Лекции Т К М 2013 1

обозначению этих групп добавляются индексы. Сварные конструкции изготовляют главным образом из спокойной и полуспокойной стали групп Б и В.

10.3. Качественные конструкционные углеродистые стали

Эти стали выплавляют в мартеновских и электрических печах и в зависимости от степени раскисления преимущественно могут быть спокойными или кипящими. По сравнению со сталями обыкновенного качества качественные стали выплавляются с соблюдением более строгих условий ведения плавки и разливки. К сталям этой группы предъявляются более высокие требования относительно химического состава. Ограничены пределы по содержанию углерода,

неметаллических включений и вредных примесей: содержание серы – не более

0,04% и фосфора не более 0,035%.

Качественные углеродистые стали маркируются двузначными цифрами 05, 08, 10, 15, 20…35, указывающими среднее содержание углерода в сотых долях процента. Например, сталь 08 содержит 0,08% углерода (пределы содержания

0,056 – 0,11 %), сталь 15 – 0,15% (0,12 – 0,19%), сталь 45 – 0,45% (0,42 – 0,5%) и

т.д.

При обозначении кипящей и полуспокойной стали в конце марки указывается степень раскисления: кп или пс (например, 08кп или 20пс). В случае спокойной стали индекс раскисления не указывается.

Химический состав и механические свойства углеродистых качественных конструкционных сталей.

Низкоуглеродистые стали 05кп, 08, 08кп, 10, 10кп обладают невысокой прочностью и высокой пластичностью. Эти стали без термической обработки применяются для малонагруженных деталей (прокладки, шайбы, капоты тракторов, змеевики и т. д.), элементов сварных конструкций, штампованных изделий и т. д. Штампуемость стали тем хуже, чем больше в ней углерода.

Кремний, повышая предел текучести, снижает штампуемость, особенно способность принимать вытяжку. Поэтому для холодной штамповки более широко применяют холоднокатаные кипящие стали 08кп, 10кп, 15кп.

Стали 15, 20, 20кп, 25 поступают в виде проката, поковок, труб, листов,

ленты и проволоки и предназначаются для неответственных деталей. Сталь хорошо сваривается. Эти стали после последующей упрочняющей химико-термической обработки (цементации и цианирования) применяются и для деталей, работающих в условиях изнашивания при невысоких нагрузках, например, кулачковых валиков,

рычагов, осей, втулок, малонагруженных шестерен, шпинделей, вилок и валиков переключения передач, толкателей клапанов, пальцев рессор и др.

Среднеуглеродистые стали 30, 35, 40, 45, 50 применяются для самых разнообразных деталей во всех отраслях машиностроения (коленчатые и распределительные валы, шатуны, шестерни, шпиндели, фрикционные диски,

штоки, траверсы, плунжеры и т.д.). Стали 60, 65, 70, 75, 80 и 85 обладают высокой прочностью, износостойкостью и высокими упругими свойствами. Из этих сталей изготовляют пружины и рессоры, замковые шайбы, прокатные валки, бандажи трамвайных вагонов и т. д.

Качественные стали могут быть с повышенным содержанием марганца 0,7 – 1,0 % (15Г, 25Г, 35Г, 40Г, 45Г, 50Г и др.). Марганец повышает пределы прочности

и текучести, но несколько снижает пластичность и вязкость. Эти стали применяются для тех же случаев, что и аналогичные стали с нормальным содержанием марганца (0,25 – 0,7 %).

10.4. Автоматные стали

Характерной особенностью автоматных сталей является хорошая обрабатываемость резанием на металлорежущих станках. Это достигается повышением в автоматных сталях содержания серы (0,08 – 0,3 %) и фосфора (0,05

– 0,15 %).

Для улучшения обработки стали резанием сталь нередко легируют свинцом

(0,15 – 0,3 %). Стали маркируются буквой А – автоматная, после которой следует цифра, указывающая среднее содержание углерода в сотых долях процента.

Химический состав и механические свойства автоматных сталей

(ГОСТ 1414-94)

Сталь А12 применяется для изготовления винтов, болтов, гаек и различных

мелких деталей сложной конфигурации на быстроходных автоматах.

Стали А20, А30, А40Г используются для изготовления деталей, работающих

вусловиях повышенных напряжений.

10.5.Углеродистые стали для отливок

Втяжелом, энергетическом и транспортном машиностроении широко применяют стальные фасонные отливки. Стали эти маркируются буквой Л – литая,

перед ней ставятся цифры, указывающие среднее содержание в стали углерода в сотых долях процента. Для фасонного литья применяют углеродистые стали 15Л, 20Л, 40Л, 50Л, 70Л. Сталь 20Л используется для литья станин прокатных станов,

траверс, зубчатых колес. Сталь 30Л – для литья маховиков, цилиндров, станин,

станков.

40Л и 45Л – для литья тормозных дисков, опорных катков и др. деталей.

Высокоуглеродистые стали 50Л, 55Л применяются для износостойких отливок, не испытывающих ударных нагрузок. Литая сталь по сравнению с деформированной при одинаковом значении пределов текучести и прочности имеет меньшую пластичность и вязкость.

10.6. Инструментальные углеродистые стали

Инструментальные углеродистые стали – это большая группа сталей,

которые в результате термической упрочняющей обработки получают высокую твердость и износостойкость, необходимые при обработке металлов резанием и давлением. Они содержат от 0,65 до 1,35 % С. Эти стали подразделяются на качественные и высококачественные. Высококачественная сталь отличается от качественной пониженным содержанием кремния, марганца, серы и фосфора.

