Материаловедение

Классификация сталей
По составу: углеродистые и легированные (никелевые, хромистые, хромоникелевые и т.д.).
По равновесной структуре: доэвтектоидные, эвтектоидные, заэвтектоидные.
По структуре после охлаждения на воздухе: перлитные, мартенситные, аустенитные.
По назначению: конструкционные инструментальные, стали и сплавы с особыми свойствами.

Углеродистые стали
Основной металлический материал промышленности – углеродистая сталь.
Углерод вводится в простую углеродистую сталь специально.
Технологические примеси: марганец, кремний.
Постоянные примеси: сера, фосфор, кислород, азот, водород.
Случайные примеси: хром, никель, медь и др..

Конструкционная углеродистые стали обыкновенного качества общего назначения
Химический состав:

Маркировка различных групп углеродистых сталей обыкновенного качества
Группа А – с гарантируемыми механическими свойствами (сталь не подвергается горячей обработке у потребителя): маркируется буквами Ст и цифрами от1 до 7, являющимися порядковым номером. Например, Ст 3.
Группа Б – с гарантируемым химическим составом (подвергается горячей обработке у потребителя): маркируется аналогично группе А, но с дополнительными буквами М, К, Б, что характеризует способ производства – мартеновский, конверторный, бессемеровский соответственно. Например, МСт3, БСт4, КСт5.
Группа В – с гарантируемыми механическими свойствами и химическим составом (подвергается сварке у потребителя)маркируется аналогично группе А, но с добавлением буквы В. Например, ВСт5.

Маркировка углеродистых сталей обычного качества разных способов раскисления
В зависимости от способа раскисления (с целью удаления кислорода) предлагаемые стали маркируют следующим образом:
Кипящая сталь - раскисленная только марганцем, содержит в марке буквы кп. Например, МСт1кп. Кипящие стали имеют наиболее низкое качество.
Спокойная сталь – раскисленная марганцем, кремнием и алюминием, содержит в марке буквы сп. Например, ВСт3сп. Спокойные стали имеют наиболее высокое качество.
Полуспокойная сталь – раскисленная марганцем и алюминием, содержит в марке буквы пс. Например, МСт4пс. Промежуточный вариант качества между кипящей и спокойной сталью.

Влияние углерода на свойства сталей
δ%
0
10
20
30
40
50
60
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
1,4
С%
HB – твердость по Бринеллю – одна из характеристик прочности стали (или сопротивления деформации).
δ% – относительное удлинение после разрыва - одна из характеристик пластичности стали.
Увеличение соде5ржания углерода приводит к повышению прочности и снижению пластичности стали.

Влияние постоянных примесей на свойства стали
Марганец – вводится в любую сталь для ракскисления, поэтому его влияние на сталь различного состава остается примерно одинаковым; оказывает положительное воздействие на свойства стали (прежде всего повышает прочность).
Кремний – вводится в сталь для раскисления, структурно не обнаруживается.
Фосфор – попадает в сталь из руды, топлива и флюсов; вызывает хладноломкость стали (склонность к хрупкому разрушению при понижении температуры); облегчает обрабатываемость стали резанием (в автоматных сталях содержание фосфора до 0,15%).
Сера – попадает в сталь из руды и печных газов; вызывает явление красноломкости стали (охрупчивание стали при температуре красного каления ≈ 800°С); облегчает обрабатываемость стали резанием (в автоматных сталях содержание серы до 0,3%).
Газы – содержание в стали зависит от способа производства; при большом количестве водорода могут образоваться опасные флокены; кислород и азот образуют неметаллические включения (соответственно оксиды и нитриды).

Применение конструкционных углеродистых сталей обыкновенного качества

Конструкционные углеродистые качественные стали общего назначения
08; 10; 15; 20; 25; 30; 35; 40; 45; 50; 55; 60
Цифры в обозначении марки стали показывают содержание углерода в сотых долях процента.
Химический состав, %

Применение конструкционных углеродистых качественных сталей общего назначения

Углеродистые инструментальные стали
У7; У7А; У8; У8А; У9; У9А; У10; У10А; У12; У12А.
Цифра в марке – содержание С в десятых долях %
Применение: инструмент, который работает в условиях не вызывающих разогрев рабочей кромки – зубила, молотки, ножницы по металлу… (У7); фрезы, пилы продольные и дисковые, отвертки, стамески…(У8); слесарно-монтажный инструмент…(У9); метчики ручные, матрицы для холодной штамповки…(У10); метчики машинные, измерительный инструмент простой формы…(У12).
Твердость углеродистых инструментальных сталей резко уменьшается при нагреве выше 200°С.

Быстрорежущие стали
Стали, предназначенные для изготовления режущего инструмента, работающего при высоких скоростях резания, должны обладать горячей твердостью и красностойкостью (устойчивым сохранением твердости в нагретом состоянии при 500-600°С).Красностойкость создается легированием стали элементами, образующими специальные карбиды, которые не растворяются до высоких температур.
Износостойкость режущего инструмента в первом приближении характеризуется твердостью в нагретом состоянии. Быстрорежущие стали – износостойкий материал.
Буква Р в марке стали от слова рапид (скорость).

Конструкционные легированные стали
Система маркировки по ГОСТу
Обозначения состоят из цифр и букв, указывающих на примерный состав стали.
Каждый легирующий элемент обозначается буквой. Например, Н – никель, Х – хром, М – молибден, Г – марганец, С – кремний, Ю – алюминий и т.д.
Первые цифры в обозначении показывают среднее содержание углерода в сотых долях процента (у высокоуглеродистых инструментальных сталей в десятых долях процента).
Цифры, идущие после буквы, указывают на примерное содержание данного легирующего элемента в процентах ( при содержании элемента менее 1% цифра отсутствует).
Примеры: 30ХМА; 10ГН2МФА; 20Х2Н4; 30ГСЛ и т.д.
Буква А в конце марки стали показывает, что в ней ограничено содержание серы и фосфора, а в середине марки – азот; буква Л в конце марки стали – литейная сталь (точнее - улучшенные литейные свойства).

Легирующие элементы в марке стали
Х – хром,
Н – никель,
М – молибден,
Г – марганец,
В – вольфрам,
Ф – ванадий,
Т – титан,
С – кремний,
А – азот,
Ю – алюминий