17.12.2019

Классификатор сталей и сплавов

Классификация и маркировка сталей

Классификация и маркировка сталей.

Углеродистые и легированные стали.

Классификация и маркировка сталей.

Сталями принято называть сплавы железа с углеродом, содержание до 2,14% углерода. Кроме того, в состав сплава обычно входят марганец, кремний, сера и фосфор; некоторые элементы могут быть введены для улучшения физико-химических свойств специально (легирующие элементы).

Стали, классифицируют по самым различным признакам. Мы рассмотрим следующие:

В зависимости от химического состава различают стали углеродистые (ГОСТ 380-71, ГОСТ 1050-75) и легированные (ГОСТ 4543-71, ГОСТ 5632-72, ГОСТ 14959-79). В свою очередь углеродистые стали могут быть:

малоуглеродистыми, т. е. содержащими углерода менее 0,25%;

среднеуглеродистыми, содержание углерода составляет 0,25-0,60%

высокоуглеродистыми, в которых концентрация углерода превышает 0,60% Легированные стали подразделяют на:

низколегированные содержание легирующих элементов до 2,5%

среднелегированные, в их состав входят от 2,5 до 10% легирующих элементов;

высоколегированные, которые содержат свыше 10% легирующих элементов.

По назначению стали бывают:

Конструкционные, предназначенные для изготовления строительных и машиностроительных изделий.

Инструментальные, из которых изготовляют режущий, мерительный, штамповый и прочие инструменты. Эти стали содержат более 0,65% углерода.

С особыми физическими свойствами, например, с определенными магнитными характеристиками или малым коэффициентом линейного расширения: электротехническая сталь, суперинвар.

С особыми химическими свойствами, например, нержавеющие, жаростойкие или жаропрочные стали.

В зависимости от содержания вредных примесей: серы и фосфора-стали подразделяют на:

Стали обыкновенного качества, содержание до 0.06% серы и до 0,07% фосфора.

Качественные – до 0,035% серы и фосфора каждого отдельно.

Высококачественные – до 0.025% серы и фосфора.

Особовысококачественные, до 0,025% фосфора и до 0,015% серы.

По степени удаления кислорода из стали, т. е. По степени её раскисления, существуют:

спокойные стали, т. е., полностью раскисленные; такие стали обозначаются буквами “сп” в конце марки (иногда буквы опускаются);

кипящие стали – слабо раскисленные; маркируются буквами “кп”;

полу спокойные стали, занимающие промежуточное положение между двумя предыдущими; обозначаются буквами “пс”.

Сталь обыкновенного качества подразделяется еще и по поставкам на 3 группы:

сталь группы А поставляется потребителям по механическим свойствам (такая сталь может иметь повышенное содержание серы или фосфора);

сталь группы Б – по химическому составу;

сталь группы В – с гарантированными механическими свойствами и химическим составом.

В зависимости от нормируемых показателей (предел прочности σ, относительное удлинение δ%, предел текучести δ_т, изгиб в холодном состоянии) сталь каждой группы делится на категории, которые обозначаются арабскими цифрами.

Стали обыкновенного качества обозначают буквами “Ст” и условным номером марки (от 0 до 6) в зависимости от химического состава и механических свойств. Чем выше содержание углерода и прочностные свойства стали, тем больше её номер. Буква “Г” после номера марки указывает на повышенное содержание марганца в стали. Перед маркой указывают группу стали, причем группа “А” в обозначении марки стали не ставится. Для указания категории стали к обозначению марки добавляют номер в конце соответствующий категории, первую категорию обычно не указывают.

Ст1кп2 – углеродистая сталь обыкновенного качества, кипящая, № марки 1, второй категории, поставляется потребителям по механическим свойствам (группа А);

ВСт5Г – углеродистая сталь обыкновенного качества с повышенным содержанием марганца, спокойная, № марки 5, первой категории с гарантированными механическими свойствами и химическим составом (группа В);

Вст0 – углеродистая сталь обыкновенного качества, номер марки 0, группы Б, первой категории (стали марок Ст0 и Бст0 по степени раскисления не разделяют).

