом легирующих добавок. Благодаря таким добавкам сталям придаются свойства, позволяющие использовать их для изготовления режущего инструмента, способного эффективно работать на высоких скоростях. Быстрорежущие инструментальные стали от обычных углеродистых сплавов как раз и отличает то, что инструмент, который из них изготовлен, может с успехом применяться для обработки твердых материалов на повышенных скоростях.

Фрезеровка детали на профессиональном гравировальном станке

К наиболее примечательным характеристикам, которыми отличаются быстрорежущие стали различных марок, нужно отнести следующие.

Твердость, сохраняемая в горячем состоянии (горячая твердость). Как известно, любой инструмент, используемый для выполнения обработки резанием, в процессе такой обработки интенсивно нагревается. В результате нагрева обычные инструментальные стали подвергаются отпуску, что в итоге приводит к снижению твердости инструмента. Такого не происходит, если для изготовления была использована быстрорежущая сталь, которая способна сохранять свою твердость даже при нагреве инструмента до 6000. Что характерно, стали быстрорежущих марок, которые часто называют быстрорезы, обладают даже меньшей твердостью по сравнению с обычными углеродистыми, если температура резания находится в нормальных пределах: до 2000.
Повышенная красностойкость. Данный параметр любого металла характеризует период времени, в течение которого инструмент, изготовленный из него, способен выдерживать высокую температуру, не теряя своих первоначальных характеристик. Быстрорежущие стали в качестве материала для изготовления режущего инструмента не имеют себе равных по данному параметру.
Сопротивление разрушению. Режущий инструмент, кроме способности переносить воздействие повышенных температур, должен отличаться и улучшенными механическими характеристиками, что в полной мере демонстрируют стали быстрорежущих марок. Инструмент, изготовленный из таких сталей, обладающий высокой прочностью, может успешно работать на большой глубине резания (сверла) и на высоких скоростях подач (резцы, сверла и др.).

Характеристики и назначение быстрорежущих сталей

Быстрорез, за что его любят?

Самое важное преимущество инструмента из быстрорежущей стали – скорость резания. В момент появления инструменты были на грани фантастики и превосходили все ожидания. Конкурентами на тот момент у быстрорезов были инструментальные стали, их главный бич — полное отсутствие горячей твердости. Вот три пункта превосходства инструмента из быстрорежущей стали, за что они и обрели популярность: Важнейшее свойство – красностойкость. Определяет, сколько времени инструмент способен испытывать высокие температуры, прежде чем его режущие кромки начнут походить на печенье, упавшее в молоко. Например Р18 за 4 часа при температуре 620 градусов снизит прочность до 59 HRC. Наиболее ходовые инструментальные стали: У10, У12 120 выдержат нагрев 150-200, их твердость упадет не значительно, до HRC63. Дальнейшее повышение температур попросту критично и абсолютно не допустимо. Горячая твердость, вот за что быстрорез получил свое имя. Обработка металлов сильно нагревает инструмент. Традиционные приспособления из инструментальной стали, если смотреть на диаграмму отношения температуры и твердости, падали в бездну после порога в 200 градусов. Быстрорежущая сталь легко держала 60 HRC и при 600. Наиболее совершенные сплавы с высоким содержанием кобальта и 700 градусов. При использовании охлаждения скорость резания была огромной и полностью удовлетворяла всем требованиям. Для инструмент очень важна прочность или ударная прочность. Когда режущая кромка без последствий переносила ударные нагрузки, особенно при долбежных операциях, прерывистом точении и фрезеровке. Инструменты из быстрорежущей стали легко справлялись с этим наравне или лучше чем стали инструментальные.

Расшифровка обозначения марок сталей

Изначально быстрорежущая сталь как материал для изготовления режущих инструментов была изобретена британскими специалистами. С учетом того, что инструмент из такой стали может использоваться для высокоскоростной обработки металлов, этот материал назвали «rapidsteel» (слово «рапид» здесь как раз и означает высокую скорость). Такое свойство данных сталей и придуманное им в свое время английское название послужили причиной того, что обозначения всех марок данного материала начинаются с буквы «Р».

Правила маркировки сталей, относящихся к категории быстрорежущих, строго регламентированы соответствующим ГОСТ, что значительно упрощает процесс их расшифровки.

Первая цифра, стоящая после буквы Р в обозначении стали, указывает на процентное содержание в ней такого элемента как вольфрам, который во многом и определяет основные свойства данного материала. Кроме вольфрама быстрорежущая сталь содержит в своем составе ванадий, молибден и кобальт, которые в маркировке обозначаются, соответственно буквами Ф, М и К. После каждой из такой буквы в маркировке стоит цифра, указывающая на процентное содержание соответствующего элемента в химическом составе стали.

Пример расшифровки марки быстрорежущей стали

В зависимости от содержания в составе стали тех или иных элементов, а также от их количества, все подобные сплавы делятся на три основных категории. Определить, к какой из категорий относится сталь, достаточно легко, расшифровав ее маркировку.

