На головну

вуглецеві сталі

  1. XVII. дослідження кришталика
  2. А) негативно ставилися до особи І. В. Сталіна і його методам будівництва соціалізму
  3. атмосферостійкі стали
  4. Б) протиставити сталіністам серйозну політичну і економічну альтернативу
  5. Боротьба за владу в керівництві країни після смерті І. В. Сталіна
  6. Боротьба за сталінську спадщину після смерті Сталіна
  7. швидкорізальної сталі

Науковий редактор А. Я. Шатов

Редактор видавництва Л. Н. Мажугіна

Комп'ютерний набір М. Є. Амбросимова

Темплан 2010, п 106


Підписано до друку Формат 60 ? 84 1/16. Папір офсетний. офсетний друк. Ум. печ. л.1,68. Уч.- вид. л.1,68.


Брянський державний технічний університет

241035, Брянськ, бульвар ім 50-річчя Жовтня, 7, БГТУ. Тел. 58-82-49

Лабораторія оперативної поліграфії БГТУ, вул. Інститутська, 16

вуглецеві сталі

Вплив вуглецю і домішок на властивості сталі.вуглець істотно впливає на властивості стали навіть при незначній зміні його змісту. У стали є дві фази - ферит і цементит. Кількість цементиту зростає прямо пропорційно вмісту вуглецю. Як вже говорилося, ферит характеризується високою пластичністю і низькою твердістю, а цементит, навпаки, дуже низькою пластичністю і високою твердістю. Тому з підвищенням вмісту вуглецю до 1,2% знижуються пластичність і в'язкість стали і підвищуються твердість і міцність.

Підвищення вмісту вуглецю впливає також і на 'технологічні властивості стали. Гнучкість, зварюваність і оброблюваність різанням погіршуються, але ливарні властивості поліпшуються.

Крім заліза і вуглецю в стали завжди присутні постійні домішки. Наявність домішок пояснюється технологічними особливостями виробництва сталі (марганець, кремній) і неможливістю повного видалення домішок, що потрапили в сталь із залізної руди (сірка, фосфор, кисень, водень, азот). Можливі також випадкові домішки (хром, нікель, мідь і ін.).

Марганець і кремній вводять в будь-яку сталь для розкислення, т. е для видалення шкідливих домішок оксиду заліза Рео. Марганець також усуває шкідливі сірчані з'єднання заліза. При цьому вміст марганцю зазвичай не перевищує 0,8%, а кремнію - 0,4%. Марганець підвищує міцність, а кремній пружність стали.

фосфор розчиняється в фериті, сильно спотворює кристалічну решітку, знижуючи при цьому пластичність і в'язкість, але підвищуючи міцність. Шкідливий вплив фосфору полягає в тому, що він сильно підвищує температуру переходу стали в крихке стан, т. Е викликає її хладноломкость. Шкідливість фосфору посилюється тим, що він може розподілятися в стали нерівномірно. Тому вмісту фосфору в сталі обмежується величиною 0,045%.

сірка також є шкідливою домішкою. Вона нерозчинні в залозі і утворює з ним сульфід заліза Ре5, який утворює з залізом легкоплавкую евтектики. Евтектика розташовується по межах зерен і робить сталь крихкою при високих температурах. Це явище називається красноломкостью. Кількість сірки в стали обмежується 0,05%.

Водень, азот і кисень містяться в стали в невеликих кількостях. Вони є шкідливими домішками, що погіршують властивості стали.

Класифікація сталей.За хімічним складом статі можуть бути вуглецевими, що містять залізо, вуглець і домішки, до легованими, що містять додатково легуючі елементи, введені в сталь з метою «трансформаційних змін її властивостей.

За змістом вуглецю стали діляться на низьковуглецеві (до 0,25% С), середньовуглецеві (0,25 -), 7% С) і високовуглецеві (більше 0,7% С).

За призначенням розрізняють стали конструкційні, що йдуть на виготовлення деталей машин, конструкцій і озброєнь, інструментальні, що йдуть на виготовлення різного інструменту, а також стали спеціального призначення з особливими властивостями: нержавіючі, жаростійкі, жароміцні, зносостійкі, з особливими електричними і магнітними властивостями та ін ..

За показниками якості стали класифікуються на звичайної якості, якісні, високоякісні і особливо високоякісні. Якість стали характеризується сукупністю властивостей, які визначаються процесом виробництва, хімічним складом, вмістом газів і шкідливих домішок (сірки і фосфору). Відповідно до ГОСТу сталі звичайної якості повинні містити не більше 0,04% Р і 0,05 % 5, якісні - не більше 0,035% Р і 0,04% 5, високоякісні - не більше 0,025% Р і 0,025% 5 і особливо високоякісні -не більше 0,025% Р і 0,015% 5. Вуглецеві конструкційні сталі можуть бути тільки звичайної якості і якісними.

Вуглецеві сталі звичайної якостіпризначені для виготовлення невідповідальних будівельних конструкцій, кріпильних деталей, листів, труб, заклепок, рейок, валів, фланців, кулачків і т. д. Конструкційну вуглецеву сталь звичайної якості проводять відповідно до ГОСТ 380-94. Вона виплавляється в кисневих конвертерах і мартенівських печах.

Вуглецеві сталі звичайної якості маркуються буквами Ст, що означає сталь, і цифрами, що позначають порядковий номер марки. Випускається сім марок цих сталей: СТО, Ст1, Ст2, ..., Стб. Чим вище номер марки, тим більше вміст вуглецю і, відповідно, вище міцність і нижче пластичність. Для позначення способу розкислення в марці додають індекси: кп - кипляча, пс - полуспокойная, сп - спокійна. Марки сталей з підвищеним вмістом марганцю містять букву Г. Хімічний аналіз стали повинен відповідати нормам, зазначеним у табл. 3.1. У всіх сталях, крім сто, вміст сірки не повинно перевищувати 0,05%, а фосфору - 0,04%. У стали сто сірки повинно бути не більше 0,06%, фосфору - 0,07%.

Приблизна область застосування різних марок сталі звичайної якості: Стб - рейки, бандажі, кулачки, Ст5 - вали, осі, клини, Ст4 - зірочки, зубчасті колеса, фланці, СтЗ - листи, Ст2 - листи, дріт, Ст1 - болти, гвинти, заклепки.

якісна конструкційнавуглецева сталь, поставляється за хімічним складом і механічними властивостями. Вона виплавляється в кисневих конвертерах, мартенівських і електропечах. Допускається вміст сірки в цій стали до 0,04%, фосфору до 0,035%. Крім того, в якісної сталі може міститися до 0,3% нікелю, до 0,3% міді і до 0,25% хрому.

Залежно від хімічного складу сталь ділиться на дві групи: з нормальним вмістом марганцю; з підвищеним вмістом марганцю. Згідно ГОСТ 1050-88, встановлено такі марки якісної конструкційної сталі: 05кп, 08кп, 08, 08пс, Юкп, 10, юпс, 11кп, 15, 15кп, 15пс, 18кп, 20кп, 20пс, 20, 25, 30, 35, 40 , 45, 50, 55, 58 (55пп), 60. Дві перші цифри в марці показують середній вміст вуглецю в сотих частках відсотка. Індекси кп і пс позначають ступінь розкислення, для спокійної сталі ступінь розкислення не вказується. Якщо в кінці марки стоїть буква Г, це означає, що сталь містить підвищену кількість марганцю - до 0,9-1,25 (в нормальній стали 0,35-0,80% марганцю). Сталь марки 55пп (зниженої прожарюємо ™) гартується на глибину 1-2 мм, що замінює цементацию (див. Розділ 5).