Качественные стали маркируют следующим образом:

1 в начале марки указывают содержание углерода цифрой, соответствующей его средней концентрации;

а) в сотых долях процента для сталей, содержащих до 0,65% углерода;

05кп – сталь углеродистая качественная, кипящая, содержит 0,05% С;

60 – сталь углеродистая качественная, спокойная, содержит 0,60% С;

б) в десятых долях процента для индустриальных сталей, которые дополнительно снабжаются буквой “У”:

У7 – углеродистая инструментальная, качественная сталь, содержащая 0,7% С, спокойная (все инструментальные стали хорошо раскислены);

У12 – углеродистая инструментальная, качественная сталь, спокойная содержит 1,2% С;

2 легирующие элементы, входящие в состав стали, обозначают русскими буквами:

А – азот К – кобальт Т – титан Б – ниобий М – молибден Ф- ванадий

В – вольфрам Н – никель Х – хром Г – марганец

П – фосфор Ц – цирконий Д – медь Р – бор Ю – алюминий

Е – селен С – кремний Ч – редкоземельные металлы

Если после буквы, обозначающей легирующий элемент, стоит цифра, то она указывает содержание этого элемента в процентах. Если цифры нет, то сталь содержит 0,8-1,5% легирующего элемента, за исключением молибдена и ванадия (содержание которых в солях обычно до 0,2-0,3%), а также бора (в стали с буквой Р его должно быть не менее 0,0010%).

14Г2 – низко легированная качественная сталь, спокойная, содержит приблизительно 14% углерода и до 2,0% марганца.

03Х16Н15М3Б – высоко легированная качественная сталь, спокойная содержит 0,03% C, 16,0% Cr, 15,0% Ni, до З,0% Мо, до 1,0% Nb.

Высококачественные и особовысококачественные стали.

Маркируют, так же как и качественные, но в конце марки высококачественной стали ставят букву А, (эта буква в середине марочного обозначения указывает на наличие азота, специально введённого в сталь), а после марки особовысококачественной – через тире букву “Ш”.

Читать еще: Теплоемкость нержавеющей стали

У8А – углеродистая инструментальная высоко качественная сталь, содержащая 0,8% углерода;

30ХГС-III – особовысококачественная среднелегированная сталь, содержащая 0,30% углерода и от 0,8 до 1,5% хрома, марганца и кремния каждого.

Отдельные группы сталей обозначают несколько иначе.

Шарикоподшипниковые стали маркируют буквами “ШХ”, после которых указывают содержание хрома в десятых долях процента:

ШХ6 – шарикоподшипниковая сталь, содержащая 0,6% хрома;

ШХ15ГС – шарикоподшипниковая сталь, содержащая 1,5% хрома и от 0,8 до 1,5% марганца и кремния.

Быстрорежущие стали (сложнолегированные) обозначают буквой “Р”, следующая за ней цифра указывает на процентное содержание в ней вольфрама:

Р18-быстрорежущая сталь, содержащая 18,0% вольфрама;

Р6М5К5-быстрорежущая сталь, содержащая 6,0% вольфрама 5,0% молибдена 5,0% кобальта.

Автоматные стали обозначают буквой “А” и цифрой, указывающей среднее содержание углерода в сотых долях процента:

А12 – автоматная сталь, содержащая 0,12% углерода (все автоматные стали имеют повышенное содержание серы и фосфора);

А40Г – автоматная сталь с 0,40% углерода и повышенным до 1,5% содержанием марганца.

Классификация и маркировка чугунов.

Чугунами называют сплавы железа с углеродом, содержащие более 2,14% углерода. Они содержат те же примеси, что и сталь, но в большем количестве. В зависимости от состояния углерода в чугуне, различают:

Белый чугун, в котором весь углерод находится в связанном состоянии в виде карбида, и чугун, в котором углерод в значительной степени или полностью находится в свободном состоянии в виде графита, что определяет прочностные свойства сплава, чугуны подразделяют на:

серые – пластинчатая или червеобразная форма графита;

высокопрочные – шаровидный графит;

ковкие – хлопьевидный графит. Чугуны маркируют двумя буквами и двумя цифрами, соответствующими минимальному значению временного сопротивления δ_в при растяжении в МПа -10 .