Итак, стали быстрорежущих марок принято разделять на следующие категории:

сплавы, в которых кобальта содержится до 10%, а вольфрама до 22%; к таким сталям относятся сплавы марок Р6М5Ф2К8, Р10М4Ф3К10 и др.;
стали с содержанием не более 5% кобальта и до 18% вольфрама; такими сталями являются сплавы марок Р9К5, Р18Ф2К5, Р10Ф5К5 и др.;
сплавы, в которых как кобальта, так и вольфрама содержится не более 16%; к таким сплавам относится сталь Р9, Р18, Р12, Р6М5 и др.

Определение разновидности стали по искре

Как уже говорилось выше, характеристики сталей, относящихся к категории быстрорежущих, преимущественно определяются содержанием в них такого элемента как вольфрам. Следует иметь в виду, что если в быстрорежущем сплаве содержится слишком большое количество вольфрама, кобальта и ванадия, то по причине формирования карбидной неоднородности такой стали режущая кромка инструмента, который из нее изготовлен, может выкрашиваться под воздействием механических нагрузок. Таких недостатков лишены инструменты, изготовленные из сталей, содержащих в своем составе молибден. Режущая кромка подобных инструментов не только не выкрашивается, но и отличается тем, что имеет одинаковые показатели твердости по всей своей длине.

Маркой стали для изготовления инструментов, к которым предъявляются повышенные требования по их технологическим характеристикам, является Р18. Обладая мелкозернистой внутренней структурой, такая сталь демонстрирует отличную износостойкость. Преимуществом использования стали данной марки является еще и то, что при выполнении закалки изделий из нее они не перегреваются, чего не скажешь о быстрорежущих сплавах других марок. По причине достаточно высокой стоимости инструментов, изготовленных из стали этой марки, ее часто заменяют на более дешевый сплав Р9.

Технические характеристики стали марки Р18

Достаточно невысокая стоимость стали марки Р9, как и ее разновидности — Р9К5, которая по своим характеристикам во многом схожа с быстрорежущим сплавом Р18, объясняется рядом недостатков данного материала. Наиболее значимым из них является то, что в отожженном состоянии такой металл легко поддается пластической деформации. Между тем сталь марки Р18 также не лишена недостатков. Так, из данной стали не изготавливают высокоточный инструмент, что объясняется тем, что изделия из нее плохо поддаются шлифовке. Хорошие показатели прочности и пластичности, в том числе и в нагретом состоянии, демонстрируют инструменты, изготовленные из стали марки Р12, которая по своим характеристикам также схожа со сталью Р18.

Свойства стали марки Р9К5

II. МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ

2.1. Контроль внешнего вида осуществляется визуально при помощи лупы увеличения 4 по ГОСТ 25706.

2.2. Контроль параметров резцов проводят средствами контроля, имеющими погрешности измерения не более:

при контроле линейных размеров-значений, указанных в ГОСТ 8.051;

при контроле угловых размеров — 35 % допуска на проверяемый угол;

при контроле формы и расположения поверхностей — 25 % допуска на проверяемый параметр.

2.3. Контроль параметров шероховатости поверхностей резцов осуществляют сравнением с образцами шероховатости по ГОСТ 9378 или контрольными образцами, имеющими значения параметров шероховатости поверхностей не более указанных в п. 6.

2.4. Контроль твердости (п. 3) осуществляют в соответствии с ГОСТ 9013 приборами ТР по ГОСТ 23677.

2.5. Испытания резцов на работоспособность, средний и установленный периоды стойкости должны проводиться на токарных, строгальных и долбежных станках, соответствующих установленным для них нормам точности и жесткости.

2.6. Испытания резцов проводят на заготовках из стали марки 45 по ГОСТ 1050 твердостью 187-207 НВ с охлаждением 5 % раствором эмульсола в воде с расходом не менее 5 л/мин.

2.6.1. Вершины резцов устанавливают по линии центров станка с допустимыми отклонениями не более, мм:

js14…………………………………….. для точения наружных поверхностей;

……………………………………… для точения внутренних поверхностей;

-10………………………………………. для отрезки и прорезки.

2.6.2. Вылет режущей части резцов из резцедержателя не должен превышать:

(1,2 — 1,3)Н…………………………………… для точения наружных поверхностей;

длины оттянутой части резца………. для точения внутренних поверхностей;

длины узкой части резца……………… для прорезки и отрезки;

Н…………………………………………………. для строгания и долбления прямыми резцами;

2Н……………………………………………….. для строгания изогнутыми резцами.

2.7. Поверхности заготовки для испытаний должны быть предварительно обработаны до параметра шероховатости Ra

≤ 12,5 мкм, допуск радиального биения 0,1 мм.

2.8. Испытания резцов на работоспособность, средний и установленный периоды стойкости проводят на режимах, установленных в табл. 3 — 5.

Читайте также: