Классификация конструкционных легированных сталей по назначению

По этому признаку все конструкционные стали делятся на семь групп:

Цементуемые стали. Характерный отличительный признак их в том, что концентрация углерода в них 0,1…0,25 % при обязательном присутствии хрома. Например, 15Х, 18ХГТ, 12ХН3А, 18Х2Н4ВА и др.

Упрочнение этих сталей возможно только методом химико-термической обработки, называемой цементацией, когда поверхностный слой детали насыщают углеродом, что приводит к повышению твердости и износостойкости, а сердцевина сохраняет свою первоначальную пластичность и вязкость.

Строительные стали. Это стали, идущие для изготовления сварных металлоконструкций ответственного назначения. Концентрация углерода в таких сталях может колебаться в интервале от 0,09 до 0,35 % при обязательном присутствии или марганца, или кремния, или одновременном присутствии и марганца, и кремния. Марганец и кремний в этих сталях играют роль раскислителей, что позволяет получать сварные швы, не содержащие закиси железа. Все строительные стали относятся к сталям перлитного класса.

В зависимости от концентрации углерода строительные стали могут иметь или нормальную прочность, или повышенную. Последние идут для изготовления арматуры, используемой в железобетонных конструкциях. Арматурные стали характеризуются более высокой концентрацией марганца. Например, 18Г2С, 25Г2С, 20ХГ2Ц и др.

Улучшаемые стали. Это стали с концентрацией углерода 0,3…0,5 % при обязательном присутствии хрома. Упрочняются такие стали методом термической обработки, состоящей из закалки с последующим высоким отпуском, хотя допускается и низкий отпуск. В зависимости от концентрации серы и фосфора эти стали могут быть или качественными, или высококачественными. Поставляются они чаще всего в горячекатаном состоянии, но могут и в термически обработанном. По структуре после нормализации все эти стали относятся к сталям перлитного класса. Кроме хрома они могут иметь в своем составе такие элементы, как марганец, кремний, молибден, ванадий, никель, бор и алюминий. Например, 30Х, 35ХГФ, 38ХС, 40ХН, 40ХМФА, 30ХГСА, 38Х2Н2МА, 38Х2МЮА и др.

Рессорно-пружинные стали. Они предназначены для изготовления любых упругих элементов: рессор, пружин, мембран, торсионных валов и т.п. Характерным признаком таких сталей является: концентрация углерода 0,5…0,7 % при обязательном присутствии кремния. Однако, за последнее время в практике стали применяться, так называемые, безкремнистые стали, в которых при той же концентрации углерода, кремний заменяется следующими комбинациями легирующих элементов: или хромом с марганцем, или хромом с ванадием, или хромом с марганцем и ванадием одновременно.

Все рессорно-пружинные стали относятся к сталям перлитного класса и они подвергаются закалке с последующим средним отпуском для достижения твердости 39…44 HRC. Именно такая твердость обеспечивает высокий предел выносливости. При более высокой твердости предел выносливости снижается. Примеры марок рессорно-пружинных сталей: 60С2, 70С3А, 50ХГ, 50ХФА, 50ХГФА и др.

Подшипниковые стали. Они используются для изготовления как колец, так и тел качения (шариков, роликов и иголок). Характерным отличительным признаком подшипниковых сталей является концентрация углерода в пределах 0,95…1,15 % при обязательном присутствии хрома. Повышенная концентрация углерода в этих сталях придает им высокую твердость и износостойкость, а присутствие хрома – повышенную прокаливаемость. По концентрации углерода они относятся к заэвтектоидным сталям.

Коррозионно-стойкие (нержавеющие стали). Характерным признаком всех нержавеющих сталей является высокая концентрация хрома в них. Она должна быть не менее 13 %.

По структуре, получающейся после нормализации при температуре 900 °С, эти стали могут относиться к ферритному, мартенситному, мартенситно-ферритному, аустенитному, аустенито-ферритному и аустенито-мартенситному классам.

Наиболее дешевыми являются стали мартенситного класса, например, 20Х13, 30Х13, 40Х13, 14Х17Н2. Достоинство этих сталей заключается в их высокой прочности (до 1600 МПа), высокой твердости и износостойкости. Их можно упрочнять термической обработкой, состоящей из закалки с температур около 1050 °С с последующим низким отпуском (200…250 °С). К недостаткам сталей следует отнести их склонность к межкристаллитной коррозии и склонность к отпускной хрупкости.

К сталям ферритного класса относятся стали с пониженной концентрацией углерода (0,07…0,15 %), но с повышенной концентрацией хрома (до 30 %). Например, 08Х17, 12Х17, 15Х25Т, 15Х28 и др. При высокой коррозионной стойкости они обладают и высокой теплостойкостью. Вместе с тем они имеют и ряд недостатков. Их нельзя упрочнять термической обработкой, у них затруднительная свариваемость, они склонны к росту зерна.

К сталям мартенситно-ферритного класса относятся более сложнолегированные стали, но с уменьшенной до 12 % концентрацией хрома, например, 15Х12ВНМФ, 18Х12ВМБФР. Такие стали чаще всего используются как жаропрочные.

Стали аустенитного класса это стали сложно – и высоколегированные. Концентрация углерода в них 0,03…0,45 %, хрома 13…19 % и никеля 9…25 %. Эти стали обладают хорошей пластичностью и свариваемостью, но их нельзя упрочнять термической обработкой, а после закалки нельзя подвергать нагреву. В качестве примеров можно привести такие марки, как 08Х18Н10Т, 36Х18Н25С2, 03Х17Н14М2 и др.

Жаропрочные стали. Это стали, которые сохраняют свою прочность при высоких температурах. Жаропрочность относится к эксплуатационным свойствам и определяется не только величиной приложенной нагрузки и напряжениями, возникающими вследствие этой нагрузки, но и продолжительностью нахождения материала под нагрузкой. Таким образом, при одной и той же температуре прочность стали будет тем ниже, чем дольше она будет работать.

Жаропрочность оценивается двумя показателями:

1) пределом длительной прочности (σ_д) – это напряжение, вызывающее разрушение стали при определенной температуре за данный период времени: например, 25 – при температуре 750 °C и после 10000 часов эксплуатации предел прочности должен быть не менее 25 кгс/мм²;

2) пределом ползучести (σ_пл) – это напряжение, вызывающее заданную скорость деформации при данной температуре: например, 25 – при постоянном напряжении в 25 кгс/мм² при температуре 750 °C и после 10000 часов эксплуатации относительное удлинение не должно превышать 0,2 %.

Жаропрочные стали в зависимости от концентрации углерода делятся на низкоуглеродистые (концентрация углерода менее 0,2 %) и среднеуглеродистые (С = 0,3…0,5 %). В составе низкоуглеродистых сталей обязательно должны находиться молибден и хром, при этом концентрация хрома не должна превышать 5 %, а в составе среднеуглеродистых – кремний и хром, при этом концентрация хрома должна находиться в пределах от 5 до 12 %.

В отечественном машиностроении наибольшее распространение получили жаропрочные стали перлитного, мартенситного и мартенсито-ферритного классов.

К сталям перлитного класса относятся марки: 12МХ, 12МХФ, 12МХ1Ф. К сталям мартенитного класса относятся марки: 12МХ2ФСР, 12МХ2ФБ. К сталям мартенсито-ферритного класса – 15Х11МФ, 40Х9С2, 45Х10С2М. Они идут для изготовления выпускных клапанов двигателей внутреннего сгорания.

Дата добавления: 2015-07-07