Якісна конструкційна сталь має найбільше застосування в техніці, вона відрізняється від звичайної стали великими міцністю, пластичністю і опором ударним навантаженням. Якщо в сталі звичайної якості максимальна міцність становить 700 МПа, то в цій стали вона досягає 1100-1150 МПа, а твердість - 185 НВ. Нижче наведено призначення сталей різних марок.

Стали марок 05кп і 08кп відрізняються дуже високою пластичністю в холодному стані і тому застосовуються для глибокої витяжки при холодному штампуванні.

Стали марок Юкп, 10, 15кп, 15, 20 дуже пластичні, вони добре зварюються, куються, штампуються, піддаються цементації, міцність їх недостатньо висока. Їх використовують для виготовлення труб, гайок, втулок, шпильок міцністю 230-250 МПа.

Стали марок 25,30,35 після відповідної термообробки застосовуються для виготовлення деталей, що зазнають великі навантаження: валики, шайби, штифти, осі, з'єднувальні муфти, циліндри, преси, болти, гайки та ін. Міцність цих сталей 280-320 МПа.

До групи середньовуглецевих сталей відносять стали марок 40,45,50. Такі стали призначені для виготовлення деталей, що вимагають високої міцності або високої поверхневої твердості, а також деталей средненагруженних, що не піддаються в роботі стирання. Ці стали піддаються поверхневому загартуванню, зварюваність їх невисока, в незагартованим вигляді про = 340-380 МПа. Після гарту міцність зростає до 580-600 МПа. З таких сталей роблять гайки, шатуни, тяги, важелі. Особливо широко застосовують сталь марки 45. Вона йде для виготовлення колінчастих валів, втулок, шатунів, поршневих пальців.

Високовуглецеві стали марок 55, 60 відрізняються високими міцністю і твердістю і призначені для виготовлення валів прокатних станів, штоків, дроту тросів.

Стали з підвищеним вмістом марганцю - марок 60Г, 65Г, 70Г - володіють більш високими прокалівав- мостью і зносостійкість, застосовуються для виробництва пружин, ресор.

До конструкційних вуглецевої сталі відноситься також автоматна, відрізняється підвищеним вмістом сірки (до 0,3%) і фосфору (до 0,15%). Особливість цих сталей - добре обробляється різанням, так як сірка і фосфор різко знижують пластичність сталі. При механічній обробці утворюється коротка і ламка стружка, що особливо важливо для швидкохідних верстатів-автоматів. Поверхня оброблених деталей чиста і рівна. Призначені автоматні стали для виготовлення маловідповідальних деталей, від яких не потрібно високих механічних властивостей (пальці, втулки, кріпильні деталі та ін.). Маркуються ці стали: А12, А20, АЗВ, А35, А40. Число в марці вказує середній вміст вуглецю в сотих частках відсотка.

Інструментальна вуглецева сталь характеризується вмістом вуглецю від 0,7% і вище. Вона відрізняється високими твердістю, міцністю, призначена для виготовлення інструментів. За якістю ця сталь буває якісною і високоякісною. Марки для якісної сталі: У7, У8, У9, У10. У11, У12, У13; високоякісної: У7А, У8А, У9А, У10А, У11 А, У12А, У13А. Буква У позначає вуглецеву інструментальну сталь, буква А - високоякісну сталь, цифри вказують середній вміст вуглецю в десятих частках відсотка.

Більш докладно вуглецеві інструментальні сталі будуть розглянуті в розділі 6.5 разом з іншими інструментальними матеріалами.

2.Термічна і хіміко-термічна обробка сталей. Види і призначення термообробки.

Хіміко-термічна обробка (див. § 2 гл. IX) в порівнянні з поверхневою загартуванням, наприклад високочастотної, володіє деякими особливостями і перевагами (поступаючись поверхневому загартуванню в продуктивності), що і забезпечує застосування хіміко-термічної обробки.

Ці переваги і особливості полягають в наступному:

1. Незалежність від зовнішньої форми вироби. З однаковим успіхом можна обробляти як складні, так і прості за формою вироби, отримуючи по всій поверхні зміцнений шар однакової товщини. При поверхневій ж загартуванню зовнішня форма вироби має найважливіше значення. У багатьох деталей машин зовнішня форма така, що виключає можливість застосувати до них поверхневу загартування.

