Виды и марки сталей
Химический состав сталей различен; различны их свойства и различно их назначение. Свойства стали зависят в основном от содержания углерода.
Между тем, кроме железа и углерода в стали могут также находиться в значительных количествах и другие элементы, существенно влияющие на свойства этого материала.
Поскольку присутствие углерода в стали больше всего изменяет ее свойства, то по его процентному содержанию стали можно разделить на два основных класса: конструкционные и инструментальные.
Конструкционные стали содержат не более 0,7% углерода и служат для изготовления деталей машин; инструментальные стали с содержанием углерода свыше 0,7% применяются ири изготовлении инструмента.
Конструкционные стали различны по химическому составу, но все они могут быть сведены к трем основным видам:
1) углеродистым, т. е. сталям, не имеющим, кроме железа и углерода, других элементов, которые бы серьезно повлияли на свойства стали;
2) легированным, в составе которых имеется небольшое количество дополнительных, как говорят, легирующих элементов, резко улучшающих свойства стали (хром, вольфрам, кремний и др.);
3) высоколегированным, или особым сталям.
К какому бы виду ни относилась сталь, в ее составе, кроме железа и углерода, находится небольшое количество неизбежных примесей. Неизбежные примеси кремния (до 0,5%) и марганца (до 0,7%) не оказывают заметного влияния на качество стали, между тем, как даже сотые доли процента серы и фосфора резко ухудшают ее свойства.
Независимо от вида стали, качество ее может быть различным. Однако под качеством стали не следует понимать улучшение ее свойств добавкой легирующих элементов. Качество стали определяется только ее чистотой и однородностью.
С этой точки зрения стали могут быть трех сортов: стали обыкновенного качества, стали качественные и стали высококачественные.
Углеродистые стали обыкновенного качества (по ГОСТ 380—50) изготовляются шести марок: от марки МСт. 2 (углерода около ’0 Л 2 о/о) до марки МСт. 7 (углерода 0,5—0,63).
Качественные углеродистые стали изготовляются согласно ГОСТ 1050—52 следующих марок: 05; 08; 10; 15; 20; 25; 35; 40; 45; 50 и 55. К качественным углеродистым сталям относятся и стали с повышенным содержанием марганца (стали 15Г-4-50Г и др.).
Обозначение марки качественной стали указывает на среднее содержание углерода в сотых долях процента.
Стали с низким содержанием углерода (до 0,25%) применяются-для изготовления малоответственных деталей и деталей, подвергаемых сварке и цементации. Стали с содержанием углерода свыше 0,35% служат для изготовления нагруженных частей машин и приспособлений.
Другой вид сталей — это стали легированные.
Легирующие элементы, входящие в состав таких сталей, существенно изменяют их свойства.
Марганец — повышает прочность и твердость стали, сохраняя ее вязкость; он сильно увеличивает износоустойчивость стали, но ослабляет ее магнитные свойства.
Кремний — увеличивает упругость стали и в то же время улучшает ее магнитные свойства.
Хром — увеличивает прочность, твердость и износостойкость стали, улучшает ее магнитные свойства; повышает стойкость против окисления, увеличивает глубину закалки.
Никель — сильно увеличивает пластичность и вязкость стали, но ухудшает магнитные свойства.
Вольфрам — дает возможность сохранить свойства стали при нагреве; улучшает ее литейные качества и увеличивает глубину закалки.
Ванадий — содействует сохранению прочности стали при высокой температуре и также увеличивает глубину закалки.
Присутствие легирующих элементов в сталях дает им соответствующие названия: сталь, в которой имеется хром, называется хромистой (15Х, 40Х и др.); сталь, содержащая никель — никелевой (ЗОН и др.); содержащая хром и никель — хромоникелевой и т. д.
Химический состав той или иной легированной стали определяет ее марку. Поэтому стандартное условное обозначение марки такой стали соответствует ее химическому составу и начинается с цифр, указывающих количество углерода, содержащегося в стали в сотых долях процента.
Дальше следуют буквенные обозначения, характеризующие содержание легирующих элементов. Так, буква Г — означает наличие марганца, С — кремния, X — хрома, Н — никеля, В — вольфрама, М — молибдена, Т — титана, Ф — ванадия, Ю — алюминия.
В случае, если содержание, какого-нибудь легирующего элемента превышает 1%, рядом справа его буквенного обозначения ставится цифра, указывающая содержание элемента в процентах,, округленная до целого числа. Так, например, марка легированной стали 20Х2Н4А представляет собой высококачественную (буква А) легированную хромоникелевую сталь, в состав которой входят 0,20% углерода, 2% хрома и 4% никеля.
