Лекция Конструкционные стали и их классификация_ дистанционное обучение

04.09.2020 Автор: VT-METALL

Вопросы, рассмотренные в материале:

• Описание конструкционной стали
• Классификацию конструкционных сталей
• Сферы применения конструкционной стали
• Достоинства и недостатки конструкционных сталей
• Как выбрать конструкционную сталь по ее маркировке

Конструкционная сталь пользуется сегодня огромным спросом. Она незаменима при изготовлении промышленных механизмов и возведении строительных конструкций, так как обладает высокой прочностью, пластичностью и сопротивляемостью к разрушению.

Используется данный материал и в других сферах человеческой деятельности. К примеру, из него производят детали для разного рода станков, горячекатаный рядовой прокат, пружины, рессоры, мелкие крепежные элементы и много чего еще. Однако при выборе конструкционной стали следует иметь в виду, что она бывает разных видов, у каждого из которых свои физические и химические характеристики.

Легированные конструкционные стали

Конструкционно легированная сталь в своем составе содержит несколько химических веществ. К ним можно отнести марганец, никель, а также хром. Но они могут содержать не все три компонента, а только один химический показатель. Именно поэтому произошло разделение: на низколегированную сталь, где число различных добавок не дошло превышать свыше 2.5%; на средне легированную сталь, где показатель примесей можно увеличить только до 10%, высоколегированную сталь, в которой добавочные элементы могут быть свыше 10%.

Преимущества и недостатки

Достоинства материала проявляются только после его термической обработки, которая обеспечивает:

• увеличение способности к пластическим деформациям;
• снижение риска образования трещин и коробления за счет применения мягких охладителей;
• приобретение дополнительной вязкости;
• повышение хладноломкости.

К недостаткам конструкционной стали следует отнести:

• подверженность обратимой отпускной хрупкости;
• повышение мягкости;
• образование строчечной структуры, а также неоднородностей после ковки и проката;
• сложность резки;
• образование флокенов в материале, который легирован никелем.

Низколегированная конструкционная сталь

Низколегированная сталь нашла свое применение в производстве вагонов, подвижных составов, локомотивов, в технике для сельскохозяйственного и промышленного назначения. Любые изделия из низколегированной стали способны выдерживать очень большие и тяжелые нагрузки. Они не имеют какие-либо ограничения.

У легированной стали маркировка может быть следующей: две цифры (содержание углерода), буквы без цифр (легирующий элемент), буква и цифра (легирующий элемент в процентах) и буква в конце маркировки (показатель очень высокого качества стали).

Сфера применения

Конструкционные стали находят широкое применение в строительстве приборов, машин и агрегатов. Каждая марка предназначена для изготовления тех или иных конструкций, которые после будут участвовать в сборке машины или агрегата. Легированные сплавы используют для производства:

• рессор, пружинных лент и витых пружин – марка 60С2(А);
• ответственных пружин и рессор, работающих при повышенной температуре – 50ХФА(ХГФА);
• больших и сильно нагружаемых пружин и рессор – 60C2XA;
• шлинцевых валиков, втулок, шпинделей, муфт – 40Х-50Х;
• деталей, работающих на высоких скоростях и при большой нагрузке – 18ХГТ, 20ХГР;
• работающих на износ, высокопрочных и ответственных элементов – 40ХС, 40ХФА;
• турбин, валов, крепежных элементов, работающих при повышенной температуре – 35ХМ.

Это примеры применения сплавов конкретных марок. Разделение по группам также помогает определить, какие конструкционные составы для чего применяются.

Углеродистые конструкционные стали

Углеродистую конструкционную сталь можно также разделить на несколько условных разновидностей: автоматная, строительная и котельная. Из автоматной стали делают крепежные элементы. Она не подходит для сварочных работ, и все детали обрабатываются на специальных станках. Котельная сталь нужна для производства котлов, сосудов и других емкостей, которые предназначены выдерживать слишком высокие температурные режимы. Машиностроительная сталь используется при производстве автомобильной технике.

У углеродистой стали может быть следующей маркировка: ст. (обозначение стали), СП/ПС/КП (степень раскисления), буква Г (марганец — повышенное содержание). Примером может служить сталь 08ПС, Ст2пс, Ст3сп5, Ст20, Ст35, Ст40, Ст45, Ст3пс и другие.

Особенности маркировки

Для обозначения используется буквенно-цифровой индекс. Цифры говорят о процентном содержании углерода (0,00%). Буквы (кп, пс или сп) говорят о степени раскисления, о повышенном количестве марганца (Г), алюминия (Ю), ванадия (Ф) и о способе обработки. Буква А, стоящая перед цифрами обозначает сплав автоматный, буква К после цифр – сплав котловой, ПВ – изготовлена горячим прокатыванием, ОсВ – металл для производства железнодорожных осей вагонов. Для обозначения качественных сталей в отличие от обыкновенного качества перед маркировкой пишется «Сталь».

Примеры:

1. Сталь 10. Содержание углерода порядка 0,1%, по степени раскисления спокойная.
2. Сталь 10 кп. Содержание углерода порядка 0,1%, по степени раскисления кипящая.
3. Сталь 20Г. Содержание углерода порядка 0,2%, марганца до 1%.
4. Сталь 30Г2. Содержание углерода порядка 0,3%, марганца до 2%.
5. Сталь А20. Автоматная со средним содержанием углерода порядка 0,2%.
6. Сталь 20К. Котельная со средним содержанием углерода порядка 0,2%.

