Termokings.ru

Домашний Мастер
3 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Свойства сталей

Свойства сталей

Вопросы, рассмотренные в материале:

  • Каковы основные свойства сталей
  • Какие виды сталей бывают
  • Как маркируются стали с разными свойствами

Для производства машин, инструментов, приборов чаще всего используют сталь. Такое широкое применение обеспечили ее технологические, механические и физико-химические характеристики. Разновидностей стальных сплавов существует очень много. В статье поговорим про свойства сталей, какими особенностями обладают различных виды, как они маркируются.

Классификация сталей

Стали классифицируют по назначению для дальнейшего использования, химическому составу, качеству, структуре.

По назначению стали принято делить на конструкционные, коррозионно стойкие (нержавеющие), инструментальные, жаропрочные, криогенные.

  • Легированная — сталь содержащая специально вводимые, в определённых количествах, элементы, которые обеспечивают требуемые физические или механические свойства. Эти элементы называются легирующими. Как правило, легирование повышает прочность, коррозийную стойкость стали, понижают хрупкость. Легированную сталь по степени легирования разделяют на: низколегированную (легирующих элементов до 2,5 %); среднелегированную (от 2,5 до 10 %); высоколегированную (от 10 до 50 %).
  • Конструкционная — сталь применяемая при изготовлении различных деталей, механизмов и конструкций в машиностроении и строительстве, обладающая определёнными механическими, физическими и химическими свойствами.
  • Нержавеющая — легированная сталь, устойчивая к коррозии в атмосфере и агрессивных средах.
  • Инструментальная углеродистая — сталь с содержанием углерода от 0,7 % и выше. Она отличается высокой твёрдостью и прочностью и применяется для изготовления инструмента.
  • Жаропрочная — это вид стали, который подлежит эксплуатации при высоких температурах (от 30% от температуры плавления).

По химическому составу стали делятся на углеродистые и легированные.

Углеродистые стали по уровню содержания углерода, в свою очередь, делятся на: низкоуглеродистые (процент содержания углерода до 0,25%), среднеуглеродистые (0,3–0,55%) и высокоуглеродистые (0,6–2 %). Углерод придаёт сплавам из железа дополнительную прочность и твёрдость, но, при этом, понижая их пластичность и вязкость.

Углеродистая сталь обыкновенного качества

Углеродистая сталь обыкновенного качества содержит углерод в пределах 0,06–0,49%. К этой группе относятся следующие марки стали: Ст1, Ст2, Ст3, Ст4, Ст5, Ст6, Ст0. По химическому составу данный тип стали должен соответствовать ГОСТ 380-94, а производимый из нее металлопрокат должен соответствовать общим техническими условиями ГОСТ 535-2005.

Чаще всего для изготовления металлопродукции используется сталь марки Ст3сп/пс1-5: из нее изготавливается сортовой, фасонный, листовой и рулонный прокат, а также горячекатаные трубы.

Качественная углеродистая сталь

Низкоуглеродистая качественная конструкционная сталь (марки 08, 08кп, 08пс) — используется при изготовлении листового проката. Это мягкая сталь, и она легко обрабатывается штамповкой, давлением, профилированием.

Качественная конструкционная сталь (марки 10, 15, 20, 25) — используется при изготовлении стальных труб, в машиностроении. Она обладает более высокой прочностью и коррозеустойчивостью по сравнению с маркой Ст3.

Твердая качественная сталь (марки 30, 35, 40, 45) — используется в машиностроении при изготовлении сильно нагруженных деталей машин. Эти марки стали обладают высокой износостойкостью и еще более устойчивы к коррозии.

Для улучшения характеристик сталей применяют ее легирование. Цели легирования — это повышение: прочности, устойчивости против коррозии, термостойкость, жаропрочность и т.д.

Легирование — это процесс добавление в состав материалов примесей, вводимых для изменения свойств основного материала.

Легированные стали по уровню содержания легирующих элементов делятся на низколегированные (до 4%), среднелегированные (до 11%) и высоколегированные (более 11%).

Стали, в зависимости от технологии их производства, могут содержать разное количество примесей.

Уровень содержания примесей определят (классифицирует) качество стали: обыкновенного качества, качественные, высококачественные и особо высококачественные.

По структуре стали разделяются на аустенитную, ферритную, мартенситную, бейнитную и перлитную и двухфазную и многофазную.

Производство стали заключается в переработке чугуна, при котором в чугуне уменьшается концентрация углерода и других ненужных примесей.

Физические и химические свойства стали определяется ее составом и структурой, которые зависят от присутствия и процентного содержания следующих основных составляющих:

  • Углерод — элемент увеличение содержания которого увеличивает твердость и прочность стали уменьшая ее пластичность.
  • Сера — вредная примесь, которая влияет на ломкость стали, уменьшает пластичность и прочность стали, износостойкость и коррозионную стойкость.
  • Фосфор — вредная примесь, которая влияет на хладноломкость (хрупкость при пониженных температурах) стали.
  • Феррит — примесь, которая придает стали мягкость и пластичность.
  • Цементит — примесь, которая придает стали твердость и хрупкость.
  • Кремний и марганец, при процентном содержании порядка 0,5–0,7% значимого влияния на свойства стали не оказывают.
Читать еще:  Меры твердости МТР-МЕТ по Роквеллу (HRA, HRB, HRC)

Не прошедшая обработку сталь очень пластична, её можно обрабатывать путем деформирования: ковка, вальцовка, штамповка.

По своему назначению стали подразделяют:

Конструкционные углеродистые стали используются в машиностроении для сварных, болтовых конструкций, для изготовления рельс, колесных пар поездов, для деталей грузоподъемников, а также для кровельных работ. При маркировке используют цифры означающие содержание углерода в десятых долях:

  • Ст20 – малонагруженные детали (упоры, валики, копиры и т.п.);
  • Ст35 – выдерживающие небольшие напряжения (тяги, валы, рычаги, оси, диски);
  • Ст45 – требующие повышенной прочности (Муфты, оси, зубчатые рейки, валы).

Конструкционные легированные стали используют для изготовления пружин, рессор, автомобильных деталей, гусениц трактора, деталей турбин и т.д.
Конструкционные стали делят на следующие группы:

  • Строительные стали – это низколегированные стали с низким содержанием углерода, что обеспечивает хорошую свариваемость, высокую прочность, устойчивость к низким температурам. Используется для изготовления металлоконструкций различных сооружений, армирования железобетонных конструкций, трубопроводов и т.д. Выпускаются в виде листового, фасонного и сортового проката, поковок и штамповок;
  • Цементируемые стали применяются для изготовления деталей, работающих на износ и подвергающихся действию переменных и ударных нагрузок;
  • Улучшаемые стали подвергаются термообработке и закалке при температуре 820 о -880 о С, после чего принимают структуру сорбита и хорошо воспринимают ударные нагрузки;
  • Жаростойкие и жаропрочные сплавы обладают высокой стойкостью к химическому разрушению в газовых средах при температуре эксплуатации +950 о . Применяется при изготовлении деталей газовых турбин реактивной авиации, при перекачке нефти и нефтепродуктов, в нагревательных металлургических печах, в судовых газотурбинных установках и т.д.;
  • Автоматные стали используют для изготовления малонагруженных деталей массового производства (гайки, болты, винты и т.п.) Автоматные стали содержат повышенное количество серы и фосфора, поэтому лучше обрабатываются резанием, что в итоге обеспечивает ровную и чистую поверхность детали;
  • Износостойкие сплавы предназначены для изготовления деталей, работающих в экстремально тяжелых условиях (ковши экскаваторов, траки гусеничных машин, крестовины железнодорожных путей и т.д.). Обладают повышенной твердостью благодаря легирующим элементам, таким как марганец и способны выдержать высокое давление и удары и воздействия абразивного трения;
  • Коррозийно-стойкие или нержавеющие стали содержат большое количество никеля и хрома (не менее 12%). Чем больше процент содержания хрома, тем выше коррозийная стойкость, так как хром образует защитную оксидную пленку. Применяются для изготовления клапанов гидравлических прессов, лопаток турбин, пружин, дисков, труб и т.д.

Методы производства и разделение по качеству

Для производства углеродистых сталей используются различные технологии, что сказывается на их разделении не только по способу производства, но и по качественным характеристикам. Так, различают:

  • высококачественные стальные сплавы;
  • качественные углеродистые стали;
  • углеродистые стальные сплавы обыкновенного качества.

Классификация углеродистых сталей

Стальные сплавы, обладающие обыкновенным качеством, выплавляются в мартеновских печах, после чего из них формируют слитки больших размеров. К плавильному оборудованию, которое используется для получения таких сталей, относятся также кислородные конвертеры. По сравнению с качественными стальными сплавами, рассматриваемые стали могут иметь большее содержание вредных примесей, что сказывается на стоимости их производства, а также на их характеристиках.

Сформированные и полностью застывшие слитки металла подвергают дальнейшей прокатке, которая может выполняться в горячем или холодном состоянии. Методом горячей прокатки производят фасонные и сортовые изделия, толстолистовой и тонколистовой металл, металлические полосы большой ширины. При помощи прокатки, выполняемой в холодном состоянии, получают тонколистовой металл.

