Классификация и маркировка легированной стали

Категория:
Сплавы


Классификация и маркировка легированной стали

Легированной сталью называют сталь, содержащую, помимо углерода и обычных примесей, .также и другие элементы, улучшающие ее свойства. ‘

Для легирования стали применяют хром, никель, марганец, кремний, вольфрам, молибден, ванадий, кобальт, титан, алюминий, медь и другие элементы. Марганец считается легирующим компонентом лишь при содержании его в стали более 1%, а кремний — при содержании более 0,8%.

Вводимые в сталь легирующие элементы изменяют ее механические, физические и химические свойства. В зависимости от назначения стали в нее вводят те или иные элементы, изменяющие свойства в нужном направлении. Важно отметить, что легированная сталь большинства марок приобретает высокие физико-механические свойства только после термической обработки. По суммарному количеству содержащихся в стали легирующих элементов она делится на низколегированную (суммарное содержание легирующих элементов менее 2,5%), среднелегированную (от 2,5 до 10%) и высоколегированную (более 10%).

Существенным недостатком углеродистой стали является то, что эта сталь не обладает нужным сочетанием механических свойств.

С увеличением содержания углерода увеличиваются прочность и твердость, но одновременно резко уменьшаются пластичность и вязкость, растет хрупкость.

Закаленные на мартенсит резцы и другие режущие инструменты углеродистой инструментальной стали тверды, но не выдерживают высокой скорости резания, так как теряют режущие свойства уже при нагреве до температуры 200°. Кроме того, режущие инструменты из углеродистой стали очень хрупки и непригодны для выполнения операции с ударной нагрузкой На инструмент.

Глубина проникновения закалки (прокаливаемость) углеродистой стали также невелика в связи с ее большой критической скоростью закалки. В результате на мартенсит закаливается только поверхностный слой деталей; внутренние слои оказываются закаленными на троостит или сорбит, а у более или менее массивных деталей — вовсе незакаленными. Таким образом, углеродистая сталь часто не отвечает требованиям ответственного машиностроения и инструментального производства. В таких случаях необходимо применять легированную сталь.

Легирующие элементы, вводимые в сталь, могут вступать в различные взаимодействия с железом и углеродом.

Все легирующие элементы образуют с железом как в у-, так и в а-модификации твердые растворы различной концентрации, т. е. могут входить в аустенит и феррит, упрочняя их. Однако на интервал существования у-железа примеси оказывают различное влияние: одни (например, никель) расширяют область существования у-железа и при достаточном их содержании делают аустенит устойчивым даже при комнатной температуре (такие стали называют аустенитными); другие (например, хром), наоборот, уменьшают интервал существования у-железа и могут совсем устранить аустенитное превращение. При достаточном содержании таких элементов (например, более 13% Сг) у-железо существовать не будет, и при всех температурах, вплоть до плавления, структура стали будет состоять только из феррита. Такие стали называют ферритными. Они закалки не принимают.

По отношению к углероду легирующие элементы разделяются на две группы:
1) элементы, образующие с углеродом устойчивые химические соединения — карбиды (хром, марганец, молибден, вольфрам, ванадий, титан); карбиды могут быть простые (например, Сг4С, Мо2С) или сложные легированные (например, (FeCr)7C3; (FeW)sC и др.); твердость их обычно выше твердости карбида железа, а хрупкость ниже;
2) элементы, не образующие в присутствии железа карбидов и входящие в твердый раствор — феррит (никель, кремний, кобальт, алюминий, медь).

Легированную сталь классифицируют по одному из следующих признаков:
а) по структуре в отожженном состоянии;
б) по структуре в нормализованном состоянии;
в) по назначению и др.

Классификация по структуре в отожженном состоянии. В зависимости от входящих в состав стали структурных составляющих различают доэвтектоидную, заэвтектоидную и ледебуритную сталь.

На рис. 1 приведена структурная диаграмма отожженной хромовой стали в зависимости от содержания углерода и хрома. При малых содержаниях хрома сталь может быть доэвтектоидной, эвтектоидной, заэвтектоидной и ледебуритной. Ледебуритная сталь по существу является хромовым белым чугуном, но хром настолько улучшает его свойства, что он удовлетворительно куется и в производстве используется как сталь.

Карбиды хрома, как и карбиды других элементов, играют в структуре ту же роль, что и цементит, частично замещая его в перлите и аустените. Поэтому в хромовых сталях перлит образуется не при 0,8% С, а при меньшем его содержании. Следовательно, карбидообразующие легирующие элементы (в том числе и хром) сдвигаютвлевоточки5и£’ диаграммы состояния системы железо—цементит. Концёнтрация легированного эвтектоида (точка S) для стали с различным содержанием хрома характеризуется линией I, а предельная концентрация углерода в легированном аустените-—линией II (рис. 1).