В инструментальном производстве находят наиболее широкое применение следующие марки легированных сталей: 15Х, ЗОН, 40Х, 40ХН, 40ХГ, 4.0ХС, 35ХЮА. 38ХМЮА, ШХ15, 60С2А и др.
Третий вид сталей — это высоколегированные стали. Их особые механические и физические свойства создаются введением в состав-большого количества легирующих элементов.
По этой причине стали становятся нержавеющими (Х18, 1Х18Н9Т), жаропрочными (Х25Т) и немагнитными или же, наоборот, обладающими высокими магнитными свойствами.
—
Свойства сталей зависят от количества в них углерода и других элементов.
Если в сталях нет других добавок, кроме углерода, то их называют углеродистыми.
Стали, содержащие, кроме железа и углерода, еще и другие химические элементы, улучшающие их качества, называются легированными.
По содержанию углерода стали делятся на две группы: конструкционные, содержащие малое количество углерода (до 0,7%), и инструментальные, содержащие углерода более 0,7%.
Конструкционные стали благодаря малому содержанию в них углерода обладают пластичностью, легко поддаются обработке. “Конструкционные углеродистые стали бывают обыкновенные и качественные.
Обыкновенную углеродистую сталь обозначают марками Ст. 0, Ст. 1, Ст. 2 и т. д. до Ст. 6. Из таких сталей изготовляют рельсы, балки, каркасы железобетонных конструкций, а также детали различных менее ответственных изделий: замков, дверных ручек, оконных и дверных петель и т. п.
Качественную углеродистую сталь обозначают марками Ст. 10, Ст. 15, Ст. 20 и т. д. до Ст.
60. В этих сталях содержание углерода указывается в сотых долях процента. Марка Ст.
50, например, означает, что содержание углерода в стали составляет в среднем 0,5%. Качественные углеродистые стали применяются для изготовления частей машин.
Инструментальными называются стали, содержащие от 0,7% до 1,7% углерода, которые благодаря своей твердости употребляются для изготовления инструментов. Различают углеродистые инструментальные стали: У7, У8, У9, У10, У12, У13 и высококачественные У7А, У8А и так далее до У13А.
В марке инструментальной стали буква У обозначает углерод, цифра — его количество в десятых долях процента, буква А — высококачественную сталь.
Из инструментальных сталей изготовляются слесарные и кузнечные инструменты. Для инструментов, подвергающихся ударам и толчкам, берут инструментальные стали с небольшим содержанием углерода, так как они обладают большей вязкостью и менее хрупки.
Например, сталь У7А идет на изготовление зубил, кернеров, бородков,-отверток ичт. д. Из сталей У12, У12А, У13, У13А изготовляют напильники, сверла, метчики, шаберы.
Углеродистые стали с увеличением содержания углерода не только увеличивают свою прочность и твердость, но и значительно теряют пластичность и вязкость, становятся более хрупкими. Режущие инструменты из углеродистых сталей при нагревании свыше 180° начинают терять твердость.
Поэтому ответственные части машин и инструменты изготовляются из легированных сталей.
Легированные стали сохраняют свою твердость и при нагреге до более высоких температур (до 600°). Марки легированных сталей зависят от их химического состава, т. е. от наличия в стали других химических элементов.
Например, марка 30ХН2 означает хромо-никелевую сталь с содержанием углерода 0,30%, хрома около 1% и никеля около 2%. Двузначное число указывает содержание углерода в сотых долях процента, буквы обозначают легирующие элементы: X — хром, Н — никель, В — вольфрам, М — молибден, Г — марганец, С — кремний.
Если содержание легирующего элемента превышает 1%, то за его буквенным обозначением ставится число, указывающее количество этого элемента в процентах.
Хром придает стали хорошую сопротивляемость износу, а с увеличением количества углерода в стали — высокую твердость. Хромистую сталь широко применяют в авиационной и автомобильной промышленности для изготовления зубчатых колес, шарикоподшипников, коленчатых валов.
Никель увеличивает прочность, вязкость и твердость стали, не снижая ее пластичности. Хромоникелевая сталь идет на изготовление деталей, выдерживающих большую нагрузку (шатуны, поршневые пальцы автомобильного” двигателя).
Вольфрам придает стали твердость и увеличивает ее стойкость при нагревании (резцы, метчики).