Серый чугун обозначают буквами “СЧ” (ГОСТ 1412-85), высокопрочный – “ВЧ” (ГОСТ 7293-85), ковкий – “КЧ” (ГОСТ 1215-85).

СЧ10 – серый чугун с пределом прочности при растяжении 100 МПа;

ВЧ70 – высокопрочный чугун с сигма временным при растяжении 700 МПа;

КЧ35 – ковкий чугун с δ_в растяжением примерно 350 МПа.

Для работы в узлах трения со смазкой применяют отливки из антифрикционного чугуна АЧС-1, АЧС-6, АЧВ-2, АЧК-2 и др., что расшифровывается следующим образом: АЧ – антифрикционный чугун:

С – серый, В – высокопрочный, К – ковкий. А цифры обозначают порядковый номер сплава согласно ГОСТу 1585-79.

КЛАССИФИКАЦИЯ СТАЛЕЙ И СПЛАВОВ

Классификация сталей и сплавов осуществляется по следующим показателям:

1. По химическому составу:

А. Углеродистые стали:

– низкоуглеродистые (до 0,22 % С);

– среднеуглеродистые (0,23. 0,45 % С);

– высокоуглеродистые (более 0,45 % С).

Б. Легированные стали:

а) низколегированные (количество легирующих элементов не превышает 5 %), которые, в свою очередь подразделяются:

– на низкоуглеродистые конструкционные (09Г2, 14Г, 10ХСНД);

– теплоустойчивые (12ХМ, 20ХН, 20ХМФ);

– среднеуглеродистые (30ХГСА, 35ХМ).

б) среднелегированные (количество легирующих элементов составляет 5. 10 %):

– конструкционные (30ХГСНД, 30ХН2МФА);

– теплоустойчивые (20Х2МА, 12Х5МА).

в) высоколегированные стали (количество легирующих элементов от 10 до 55 %).

г) высоколегированные сплавы:

– сплавы на железоникелевой основе – твердый раствор хрома в железоникелевой основе (Fe+Ni > 65 %);

– сплавы на никелевой основе – твердый раствор хрома и других элементов в никелевой основе (Ni > 55 %).

2. По назначению в зависимости от основных свойств:

– коррозионно-стойкие, способные сопротивляться разрушениям в условиях воздействия коррозионной среды (воды, газа, пара, кислот, щелочей и т. п.) в течение расчетного срока эксплуатации (стали 12X13, 20X13, 30X13, 04Х18Н10, 12Х17Г9АН4, 10Х17Н13М2Т и другие);

– жаростойкие (окалиностойкие), способные сопротивляться окисляющему действию рабочей среды при Т > 500 °С, работающие в слабонагруженном состоянии в течение расчетного срока эксплуатации; для Т

· аустенитно-мартенситные – стали 09Х15Н8Ю, 08Х17Н5М3;

· аустенитные – имеющие однофазную структуру аустенита – стали 000Х18Н10Т (С 3 /г Свойства Феррит (Ф) Твердый раствор внедрения углерода в a–железе (также и d–железе) ОЦК 2,86 0,006 при 0 °С 0,02 при 723 °С 0,1271 Пластичен, мягок, ферромагнитен до 768 °С. s_В = 300 МПа; d = 40 %; s_Т = 120 МПа; y = 80 %; KCV = 2,5 МДж/м 2 Аустенит (А) Твердый раствор внедрения углерода в g–железе ГЦК 3,56 2,14 при 1130 °С 0,1275 Мягок, прочнее феррита, пластичен, хладостоек, жаростоек, кислотостоек. KCV = 2,5 МДж/м 2 ; d = 40%; s_В = 650 МПа; y = 55 %; s_Т = 120 МПа; НВ = 1800 Цементит (Ц) Химическое соединение железа с углеродом (карбид железа), Fe₃C Сложная ромбическая 6,69 0,1304 Хрупок, тверд, слабомагнитен НВ = 8000 (65 HRC) Перлит (П) Эвтектоидная (механическая) смесь Ф + Ц – 0,80 0,1286 Прочная структурная составляющая d = 16 %; НВ = 1900; s_в = 850 МПа Ледебурит (Л) Эвтектоидная смесь А + Ц – 4,3 при 1130 °С – Хрупок, тверд НВ > 6000 Мартенсит (М) Пересыщенный твердый раствор С в a–железе ОЦК тетрагональная – 0,1310 Хрупок, тверд HRC ³ 60 Карбиды (К) Соединение С с одним или несколькими металлами – – – Хрупкие, очень твердые