На современных предприятиях для производства высококачественных сплавов используются электрические дуговые печи

Для производства углеродистых сталей качественной и высококачественной категорий могут использоваться как конвертеры и мартеновские печи, так и более современное оборудование – плавильные печи, работающие на электричестве. К химическому составу таких сталей, наличию в их структуре вредных и неметаллических примесей соответствующий ГОСТ предъявляет очень жесткие требования. Например, в сталях, которые относятся к категории высококачественных, должно содержаться не более 0,04% серы и не больше 0,035% фосфора. Качественные и высококачественные стальные сплавы благодаря строгим требованиям к способу их производства и к характеристикам отличаются повышенной чистотой структуры.

Читать еще:  Ножи строгальные из быстрорежущей стали HSS TIGRA

Предел текучести и временное сопротивление

Новый термин обозначается в технической литературе буквой Т. Показатель актуален исключительно для пластичных материалов и обозначает, как долго может деформироваться образец без увеличения на него внешней нагрузки.

Обычно после преодоления этого порога кристаллическая решетка сильно меняется, перестраивается. Результатом выступают пластические деформации. Они не являются нежелательными, напротив, происходит самоупрочнение металла.

Способы сварки среднеуглеродистых сталей

При сварке среднеуглеродистых сталей велик риск образования кристаллизационных трещин и закалочных структур в околошовной зоне, что, в свою очередь, снижает долговечность соединения и негативно влияет на его показатели упругости. Поэтому главными требованиями к сварке такого материала становятся особые щадящие режимы проведения работ, защита шва от образования пор и пузырьков воздуха, снижение содержания углерода в зоне стыка.

Сварка в защитной среде

При соединении заготовок из среднеуглеродистых сталей используется MIG-технология, схожая с технологией сварки низкоуглеродистых сталей. Обязательным условием является предварительный прогрев заготовок до температуры около 200℃. Применяются электроды с низким содержанием карбона и наличием дополнительных микролегирующих элементов: фтора, кальция, марганца и кремния. К ним относятся изделия марок УОНИ-13/45 (-55, -65), УП-1/45, УП-2/45, ОЗС-2, К-5А и другие. Примерная стоимость электродов УОНИ 13/55 на Яндекс.маркет

Диаметр электрода обычно лежит в пределах 2-6 мм и определяется толщиной свариваемых заготовок. От него, в свою очередь, зависит режим сварки. Так, сила тока при сварке 3-миллиметровыми электродами в нижнем положении составляет 80-100 А, диаметру в 4 мм соответствуют значения 130-200 А, 5-миллиметровыми изделиями работают при токе 170-280 А, а 6-миллиметровыми – 210-380 А. Температура прокаливания электродов варьируется в пределах 250-400℃.

Сварка полуавтоматом

Полуавтоматическая сварка среднеуглеродистых сталей требует раздельной структуры шва, то есть его наложения в несколько ванн. При этом рекомендуется работать короткой дугой и полностью исключить любые движения электродом, кроме продольных. Как и в случае с MIG-сваркой, заготовки прогревают до температуры не более 200℃.

Особое внимание уделяется разделыванию кромок на толстых заготовках. Скосы выполняют под углом 35-45°, тщательно зачищают и обезжиривают. Важно обеспечить высокие показатели коррозионной стойкости шва. Для сохранения его упругости принимают меры для медленного и равномерного остывания стыка.

Газовая сварка

Надежным способом соединения среднеуглеродистых сталей является газовая сварка, которая может проводиться даже при низких температурах. Используется «левая» технология со стандартным или слабо науглероживающим пламенем интенсивностью 75-100 куб. м в час. При чрезмерной мощности сваривания велик риск прожогов или нежелательной закалки стыка.

После выполнения газовой сварки заготовок из среднеуглеродистой стали рекомендуется выполнить их отпуск или отжиг. При этом локальный нагрев шва не должен превышать 650℃, а общий нагрев заготовок – 350℃. Альтернативным способом является проковка стыка.

Область применения

Как уже говорилось выше, углеродистые стальные сплавы по основному назначению делят на две большие категории: инструментальные и конструкционные. Инструментальные стальные сплавы, содержащие 0,65–1,32% углерода, используются в полном соответствии со своим названием – для производства инструмента различного назначения. Для того чтобы улучшить механические свойства инструментов, обращаются к такой технологической операции, как закалка углеродистой стали, которая выполняется без особых сложностей.

