|
Конструкционные стали- это те стали, из которых изготовляют детали машин (стали машиностроительные), а так же различные конструкции и сооржуения (строительные стали)
Углеродистые конструкционные стали
Данный вид стали подразделяют на стали обыкновенного качества и качественные.
К сталям обыкновенного качества относят следующие марки Ст0, Ст1, Ст2,..., Ст6 (чем больше номер, тем больше содержание углерода в стали).
Стали обыкновенного качества, особенно кипящие, являются самыми дешевыми.
С повышением номера марки стали увеличивается предел прочности (sв) и текучести (s0.2) и снижается пластичность (d,y).
Обычно этот вид стали применяется при изготовлении горячекатанного рядового проката, а именно: стальной балки, стального швеллера, угла стального, прутка, стального круга, а так же листов, труб и поковок.
Свариваемость стали значительно ухудшается с увеличением содержания углдерода, поэтому стали Ст5 и Ст6 применяют в качестве не подлежащих сварке элементов строительной конструкции.
Качественные углеродистые стали выплавляют с соблюдением более строгих условий. Содержание S<=0.04%, P<=0.035¸0.04%, а также меньшее содержание неметаллических включений.
Качественные углеродистые стали аналогично маркируют цифрами: 08, 10, 15,..., 85, которые говорят о среднем содержании углерода в сотых долях процента.
Низкоуглеродистые стали (С<0.25%) 05кп, 08, 07кп, 10, 10кп обладают высокой прочностью и высокой пластичностью. sв=330¸340МПа, s0.2=230¸280МПа, d=33¸31%.
Стали без термической обработки используют для малонагруженных деталей, ответственных сварных конструкций, а также для деталей машин, упрочняемых цементацией.
Среднеуглеродистые стали (0.3-0.5% С) 30, 35,..., 55 применяют после нормализации, улучшения и поверхностной закалки для самых разнообразных деталей во всех отраслях промышленности. Эти стали по сравнению с низкоуглеродистыми имеют более высокую прочность при более низкой пластичности (sв=500¸600МПа, s0.2=300¸360МПа,d =21¸16%). В связи с этим их следует применять для изготовления небольших деталей или более крупных, но не требующих сквозной прокаливаемости.
Обладающие высокой прочностью, износостойкостью и упругими свойствами стали с выскоим содержанием углерода 60, 65,..., 85 применяются при изготовлении пружин и рессор, шпинделей, замковых шайб и тд
Легированные конструкционные стали
Легированные стали имеют широкое применение в тракторном и сельскохозяйственном машиностроении, в автомобильной промышленности, тяжелом и транспортном машиностроении в меньшей степени в станкостроении, инструментальной и других видах промышленности. Это стали применяют для тяжело нагруженных металлоконструкций.
Стали, содержащие менее 2.5% легирующих элементов, относятся к низколегированным, содержащие 2.5-10% - к легированным, и более 10% к высоколегированным (содержание железа более 45%).
Самые распространенные стали в машиностроении-это легированные стали, а в строительстве- низколегированные.
Согласно нашим стандартам, конструкционные легированные стали маркируют буквами и цифрами. Принято, что первые две цифры отвечают за содержание углерода, буквы обозначают легирующие элементы, а циры правее букв-их содержание.Пример, сталь 12Х2Н4А содержит 0.12% С, 2% Cr, 4% Ni и относится к высококачественным, на что указывает в конце марки буква А.
Строительные низколегированные стали
Если в стали содержится менее 0.22% углерода, а так же довольно малое количество недефицитных легирующих элементов: марганец, кремний, хром и другие, то такую стать называют низколегированной. В частности к этой группе относят 09Г2, 09ГС, 17ГС, 10Г2С1, 14Г2, 15ХСНД, 10ХНДП. В основном данный вид сталей применяют без дополнительной обработки в таких областях как строительство и машиностроение. Хорошей свариваемостью обладают низкоуглеродистые низколегированные стали.
Арматурные стали
При армировании ж/б конструкций применяют углеродистую или низкоуглеродистую сталь в виде гладких или периодического профиля стержней.
Стали для холодной штамповки
Чтобы получить высокую штампуемость, отношение sв/s0.2 стали должно быть 0.5-0.65 при y не менее 40%. С повышением содержания углерода, штампуемость стали значительно ухудшается. Кремний, повышая предел текучести, снижает штампуемость. Учитывая все эти факторы, для холодной штамповки больше подходят холоднокатанные кипящие стали 08кп, 08Фкп и 08Ю.
Конструкционные цементируемые (нитроцементуемые) легированные стали
Если требуется упрочнить деталь цементацией, то стоит применять при ее изготовлении низкоуглеродистые стали. Содержание легирующих элементов должно обеспечить требуемую прокаливаемость, но в то же время не должно быть слишком высоким.
Хромистые стали 15Х, 20Х предназначены для изготовления небольших изделий простой формы, цементируемых на глубину 1.0-1.5мм. Хромистые стали по сравнению с углеродистыми обладают более высокими прочностными свойствами при некоторой меньшей пластичности в сердцевине и лучшей прочности в цементируемом слое. Хромистая сталь чувствительна к перегреву, прокаливаемость ее невелика.
Хромованадиевые стали. Применение ванадия в качестве легирующего элемента хромистой стали улучшает механические свойства ( например, сталь 20ХФ). Более того, хромованадиевые стали менее склонны к перегреву. Используют исключительно для изготовления сравнительно небольших деталей.
Хромоникелевые стали применяются для крупных деталей ответственного значения, испытывающих при эксплуатации значительные динамические нагрузки. Повышенная прочность, пластичность и вязкость сердцевины и цементированного слоя. Стали малочувствительны к перегреву при длительной цементации и не склонны к перенасыщению поверхностных слоев углеродом
Хромомарганцевые стали зачастую заменяют хромоникелевые. Однако они менее устойчивы к перегреву и имеют меньшую вязкость по сравнению с хромоникелевыми.
В автомобильной, тракторной промышленности и станкостроении применяют стали 18ХГТ и 25ХГТ.
Хромомарганцевоникелевые стали. При дополнительном легировании никелем хромомарганцевых сталей добиваются повышения прокаливаваемости и прочности стали.
На ВАЗе широко применяют стали 20ХГНМ, 19ХГН и 14ХГН.
Стали, легированные бором. Бор увеличивает прокаливаемость стали, но сталь становится чувствительной к перегреву. Если деталь работает в условиях износа трением, выгодно применить именно такую сталь, например 20ХГР, 20ХГНР.
Конструкционные улучшаемые легированные стали
Стали имеют высокий предел текучести, малую чувствительность к концентраторам напряжений, в изделиях, работающих при многократном приложении нагрузок, высокий предел выносливости и достаточный запас вязкости. Кроме того, улучшаемые стали обладают хорошей прокаливаемостью и малой чувствительностью к отпускной хрупкости.
При полной прокаливаемости сталь имеет лучшие механические свойства, особенно сопротивление хрупкому разрушению - низкий порог хладноломкости, высокое значение работы развития трещины КСТ и вязкость разрушения К1с.
Хромистые стали 30Х, 38Х, 40Х и 50Х применяют для средненагруженных деталей небольших размеров. С увеличением содержания углерода возрастает прочность, но снижаются пластичность и вязкость. Прокаливаемость хромистых сталей невелика.
Хромомарганцевые стали. Совместное легирование хромом и марганцем позволяет получить стали с достаточно высокой прочностью и прокаливаемостью (40ХГ). Однако хромомарганцевые стали имеют пониженную вязкость, повышенный порог хладноломкости (от 20 до -60°С), склонность к отпускной хрупкости и росту зерна аустенита при нагреве.
Хромокремнемарганцевые стали. Высоким комплексом свойств обладают хромокремнемарганцевые стали (хромансил). Стали 20ХГС, 25ХГС и 30ХГС обладают высокой прочностью и хорошей свариваемостью. Стали хромансил применяют также в виде листов и труб для ответственных сварных конструкций (самолетостроение). Стали хромансил склонны к обратимой отпускной хрупкости и обезуглероживанию при нагреве.
Хромоникелевые стали обладают высокой прокаливаемостью, хорошей прочностью и вязкостью. Они применяются для изготовления крупных изделий сложной конфигурации, работающих при динамических и вибрационных нагрузках.
Хромоникелемолибденовые стали. Хромоникелевые стали обладают склонностью к обратимой отпускной хрупкостью, для устранения которой многие детали небольших размеров из этих сталей охлаждают после высокого отпуска в масле, а более крупные детали в воде для устранения этого дефекта стали дополнительно легируют молибденом (40ХН2МА) или вольфрамом.
Хромоникелемолибденованадиевые стали обладают высокой прочностью, пластичностью и вязкостью и низким порогом хладноломкости. Этому способствует высокое содержание никеля. Недостатками сталей являются трудность их обработки резанием и большая склонность к образованию флокенов. Стали применяют для изготовления наиболее ответственных деталей турбин и компрессорных машин.
Стали с повышенной обрабатываемостью резанием
Наиболее часто применяют автоматные стали А12, А20, А40, имеющие повышенное содержание серы (0.08-0.3%), фосфора (<=0.05%) и марганца (0.7-1.0%). Сталь 40Г содержит 1.2-1.55% Mn. Фосфор, повышая твердость, прочность и охрапчивая сталь, способствует образованию ломкой стружки и получению высокого качества поверхности.
Стали обладают большой анизотропией механических свойств, склонны к хрупкому разрушению, имеют пониженный предел выносливости. Поэтому сернистые автоматные стали применяют лишь для изготовления неответственных изделий - преимущественно нормалей или метизов.
Мартенсито-стареющие высокопрочные стали
Широкое применение в технике получила высокопрочная мартенсито-стареющая сталь Н18К9М5Т. Кроме стали Н18К9М5Т нашли применение менее легированные мартенсито-стареющие стали: Н12К8М3Г2, Н10Х11М2Т, Н12К8М4Г2, Н9Х12Д2ТБ. Мартенсито-стареющие стали имеют высокий предел упругости.
Мартенсито-стареющие стали применяют в авиационной промышленности, в ракетной технике, в судостроении, в приборостроении для упругих элементов, в криогенной технике и т.д. Цена этих сталей довольно велика.
Высокопрочные стали с высокой пластичностью
Метастабильные высокопрочные аустенитные стали называют ТРИП-сталями или ПНП-сталями. Эти стали содержат 8-14% Cr, 8-32% Ni, 0.5-2.5% Mn, 2-6% Mo, до 2% Si (30Х9Н8М4Г2С2 и 25Н25М4Г1).
Характерным для это группы сталей является высокое значение вязкости разрушения и предела выносливости.
Широкому применению ПНП-сталей препятствует их высокая легированность, необходимость использования мощного оборудования для деформации при сравнительно низких температурах, трудность сварки. Эти стали используют для изготовления высоконагруженных деталей, проволоки, тросов, крепежных деталей и др.
Рессорно-пружинные стали общего назначения
Рессорно-пружинные стали, как следует из навания, предназначены для изготовления пружин, упругих элементов и рессор различного назначения. Они должны обладать высоким сопротивлением малым пластическим деформациям, пределом выносливости и релаксационной стойкостью при достаточной пластичности и вязкости.
Для пружин малого сечения применяют углеродистые стали 65, 70,75, 85.
Более часто для изготовления пружин и рессор используют легированные стали.
Стали 60С2ХФА и 65С2ВА, имеющие высокую прокаливаемость, хорошую прочность и релаксационную стойкость применяют для изготовления крупных высоконагруженных пружин и рессор. Когда упругие элементы работают в условиях сильных динамических нагрузок, применяют сталь с никелем 60С2Н2А.
Для изготовления автомобильных рессор широко применяют сталь 50ХГА, которая по техническим свойствам превосходит кремнистые стали. Для клапанных пружин рекомендуется сталь 50ХФА, не склонная к перегреву и обезуглероживанию.
Шарикоподшипниковые стали.
Для изготовления тел качения и подшипниковых колец небольших сечений обычно используют высокоуглеродистую хромистую сталь ШХ15, а больших сечений - хромомарганцевую сталь ШХ15СГ, прокаливающуюся на большую глубину. Стали обладают высокой твердостью, износостойкостью и сопротивлением контактной усталости. К сталям предъявляются высокие требования по содержанию неметаллических включений, так как они вызывают преждевременное усталостное разрушение. Недопустима также карбидная неоднородность.
Для изготовления деталей подшипников качения, работающих при высоких динамических нагрузках, применяют цементуемые стали 20Х2Н4А и 18ХГТ.
Износостойкие стали
Для деталей, работающих на износ в условиях абразивного трения и высоких давлений и ударов, применяют высокомарганцевую литую аустенитную сталь 110Г13Л.
Сталь 110Г13Л обладает высокой износостойкостью только при ударных нагрузках. При небольших ударных нагрузках в сочетании с абразивным изнашиванием либо при чистом абразивном изнашивании мартенситное превращение не протекает и износостойкость стали 110Г13Л невысокая.
Для изготовления лопастей гидротурбин и гидронасосов, судовых гребных винтов и других деталей, работающих в условиях изнашивания при кавитационной эрозии, применяют стали с нестабильным аустенитом 30Х10Г10, 0Х14АГ12 и 0Х14Г12М, испытывающим при эксплуатации частичное мартенситное превращение.
Коррозийно-стойкие и жаростойкие стали и сплавы
Жаростойкие стали и сплавы.