Читать еще: Какая марка стали лучше для ножа

Принадлежность стали к той или иной структурной группе можно определить по диаграмме Шеффлера (рис. 1).

Рис. 1. Структурная диаграмма металлов (по Шеффлеру)

5. По системе упрочнения твердого раствора:

· карбидное – характерно для жаропрочных и жаростойких сталей с содержанием углерода 0,2. 1,0 %; при выдержке стали при Т = 600. 650 °С выпадают сложные карбиды Fe, Cг, Nb, V, W типа Me₂₃C₆, Ме₆С, MeC и другие, которые располагаются по границам зерен и “заклинивают” их;

· боридное – характерно образованием боридов Fe, Cr, Mo, Nb;

· интерметаллидное – характерно для никельсодержащих жаропрочных сталей легированных Ti (1,0. 3,5 %) и Аl (до 6 %). При Т = 650. 850 °С образуются мелкодисперсные интерметаллиды типа Ni₃ (Ti, Al), (Ni; Fe)₂Ti и другие. Наличие других элементов может привести к карбидному виду упрочнения.

Контрольные вопросы к главе 1

1. По каким показателям классифицируются стали и сплавы?

2. Перечислите структурные составляющие системы Fe–C.

3. Чем отличается аустенит от феррита?

4. Как классифицируются стали по назначению?

5. Каким образом определяется принадлежность стали к структурному классу?

Классификация и маркировка стали

Сталь представляет собой ковкий и деформируемый сплав железа и углерода (в качестве постоянной примеси). Также содержит другие легирующие элементы и другие вредные примеси. Содержание углерода при этом не должно превышать 2,14%. Изменяя химический состав этого сплава с помощью концентрации углерода и добавляя легирующие элементы, можно получать широкий спектр различных марок этого металла, которые будут обладать различными свойствами. Именно это и позволяет использовать этот материал в большинстве отраслей промышленности.

Принципы классификации стали

Классификация и маркировка стали происходит по следующим параметрам:

химический состав;
структура;
назначение;
качество и способ производства;
степень раскисления.

По химическому составу

В зависимости от химического состава этот металл разделяют на два типа: углеродистые и легированные. В свою очередь, углеродистые делят на:

низкоуглеродистые (содержание углерода ниже 0,2%);
среднеуглеродистые (содержание углерода в пределах 0,2% – 0,45%);
высокоуглеродистые (содержание углерода выше 0,5%).

Легированные стали классифицируют по общему суммарному количеству легирующих элементов (при этом содержание углерода не суммируют, марганец начинает считаться легирующим элементом при его содержании в сплаве более 1%, кремний — более 0,8%). Различают такие:

низколегированные (ниже 2,5%);
среднелегированные (в пределах 2,5% – 10%);
высоколегированные (более 10%).

По структуре

Такой классификационный признак, как структура материала считается менее устойчивым, так как имеет зависимость от скорости охлаждения, легирования, способа термообработки и некоторых других непостоянных факторов. Однако структура у готового материала все же позволяет провести объективную оценку его качества. Классификацию стали по структуре в состояниях отжига и нормализации. В состоянии отжига различают такие:

доэвтектоидная — содержит в своей структуре избыточный феррит (например, применяется для штампов горячего деформирования);
эвтектоидная — структура состоит из перита;
заэвтектоидная — содержит в структуре вторичные карбиды (в большинстве своем используется при изготовлении инструмента);
карбидная (или ледебуритная) — структура содержит первичные карбиды (например, быстрорежущие);
ферритная (нержавеющие, жаропрочные и прочие);
аустенитные.