Зарубежные производители аналогичной продукции производят маркировку по собственным стандартам.

Разновидности конструкционных сталей по типу назначения

Все конструкционные стали полежат разделению на машиностроительные и арматурные типы. Арматурные стали особенно популярны и пользуются большим спросом ввиду того, что их сварка отличается надежностью, легкостью и простотой. Можно услышать в кругах, что арматурные стали называют еще строительными. Это связано с их активным применением в строительных и производственных объемных работах. Сплавы разделяют на типы общего назначения и специального.

При производстве любого типа конструкционной стали, в ее сплав добавляется обязательно различные химические элементы и компоненты. Очень часто, в некоторые марки стали, могут входить составы, которые считаются вредными и опасными. К опасным элементам прежде всего, можно отнести химические компоненты: серу, фосфор. Именно он делают стальную продукцию слишком податливой и ломкой.

Марки и особенности машиностроительных сталей спецназначения

Химические и технологические свойства конструкционных сталей определяют сферу их использования. Сплавы бывают:

1. Жаростойкие. Выдерживают высокие температуры, не окисляются и не поддаются коррозии. Предназначены для изготовления деталей труб, емкостей для цементации, поршневых двигателей.
2. Криогенные. Сплавы с малым количеством углерода, отличающиеся улучшенными параметрами за счет дополнительной обработки.
3. Антикоррозионные. Отличаются высоким содержанием хрома, который защищает металл от коррозии. Применяются для производства труб, деталей гидравлического оборудования, турбин, карбюраторных валов.
4. Износоустойчивые. Высокоуглеродистые, высоколегированные сплавы, отличающиеся повышенной стойкостью к механическому износу и коррозии. Используются для производства наносного и измельчающего оборудования, траков.
5. Автоматные. Отличаются легкой обрабатываемостью и средней прочностью, из них изготавливают автомобильные детали высокой нагрузки, например, болты, гайки и шпильки.
6. Пружинные. Высокопрочные стали, они используются в производстве рессор и пружинных механизмов.

Классификация конструкционных сталей по назначению позволяет определить разновидность металла для конкретного производства.

Конструкционные стали широко применяются в производстве:

• гвоздей и проволоки;
• фасонного проката;
• элементов креплений;
• слабо нагруженных осей и валов;
• важных деталей конструкций и машин;
• труб цельнотянутых;
• сварных узлов;
• запчастей для машин и станков, подвергающихся интенсивным нагрузкам и др.

Хорошие технические параметры определяют надежность и долговечность службы металлов.

Машиностроительные типы

Характеристики по общему назначению

Конструкционные сплавы, общего назначения делятся на две основные группы. Первая — среднелегированная и низколегированная. Вторая группа — среднеуглеродистая и малоуглеродистая.

При производстве сплава общего значения подвергается строгой проверке. Происходит контроль продукции и испытания на многие показатели. Особое внимание уделяется пластичности материала, проверяется прочность и надежность, материал проходит испытание на ударную вязкость. В зависимости от классификации металла, сферы его применения могут учитываться и другие не менее важные показатели. Их очень много и их также проверяют по некоторым важным характеристикам и свойствам.

Если рассматривать первую группу среднелегированных низколегированная, то они изготавливаются для машиностроителей. Такие сплавы относят к доэвтектоидным перлитным сталям. Для вязкости в этих марках используют никель и молибден. К таким сталям относят 40ХН2СМА, 40ХГТ, 40ХГР, 30Х3МФ, 45ХН2МФА, 25Х2ГНТРА, ЗОХГСН2А, 08Х15Н5Д2Т

Конструкционные сплавы, которые производятся для машиностроительной отрасли могут подразделяться с учетом метода их упрочнения. Таким образом, такую сортовую сталь можно подразделить на сплав с упрочнением верхнего слоя, без обработки и с упрочнением по всему объему.

Многие конструкционные стали применяются без термообработки. То есть они производятся и отпускаются потребителям в обычных листах металла. Для такой продукции есть одно важное условие – минимальное количество углерода и кремния. Именно небольшое количество кремния и углерода обеспечивают отличную стяжку материалу в холодном виде. То есть конструкционная сталь легко поддается нужной деформации. Среди этих сталей распространены такие марки как Ст3сп5, 08пс, 08Ю, Ст20, Ст30, Ст40 и другие

Если происходит выпуск качественной сортовой стали, то в свою очередь она должна пройти несколько вариантов термообработки: закалку, после которой можно проводить отпуск продукции, стандартную закалку металла с обязательным отпуском (наиболее эффективная сварка готовой продукции), и последний вариант нормализацию.

Теплоустойчивые и рессорные

Теплоустойчивые составы применяют в энергетическом машиностроении. Из нее изготавливают паронагреватели и паропроводы, котлы, сосуды. Рабочая температура такого материала может достигать 650 оС. При изготовлении деталей для энергоблоков востребованы сплавы, легированные ванадием, хромом, молибденом.

Рессорно-пружинная сталь должна обеспечивать высокое сопротивление деформациям. Только в этом случае материал может обеспечить надежность и прочность пружины, а также постоянство крутящего момента.

Сегодня есть возможность заказывать материалы для изделий с индивидуальными параметрами. Благодаря совершенствованию химического состава изделие может обладать теми или иными качествами по желанию заказчика, если это было учтено во время изготовления сырья.