2. Більша відмінність між властивостями серцевини і поверхні, ніж при поверхневому загартуванню. При хіміко-термічній обробці різниця у властивостях визначається різницею в будові і в складі, а при поверхневому загартуванню - лише різницею в будові.

3. Наслідки перегріву поверхні можуть бути усунені наступною термічною обробкою, тоді як при поверхневому загартуванню перегрів не може бути усунутий, так як вона є останньою операцією.

Зазвичай при хіміко-термічній обробці деталь поміщають в середу, багату елементом, який дифундує в метал.

У разі газового оточення (найбільш частий випадок) при хіміко-термічній обробці відбуваються три елементарних процесу.

Перший процес - дисоціація - протікає в газовому середовищі і складається в розпаді молекул і утворення активних атомів дифундують елемента. наприклад:

2СО-СО2 + С або ШД-ДТ + М.

Ці реакції показують утворення активних атомів вуглецю і азоту, здатних розчинятися в металі.

Ступінь розпаду молекул газу (в%) називається ступенем дисоціації.

Другий процес - абсорбція - відбувається на кордоні газ - метал і складається в поглинанні (розчиненні) поверхнею вільних атомів. Цей процес можливий тільки в тому випадку, якщо дифундує елемент В здатний розчинятися в основному металі А.

Проникнення насичує елемента вглиб - дифузія - характеризує третій процес.

В результаті трьох перерахованих процесів утворюється дифузійний шар, який характеризується тим, що на поверхні концентрація диффундирующего елемента найбільша і поступово падає в міру віддалення від поверхні (фіг. 229), глибина проникнення (у на фіг. 229) дифундують атомів і буде являти собою товщину шару . Так йде справа, якщо дифундує елемент утворює з металом систему безперервних твердих розчинів. Якщо, проте, що насичує елемент В утворює з металом А систему сплавів з обмеженою розчинністю і з хімічними сполуками (фіг. 230, а), то будова шару буде визначатися ізотермічним розрізом діаграми стану цієї системи при температурі дифузійного насичення.

Припустимо, що системі - метал Л і дифундує елемент В- відповідає діаграма стану, зображена на фіг. 230, і що насичення проводиться при температурі / 1 °. 15 *

Якщо процеси дисоціації, абсорбції і дифузії йдуть досить активно і протягом достатнього часу, то на поверхні зможе утворитися шар твердого розчину В (А) змінної концентрації (див. Фіг. 230, б), під ним буде знаходитися подслой твердого розчину хімічної сполуки АПОТ теж змінної концентрації і, нарешті, шар твердого розчину А (В), що убуває від межі насичення (при даній температурі)

до нуля. На кордонах розділу шарів концентрація змінюється стрибкоподібно в відпо вії з умовами рівноважного співіснування фаз, як це випливає з діаграми стану фіг. 230, а.

Відстань від поверхні

Якщо процес насичення йде менш активно, то концентрація на поверхні не досягне 100% В і може, наприклад, рівнятися з '(див. Фіг. 230). Цей випадок рівносильний тому, що насичується поверхню як би перемістилася на фіг. 230, а в положення 0 '' і т. Д.

Фіг. 229. Зміна концентрації дифундують елемента по глибині шару.

Розрізняються два види дифузійного переміщення атомів в металах:

а) самодифузія, коли відбувається переміщення атомів основного металу в своїй власній кристалічній решітці,

б) гетеродіффузія, коли відбувається переміщення сторонніх (розчинених) атомів в чужій кристалічній решітці

термічною обробкою називається сукупність операцій нагрівання, витримки та охолодження твердих металевих сплавів з метою отримання заданих властивостей за рахунок зміни внутрішньої будови і структури.