Твердость высококачественной стали не выше, чем твердость качественной,

однако высококачественная сталь прочнее, лучше противостоит действию ударных нагрузок, дает при закалке меньше брака. Высококачественную сталь выплавляют в электрических печах, а качественную – в мартеновских.

Маркируются эти стали следующим образом: впереди ставится буква У – углеродистая, за ней цифра, означающая среднее содержание углерода в десятых долях процента. Если сталь высококачественная, то справа от цифры ставится буква А.

Химический состав (%)инструментальных углеродистых сталей

(ГОСТ 1435 – 90).

Примечание. В высококачественных углеродистых сталях (У7А – У13А)

содержится 0,15 – 0,30 % Mn, 0,15 – 0,30 % Si. Содержание серы и фосфора не должно превышать в сталях (У7 – У13) – 0,020% S и 0,030 % Р. Назначение инструментальной углеродистой стали различных марок следующее: У7 и У7А – для инструментов и изделий, подвергающихся ударам и требующих высокой вязкости при умеренной твердости (зубила, молотки слесарные и кузнечные,

штампы, клейма, масштабные линейки, инструмент по дереву, центра токарных станков и т.д.); У8 и У8А – для инструментов и изделий, требующих повышенной твердости и достаточной вязкости (пробойники, зубила, кернеры, пуансоны, ножи и ножницы по металлу, отвертки, столярный инструмент, буры средней твердости);

У9 – У9А – для инструментов, требующих высокой твердости при некоторой вязкости (штемпеля, кернеры, зубила по каменным породам и столярный инструмент); У10 и У10А – для инструментов не подвергающихся сильным ударам и требующих высокой твердости при незначительной вязкости (строгальные резцы,

фрезы, метчики, развертки, плашки, буры по твердым породам, ножовочные

Для конструкционных сталей цифры с левой стороны букв обозначают среднее содержание углерода в сотых долях процента, например, 45ХВ, 12ХН,

5ХНТ. Если содержание легирующего элемента в стали около 1%, то после буквы цифры не ставятся, например, ХГ. Если впереди марки нет цифры, то это значит,

что углерода около 1%, например, Х12. Если содержание легирующего элемента в стали больше 1%, то после буквы указывается его среднее значение в целых процентах, например, Х18Н10Т.

В качестве основных легирующих элементов в конструкционных сталях используются хром Cr, никель Ni, кремний С. Такие легирующие элементы, как молибден Mo, вольфрам W, ванадий V и титан Т обычно используются в сталях в сочетании с хромом Cr и никелем Ni с целью дополнительного повышения их физико-механических свойств. Их количество в конструкционных сталях, как правило, не превышает 1%. Общее количество легирующих элементов в конструкционных сталях обычно не превышает 7 – 8%.

Поставляются конструкционные легированные стали по ГОСТ 4543-71. По содержанию углерода они делятся на две группы: малоуглеродистые цементируемые стали, содержащие до 0,2% углерода и подвергающиеся в

последующем дополнительному насыщению углеродом при химико-термической обработке, и среднеуглеродистые улучшаемые стали, содержащие 0,25 – 0,5%

углерода и подвергающиеся в последующем термическому упрочнению путем закалки и высокого отпуска (улучшению). Легированные стали выплавляются с малым содержанием вредных примесей (сера и фосфор менее 0,035%) и являются качественными. Вместе с тем производятся также высококачественные стали. В

этом случае, как и в углеродистой стали, в конце марки ставится буква «А»,

обозначающая высококачественную сталь, т.е. сталь, в которой содержится значительно меньше серы и фосфора (не более 0,025%), например, 30ХГСА. Для пояснения расшифруем некоторые марки. Например, сталь 12Х2Н4А –

хромоникелевая высококачественная сталь с содержанием 0,12% С, 2% Cr, 4% Ni.

Сталь марки ХВ5 – хромовольфрамовая сталь с содержанием углерода 1%, хрома

1%, вольфрама 5%.

В инструментальных сталях вначале, как правило, ставиться одна цифра,

показывающая содержание углерода в десятых долях процента, например, 7ХФ,

3Х2В8Ф. Если углерода не более 1%, то вначале цифра не ставиться, например,

ХГ, ХВГ. Исключение из этого правила составляют две марки: 11ХФ и 13Х.

Стали с особыми свойствами (жаростойкие, жаропрочные, коррозионно-

стойкие нержавеющие) маркируются точно также как конструкционные легированные стали, например, 08Х13, 12Х17, 12Х18Н10Т, 40Х10С2М.

Следует отметить, что суммарная доля легирующих элементов в сталях с особыми свойствами в большинстве случаев значительно превышает 10%

Указанная система маркировки охватывает большинство легированных сталей. Исключение составляют некоторые группы сталей, которые дополнительно обозначаются буквой: Р – быстрорежущие, Е – магнитные, Ш – шарикоподшипниковые, Э – электросталь.

10.8. Строительные стали

Низколегированные конструкционные стали широко применяются в строительстве и машиностроении для изготовления горячекатаного проката различных профилей, предназначенных для сварных конструкций и содержат легирующих элементов до 5%. По сравнению с углеродистыми сталями эти стали обладают повышенной прочностью, износостойкостью, пластичностью при низких температурах, коррозионной стойкостью и хорошей свариваемостью. В

соответствии с ГОСТ 277-88 в зависимости от механических свойств (не принимая во внимание химический состав) эти стали подразделяются на классы: стали обычной прочности, повышенной прочности и высокой прочности.

Классы строительных сталей