Повышение окалиностойкости достигается введением в сталь главным образом хрома, а также алюминия или кремния, т. е. элементов, находящихся в твердом растворе и образующих в процессе нагрева защитные пленки оксидов.
Для изготовления различного рода высокотемпературных установок , деталей печей и газовых турбин применяют жаростойкие ферритные (12Х17, 15Х25Т и др.) и аустенитные (20Х23Н13, 12Х25Н16Г7АР, 36Х18Н25С2 и др.) стали, обладающие жаропрочностью.
Коррозионно-стойкие стали устойчивы к электрохимической коррозии.
Стали 12Х13 и 20Х13 применяют для изготовления деталей с повышенной пластичностью, подвергающихся ударным нагрузкам (клапанов гидравлических прессов, предметов домашнего обихода), а также изделий, испытывающих действие слабо агрессивных сред (атмосферных осадков, водных растворов солей органических кислот).
Стали 30Х13 и 40Х13 используют для карбюраторных игл, пружин, хирургических инструментов и т. д.
Стали 15Х25Т и 15Х28 используют чаще без термической обработки для изготовления сварных деталей, работающих в более агрессивных средах и не подвергающихся действию ударных нагрузок, при температуре эксплуатации не ниже -20°С.
Сталь 12Х18Н10Т получила наибольшее распространение для работы в окислительных средах (азотная кислота).
Коррозионно-стойкие сплавы на железоникелевой и никелевой основе.
Сплав 04ХН40МДТЮ предназначен для работы при больших нагрузках в растворах серной кислоты.
Для изготовления аппаратуры, работающей в солянокислых средах, растворах серной и фосфорной кислоты, применяют никелевый сплав Н70МФ. Сплавы на основе Ni-Mo имеют высокое сопротивление коррозии в растворах азотной кислоты.
Для изготовления сварной аппаратуры, работающей в солянокислых средах, применяют сплав Н70МФ.
Наибольшее распространение получил сплав ХН65МВ для работы при повышенных температурах во влажном хлоре, солянокислых средах, хлоридах, смесях кислот и других агрессивных средах.
Двухслойные стали нашли применение для деталей аппаратуры (корпусов аппаратов, днищ, фланцев, патрубков и др.), работающих в коррозионной среде. Эти стали состоят из основного слоя - низколегированной (09Г2, 16ГС, 12ХМ, 10ХГСНД) или углеродистой (Ст3) стали и коррозийно-стойкого плакирующего слоя толщиной 1-6мм из коррозийно-стойких сталей (08Х18Н10Т, 10Х17Н13М2Т, 08Х13) или никелевых сплавов (ХН16МВ, Н70МФ).
Криогенные стали
Криогенные стали обладают достаточной прочностью при нормальной температуре в сочетании с высоким сопротивлением хрупкому разрушению при низких температурах. К этим сталям нередко предъявляют требования высокой коррозийной стойкости. В качестве криогенных сталей применяют низкоуглеродистые никелевые стали и стали аустенитного класса, несклонные к хладноломкости.
Из этих сталей изготовляют цилиндрические или сферические резервуары для хранения и транспортировки сжиженных газов при температуре не ниже -196°С.
Жаропрочные стали и сплавы
Жаропрочными называют стали и сплавы, способные работать под напряжением при высоких температурах в течение определенного времени и обладающие при этом достаточной жаростойкостью.
Жаропрочные стали и сплавы применяют для изготовления многих деталей котлов, газовых турбин, реактивных двигателей, ракет и т. д., работающих при высоких температурах.
Жаропрочные стали благодаря невысокой стоимости широко применяются в высокотемпературной технике, их рабочая температура 500-750°С.
Чем больше в стали углерода, тем выше прочность и ниже пластичность.
Стали мартенситного и мартенсито-ферритного классов (15Х11МФ, 40Х9С2, 40Х10С2М) применяют для деталей и узлов газовых турбин и паросиловых установок.
Стали аустенитного класса (10Х18Н12Т, 08Х15Н24В4ТР, 09Х14Н18В2БР) предназначены для изготовления пароперегревателей и турбоприводов силовых установок высокого давления.
Жаропрочные сплавы на никелевой основе находят широкое применение в различных областях техники (авиационные двигатели, стационарные газовые турбины, химическое аппаратостроение и т. д.).
Часто используют сплав ХН70ВТЮ, обладающий хорошей жаропрочностью и достаточной пластичностью при 700-800°С.
Никелевые сплавы для повышения их жаростойкости подвергают алитированию.
|