После процесса нормализации стали разделяют на такие классы:

перлитные — содержат низкое количество элементов легирования, структура после нормализации: перлит, перлит + феррит, перлит + заэвтектоидный карбид;
мартенситные — содержат высокое количество легирующих элементов, а также относительно низкую критическую скорость закалки;
аустенитные — отличаются повышенным содержанием легирующих элементов, структура: аустенит, аустенит + карбид.

По назначению

По такому признаку, как назначение стали разделяются на конструкционные, инструментальные и специального назначения (имеющие специальные свойства).

Конструкционные используются для изготовления всевозможных деталей в устройствах, в машинах, элементах строительных конструкций. Между собой делятся на:

обыкновенного качества;
улучшаемые;
цементируемые;
автоматные;
высокопрочные;
рессорно-пружинные.

Инструментальные используются для изготовления режущих, измерительных и других инструментов. Подразделяются на такие группы:

для изготовления режущего инструмента;
для изготовления измерительного инструмента;
для изготовления штампово-прессовой оснастки.

Специального назначения — это сплавы имеющие особые физические и/или механические свойства. Различают:

нержавеющие (коррозионно-стойкие);
жаростойкие;
жаропрочные;
износостойкие;
магнитные;
немагнитные и т. д.

По качеству и способу производства

В этом случаи под качеством понимают всю совокупность свойств металла, которые определяются металлургическим процессом его изготовления. Качество стали определяется присутствием в ней вредных примесей. В первую очередь — это химические элементы сера и фосфор. В зависимости от их содержание разделяют на:

обыкновенного качества — содержащие до 0,06% серы и 0,07% фосфора;
качественные — до 0,035% серы и 0,035% фосфора;
высококачественные — не более 0,025% серы и 0,025% фосфора.
особо высококачественные — не более 0,015% серы и 0,025% фосфора.

По степени раскисления

Раскислением называется процесс удаления кислорода из жидкого сплава. Нераскисленная сталь имеет относительно малую пластичность и сильнее подвержена хрупкому разрушению при термической обработке давлением. По степени раскисления разделяют на:

Процесс раскисления спокойных сталей в плавильной печи/или ковше с помощью марганца, алюминия и кремния. Затвердевание в изложнице происходит спокойно, без газовыделения. В верхней части слитков образуется усадочная раковина. Данный тип обладает анизотропией, то есть механические свойства различны и зависят от направления — пластические свойства в поперечном направлении (по направлению прокатки) значительно ниже, чем в продольном направлении. Кроме того, в верхней части слитка содержание серы, фосфора и углерода повышенное, а в нижней части — пониженное. Это значительно ухудшает свойства изделия, иногда даже до отбраковки.

Читать еще: Производство конструкций из нержавеющей стали

Раскисление в кипящих происходит только за счет марганца. Избыточное количество кислорода при затвердевании частично реагирует с углеродом, выделяясь в виде газовых пузырей (окись углерода). Отсюда и создается впечатление «кипения». В этом типе практически отсутствуют неметаллические включения, возникающие из продуктов раскисления. Является низкоуглеродистым сплавом, с минимальным содержанием кремния и большим содержанием газообразных примесей. Используется при изготовлении деталей кузовов автомобилей и т. п. Обладает хорошей штампуемостью в холодном состоянии.

Полуспокойные стали занимают срединное положение между спокойными и кипящими сталями. Раскисление производят в два этапа: частично в плавильной печи и ковше, заключительно — в изложнице. В изложнице раскисление происходит засчет углерода, который содержится в металле.

Расшифровка сталей в материаловедении

Принадлежит к классу: конструкционные углеродистые качественные. Химический состав: углерод — 0,17−0,24%; кремний — 0,17−0,37%; марганец — 0,35−0,65%; сера — до 0,04%; фосфор — до 0,04%. Широко применяется в котлостроении, для труб и нагревательных трубопроводов различного назначения, кроме того, промышленность выпускает пруток, лист.

ХВГ расшифровка

Принадлежит к классу: инструментальные легированные. Применяется для изготовления измерительного и режущего инструмента, метчиков, протяжек.