Стали обеспечивающие жесткость статическую и циклическую

Стали обладают высоким модулем упругости (Е= 2,1·106 Мпа) Уступают лишь: B, W, Mo, Be.

При соответствующем легировании и технологии термической обработки сталь может приобретать:
Износостойкость
Коррозионно-стойкость
Жаростойкость и жаропрочность
Магнитность
Упругие свойства

Разработано около 2000 марок сталей и сплавов
Классификация конструкционных сталей
По химическому составу
По качеству
По степени раскисления
По структуре
По прочности
По назначению

По химическому составу стали классифицируют на:
Углеродистые и легированные
Низкоуглеродистые (<0,3%С)
Среднеуглеродистые (0,3 – 0,7%С)
Высокоуглеродистые (>0,7%С)

Легированные стали в зависимости от введенных элементов подразделяют на:
Хромистые
Марганцевые
Хромоникелевые
Хромокремнемарганцевые
Хромоникельмолибденовые

По количеству введенных элементов легированные стали различают на:
Низколегированные содержат до 5% л.э.
Среднелегированные от 5 до 10% л.э.
Высоколегированные более 10%

По качеству стали классифицируют на стали:
Обыкновенного качества
Качественные
Высококачественные
Особовысококачественные

Под качеством стали понимают совокупность свойств, определяемых металлургическим процессом ее производства. Однородность химического состава, строения и свойств стали, ее технологичность зависят от содержания газов (кислорода, водорода, азота) и вредных примесей – серы и фосфора

Нормы содержания вредных примесей служат основными показателями качества сталей
Обыкновенного качества - 0,050%S; 0,040%P
Качественные - 0,040%S; 0,035%P
Высококачественные - 0,025%S; 0,025%P
Особовысококачественные - 0,015%S; 0,025%P

По степени раскисления и характеру затвердевания
раскисляют
Спокойные Mn, Si, Al
Полуспокойные
Кипящие Mn

По структуре в состоянии отожженном или после нормализации:
Доэвтектоидные - углеродистые легированные
Эвтектоидные - углеродистые легированные
Аустенитные - легированные
Ферритные - легированные

По структуре после нормализации стали подразделяют на классы:
Перлитный
Мартенситный
Аустенитный
Ферритный

Диаграммы изотермического распада аустенита сталей

По прочности, оцениваемой временным сопротивлением
Нормальной (средней) прочности до 1000 МПа
Повышенной прочности - до 1500 Мпа
Высокопрочные – свыше 1500 МПа

Стали – сложные по составу железо-углеродистые сплавы.
Кроме Fe и C, а также легирующих элементов стали содержат некоторое количество постоянных и случайных примесей.
Углерод содержится в конструкционных сталях до 0,8%.
Степень влияния углерода зависит от структурного состояния стали и ее термической обработки.
Влияние углерода и постоянных примесей на свойства сталей:

Влияние углерода на механические свойства горячекатаных сталей

Влияние углерода на хладноломкость стали

Влияние углерода на механические свойства закаленных низколегированных сталей

Углерод изменяет технологические свойства стали при увеличении его содержания:
Снижается способность сталей деформироваться в горячем и особенно в холодном состояниях
Затрудняется свариваемость

Постоянные примеси в стали: Mn, Si, S, P, а также газы O2, N2 , H2
Марганец – уменьшает вредное влияние серы и фосфора
Вводится для раскисления стали и остается в количестве 0,3-0,8%
Кремний – вводится как раскислитель и остается в ней в количестве до 0,4%, оказывает упрочняющее воздействие
Сера – вредная примесь. Вызывает красноломкость стали – хрупкость при горячей обработке давлением. Содержание строго ограничивают.

Фосфор – вредная примесь. Вызывает хладноломкость – снижение вязкости по мере понижения температуры. Повышает порог хладноломкости.
Кислород, азот, и водород – вредные скрытые примеси. Их влияние сильно проявляется в снижении пластичности и повышении склонности стали к хрупкому разрушению. Образуются оксиды, нитриды; флокены.
Случайные примеси в большинстве случаев оказывают отрицательное влияние на вязкость и пластичность сталей

Влияние фосфора на хладноломкость стали
1-0,008%P
2-0,06%P

Углеродистые стали

На долю углеродистых сталей приходится 80% от общего объема. Они дешевы и сочетают удовлетворительные механические свойства с хорошей обрабатываемостью резанием и давлением.
Однако углеродистые стали менее технологичны при термической обработке, имеют большую деформацию и маленькую прокаливаемость.

Углеродистые стали обыкновенного качества

Механические свойства углеродистых сталей обыкновенного качества группы А

Углеродистые качественные стали

Свойства углеродистых качественных сталей (ГОСТ 1050-74)

1. Малопрочные и высокопластичные стали 08, 10.
Без термической обработки используют для:
Шайб
Кожухов
Деталей, изготавливаемых холодной деформацией
2. Цементуемые – стали 15, 20, 25:
Кулачки
Толкатели
Малонагруженные шестерни
Крепежные детали

3. Среднеуглеродистые стали 30, 35, 40, 45, 50, 55. Применяют после улучшения, нормализации и поверхностной закалки. Имеют после улучшения
высокую ударную вязкость и пластичность.
Изготавливают:
Шатуны
Коленчатые валы малооборотных двигателей
Зубчатые колеса
Маховики
Оси

Легированные стали

Производят и поставляют:
Качественными
Высококачественными
Особовысококачественными

Маркировка легированных сталей
По ГОСТ 4543-71 принято обозначать в марках легирующие элементы:
Хром – Х
Никель – Н
Марганец – Г
Кремний – С
Молибден – М
Вольфрам – В
Титан – Т
Ниобий – Б
Ванадий – Ф
Алюминий – Ю
Бор – Р
Кобальт – К
Медь - Д
Число, стоящее после буквы, указывает на примерное содержание легирующего элемента в процентах.

20ХН3А
30ХГС-Ш
ЭИ (ЭИ415)
ЭП (ЭП716)

После закалки на мартенсит и низкого отпуска свойства легированной стали определяются концентрацией углерода в мартенсите. Максимальное упрочнение достигается уже при 0,4% С.
Легирующие элементы влияют на механические свойства косвенно, увеличивая или уменьшая концентрацию углерода в мартенсите.
Карбидообразующие элементы (Cr, Mo, W, V) увеличивают прочность связи атомов углерода с атомами твердого раствора.
Легирующие элементы повышают прочность феррита, дисперсность и количество карбидной фазы.

Массовая доля элементов в легированных конструкционных сталях (ГОСТ 4543-71)

Режимы термической обработки и механические свойства низкоуглеродистых сталей

Термическая обработка и механические свойства улучшаемых легированных сталей

Схема термомеханической обработки стали
ВТМО НТМО
(заштрихованная зона – интервал температур рекристаллизации)

Мартенситно-стареющие стали

Мартенситно-стареющие стали, превосходят среднеуглеродистые стали по конструкционной прочности и технологичности. Высокая прочность этих сталей достигается совмещением двух механизмов упрочнения:
мартенситного превращения
и старения мартенсита