Сферы применения углеродистых инструментальных сталей

Конструкционные стальные сплавы применяются в современной промышленности очень широко. Из них делают детали для оборудования различного назначения, элементы конструкций машиностроительного и строительного назначения, крепежные детали и многое другое. В частности, такое популярное изделие, как проволока углеродистая, производится именно из стали конструкционного типа.

Используется проволока углеродистая не только в бытовых целях, для производства крепежа и в строительной сфере, но и для изготовления таких ответственных деталей, как пружины. После выполнения цементации конструкционные углеродистые сплавы можно успешно использовать для производства деталей, которые в процессе эксплуатации подвергаются серьезному поверхностному износу и испытывают значительные динамические нагрузки.

Конечно, углеродистые стальные сплавы не обладают многими свойствами легированных сталей (в частности, той же нержавейки), но их характеристик вполне хватает для того, чтобы обеспечить качество и надежность деталей и конструкций, которые из них изготавливаются.

Методы производства стали

Основным сырьем для производства современной стали выступает чугун. По той причине, что в его составе в большом количестве содержится углерод, фосфор и сера, он обладает повышенной хрупкостью и значительной ломкостью. Для того чтобы переработать чугун в сталь, необходимо добиться уменьшения содержания в материале этих веществ до нужного уровня. Снижение концентрации приводит к тому, что удельный вес стали уменьшается. Изменения происходят и в её свойствах. Использование того или другого метода для производства стали предполагает применение различных способов окисления углерода в чугуне. Чаще всего производителем используются следующие методы.

  • Кислородно-конвертерный метод. Большинство марок сталей производители изготавливают с применением этой технологии.
  • Мартеновский метод. В последнее время он используется все реже.
  • Электротермический метод. В настоящий момент этот способ является одним из передовых и активно используется для получения стали. Его применение приводит к тому, что в конечном итоге получается материал, обладающий высокими качественными характеристиками.
Читать еще:  Что такое конструкционные легированные стали

Кислородно-конвертерный метод

При использовании для производства стали этого способа проблема избытка чугуна фосфора и серы в стали решается путем их окисления при помощи кислорода. Для этого выполняют продув под давлением через расплавленный металл. Используемая для получения стали печь называется конвертором. По форме она напоминает грушу. Во внутренней его части присутствует футеровка огнеупорным кирпичом. Характерной особенностью этого оборудования является его высокая мобильность. Печи можно поворачивать на 360 градусов. Емкость конвертера составляет 60 т. Два типа сырья используются производителями для футеровки:

  • динас — в составе этого сырья присутствует оксид кремния, который обладает высокими кислотными свойствами;
  • доломит – в его составе основными компонентами является оксид кальция и магния. Доломитный материал используют для его получения.

Мартеновский метод

Он активно использовался несколько десятилетий назад. По состоянию на настоящий момент он устарел и применяется все реже. Применяя его для переработки чугуна в сталь, можно получить на выходе материал невысокого качества. Своим видом мартеновская печь представляет собой плавильную ванну большого объема. Она покрыта сводом, который выполнен из огнеупорного кирпича. На нем присутствуют камеры-рекуператоры.

Они представляют собой отсеки, основным предназначением которых является подогрев газа. Для них характерно наполнение насадкой, изготовленной из огнеупорного кирпича. Через третий и четвертый рекуператоры происходит наполнение потоком горячего газа и воздуха. В это же время происходит нагрев первого и второго рекуператоров за счет печных газов. Когда температура поднимается на достаточную величину, то процесс идет в обратную сторону.

Электротермический способ

В сравнении с двумя другими способами переработка чугуна в сталь посредством этого метода имеет ряд преимуществ. Она не дает возможности для изменения химического состава стали. При этом после завершения процесса получается сталь высокого качества.

Так как при его применении в печи количество воздуха ограничено, это приводит к снижению монооксида железа в готовом материале. Поэтому его небольшое количество, содержащееся в сплаве, дает возможность получить качественный продукт. При применении этого способа температура поддерживается на уровне не ниже 2000 градусов Цельсия. Это позволяет полностью удалить из состава сплава такие вредные примеси, как сера и фосфор.

Несмотря на исключительную редкость тааффеита, существует несколько разновидностей этого минерала.

  • Мусгравит. Впервые был обнаружен в 1967 году в Австралии. Еще одним местом добычи данной разновидности тааффеита стал остров Шри-Ланка, месторождение Элахар.
  • Тапробанит. Имя камню было дано в честь острова Тапробан (нынешний Цейлон).

Разновидность тааффеита — мусгравит, 3,69 карата, добыт в Танзании. Фото: multicolourgems.tumblr.com

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector
×
×