Мета термообробки - надання сплавів таких властивостей, які потрібні в процесі експлуатації виробів. В результаті термообробки отримують найкраще поєднання механічних властивостей і хороші фізико-хімічні показники. Іноді термообробка є проміжною операцією, що знижує твердість сталі і поліпшує її різанням. Зміцнення термообробкою піддаються до 8-10% загальної виплавки сталі в країні, а в машинобудуванні - 40%.

Процес термообробки складається з нагрівання до певної температури, витримки при цій температурі і охолодження із заданою швидкістю. Термообробці піддають заготовки (ковані, штамповані та ін.), Деталі машин і інструменти. Мета термообробки заготовок - поліпшити їх структуру і знизити твердість, а деталям надати необхідні властивості - твердість, міцність, пружність, зносостійкість і ін. Поліпшення механічних властивостей дає можливість використовувати сплави більш простих складів, розширити область їх застосування. Термообробкою можна збільшити допустимі напруження, зменшити масу деталей і механізмів, підвищити їх надійність і довговічність.

Основоположником теорії і раціональних методів термообробки є Д. К. Чернов (1838-1921). Він встановив, що при нагріванні стали нижче лінії Аз 1 її структура і механічні властивості не змінюються, з якою б швидкістю її потім не охолоджували, і різко змінюються при нагріванні вище лінії Ас3 і швидкому охолодженні.

. ^ - Класифікація видів термічної обробки.Розрізняють такі види термічної обробки: відпал, загартування і відпустку. Ці види відрізняються один від одного температурою нагрівання, тривалістю витримки при цій температурі і швидкістю охолодження після закінчення витримки. Термообробка, може бути, простий і складатися з однієї із зазначених операцій або може складатися з декількох операцій.

отжигом називається вид термічної обробки, що складається в нагріванні металу, що має нестійкий стан в результаті попередньої обробки і приводить метал в більш стійкий стан. Якщо проведення відпалу не пов'язане з проведенням фазових перетворень, то він називається відпалом першого роду. При цьому перехід металу в більш стійке (рівноважний) стан відбувається за рахунок усунення хімічної неоднорідності, рекристалізації, зняття внутрішніх напружень. Відпал першого роду можливий для будь-яких металів і сплавів. Якщо у сплаву є фазове перетворення, то нагрівання металу з нерівноважної структурою вище температури фазового перетворення з наступним повільним охолодженням для отримання структурного рівноважного стану називається відпалом другого роду або фазової перекристалізацією.

Загартування. Розрізняють два види загартування: гарт без поліморфного перетворення і гарт з поліморфним перетворенням. Загартування без поліморфного перетворення з-варто в нагріванні сплаву до температури розчинення надлишкової фази, витримці при цій температурі для отримання однорідного твердого розчину і швидкому охолодженні з метою фіксації отриманого пересичені твердого розчину (див. розділ 4.8).

Загартуванням з поліморфним перетворенням називається вид термічної обробки, що складається в нагріванні сплаву вище температури фазового перетворення і наступному швидкому охолодженні з метою отримання структурного нерівноважногостану. Цей вид загартування характерний для сталей (див. Розділ 4.4). В результаті гарту сплав має структурно нестійкий стан.

відпусткою називається вид термічної обробки, що проводиться після гарту з поліморфним перетворенням і полягає в нагріві загартованого сплаву нижче температури фазового перетворення з метою приведення його у більш стійке структурне стан. Відпустка, що проводиться після гарту без поліморфного перетворення, називається старінням.

Крім власне термічної обробки існує ще хіміко-термічна і термомеханічна обробка. Хіміко-термічна обробка поєднує термічне і хімічний вплив на сплав. Вона полягає в нагріванні сплаву в відповідних хімічних реагентах для зміни складу і структури поверхневих шарів (див. Розділ 5.2). термомеханічна обробка складається в поєднанні пластичне деформації і термічної дії. -

 



Давидов Сергій Васильович | Стали звичайного якості
© um.co.ua - учбові матеріали та реферати