Рис. 1. Диаграмм разделения хромовой стали по структуре

Рис. 2. Диаграмма закал ивае» мости на воздухе никелевой стали

Доэвтектоидная сталь состоит из легированного перлита и избыточного легированного феррита, заэвтектоидная — из легированного перлита и карбидов, а ледебуритная — из легированны ледебурита и перлита и карбидов.

На диаграмме указана также область ферритной стали, получающейся при большом количестве хрома и малом количестве углерода.

Классификация по структуре в нормализованном состоянии. На рис. 2 приведена структурная диаграмма для охлажденной на воздухе никелевой стали в зависимости от содержания в ней никеля и углерода. Диаграмма показывает, что при охлаждении на воздухе может быть получена структура аустенита, мартенсита или смеси феррита с цементитом (перлит, сорбит, троостит) в зависимости от количества никеля и углерода. В соответствие с этим сталь делят на классы: аустенитный, мартенситный и перлитный.

Это объясняется тем, что при повышенном содержании легирующих элементов (в частности, никеля) точка мартенситного превращения на диаграмме изотермического распадения аустенита понижается и может быть ниже нуля. Тогда при охлаждении на воздухе до комнатной температуры в стали сохранится аустенит без мартенсита. При пониженном содержании никеля и углерода мартенситная точка лежит выше, и при охлаждении на воздухе до комнатной температуры сталь принимает структуру мартенсита. При небольшом содержании никеля и углерода скорость охлаждения на воздухе оказывается меньше критической скорости закалки, и сталь, охлажденная на воздухе до комнатной температуры, имеет структуру троостита, сорбита или перлита. Заштрихованные участки диаграммы указывают состав стали, занимающий положение промежуточных классов: перлито-мартенситного и мартенсито-аустенитного.

Аналогичные диаграммы могут быть построены также для стали, легированной другими элементами, причем, кроме трех названных классов, могут образоваться, как это мы уже видели на примере хромовой стали, еще два класса: ледебуритньш (карбидный) и ферритный. Наличие карбидного класса характерно для стали, легированной карбидообразующишд элементами; такая сталь очень тверда и идет на изготовление инструментов.

Таким образом, легированная сталь в зависимости от структуры и состояния, получаемых при охлаждении на воздухе, делится на пять классов (не включая промежуточных): перлитный, мартенситный, аустенитный, карбидный и ферритный.

Классификация по назначению. В зависимости от назначения легированную сталь делят на конструкционную, инструментальную и сталь с особыми физико-химическими свойствами.

Конструкционную сталь применяют для изготовления деталей машин; она в свою очередь делится на цементируемую (подвергаемую цементации) и улучшаемую (подвергаемую улучшению — закалке и высокому отпуску).

Инструментальную сталь применяют для изготовления режущего, измерительного, штампового и другого инструмента.

К сталям с особыми свойствами относят: нержавеющие, жаростойкие, кислотостойкие, износоустойчивые, с особыми магнитными и электрическими свойствами и т. д.

Маркировка легированной стали. По ГОСТ для обозначения легирующих элементов приняты следующие буквы: X — хром, Н — никель, Г — марганец, С — кремний, В — вольфрам, М — молибден, Ф — ванадий, К — кобальт, Т — титан, Ю — алюминий, Д — медь.

Для обозначения легированной стали той или иной марки применяется определенное сочетание цифр и букв. Для стали конструкционной легированной принята маркировка, по которой первые две цифры указывают среднее содержание углерода в сотых долях процента, буквы — наличие соответствующих легирующих элементов, а цифры, следующие за буквами, — процентное содержание этих компонентов в стали. Если после какой-либо буквы отсутствует цифра, то это значит, что содержание данного элемента в стали примерно равно 1%. Например, марка 35Х обозначает хромовую сталь, содержащую около 0,35%С и 1%Сг; марка 45Г2 обозначает марганцевую сталь, содержащую около 0,45%Си2%Мп; марка ЗОХНЗ обозначает хромоникелевую сталь, содержащую около 0,3%С, 1%Сг и 3%Ni и т. д. Для стали инструментальной легированной порядок маркировки по легирующим компонентам тот же, что и для конструкционной, но количество углерода указывается первой цифрой в десятых, а не в сотых долях процента. Если цифра отсутствует, то сталь содержит около или более 1 % углерода.

Для обозначения высококачественной стали в конце маркировки добавляют букву А. Высококачественная сталь содержит меньше серы и фосфора, чем обычная качественная.

Некоторые стали специального назначения имеют особую маркировку из букв, которые ставятся впереди: III — шарикоподшипниковая, Р — быстрорежущая, Ж — хромовая нержавеющая ферритного класса, Я — хромоникелевая нержавеющая аустенитного класса, Е — электротехническая сталь.


Читать далее:



Статьи по теме:


Реклама:




Главная → Справочник → Статьи → БлогФорум