Допоможіть розробці сайту, ділитися статтею з друзями!
Сталь є металом, широко використовуваним в машинобудуванні, літакобудуванні, будівництві та інших галузях виробництва. Популярність матеріалу обумовлена поєднанням його відмінних технологічних і фізико-механічних властивостей. До сталям відносять залізовуглецеві з'єднання, хімічний склад яких передбачає вміст вуглецю в кількості менше 2, 14%, а крім цього компонента присутні шкідливі і корисні домішки.
Поєднання характерною циклічної міцності в статичному стані і жорсткості досягається шляхом зміни вмісту вуглецю і легуючих компонентів. Різні якості стали виходять в результаті застосування в виробництв е певних хімічних та термічних технологій.
Класифікація вуглецевих сталей
Вуглецеві сплави поділяють за такими характеристиками:
- кількістю міститься вуглецю;
- призначенням;
- структурі в стані рівноваги;
- ступеня розкислення.
Залежно від кількості вуглецю матеріал ділять на категорії:
- високовуглецеві - більше 0, 7%;
- середньовуглецеві - 0, 3-0, 7%;
- низьковуглецеві - до 0, 3%.
В результаті отриманого якості сталеві сплави ділять на:
- високоякісні;
- звичайні;
- якісні.
З металу в рідкому стані видаляють кисень для зменшення крихкості при гарячому формуванні, цей процес називається раскислением. За характером затвердіння і ступеня розкислення матеріал класифікується як киплячий, напівспокійних і спокійний.
Залежно від отриманої структури в рівноважному стані матеріал ділять на:
- евтектоїдні, що характеризуються структурою з перліту;
- доевтектоїдних, що містять перліт і ферит;
- заевтектоідние - з вторинним цементитом і перлитом.
За призначенням використання метал підрозділяється на групи:
- конструкційні (покращувані, високоміцні, Цементовані, рессорно-пружинні), що застосовуються в будівництві, приладобудуванні, машинобудуванні і літакобудуванні;
- інструментальні для штампів гарячої (200 ˚) і холодної пресування, вимірювального і ріжучого інструменту).
конструкційні метали
Звичайні за якістю стали випускаються у вигляді балок, прутків, листового матеріалу, швелерів, труб, куточка і іншого прокату і діляться на категорії А, В, Б. В найменуванні присутні букви Ст і цифра, що позначає номер марки, зі збільшенням значення числа збільшується показник вмісту вуглецю. Для матеріалів категорій В та Б, але не А, перед Ст ставиться шукана буква для вказівки приналежності.
Група розкислення позначається СП, ПС, КП - спокійні, напівспокійну і киплячі, відповідно. Категорія, А використовується для виробництва деталей, одержуваних холодної обробкою, категорія Б застосовується для елементів, що виготовляються зварюванням, куванням, за методом термічної обробки. Стали В за вартістю дорожче попередніх категорій, використовуються для виробництва відповідальних конструкцій і зварювальних елементів.
З усіх трьох категорій звичайних вуглецевих сталей роблять металеві конструкції і деталі в приладобудуванні та машинобудуванні зі слабким навантаженням, в тих випадках, коли працездатність обумовлена необхідної жорсткістю. Метали у вигляді арматури вкладають в залізобетонні конструкції. З категорій В та Б роблять зварні ферми, рами і металеві вузли, які потім вкриваються цементним розчином.
Середньовуглецеві групи з великим запасом міцності використовують для рейок, коліс залізничних вагонів, шківів, валів і шестерень механічних пристроїв і машин. Деякі матеріали цієї групи вирішуються до термічній обробці.
Якісні сталі вуглецевої групи застосовують в слабонавантажених деталях, вони маркуються цифрами від 05 до 85, що позначають процентну концентрацію вуглецю. До вуглецевих матеріалів відносяться сталі із збільшеним вмістом марганцю, які відрізняються підвищеною прокаливаемостью. За рахунок зміни кількості вуглецю, марганцю і вибору відповідного способу термічної обробки отримують різні технологічні і механічні якості.
Низьковуглецеві сплави відрізняються хорошою пластичністю при холодній обробці, але мають невеликий запас міцності. Їх випускають у вигляді листів, матеріал м'який, легко штампується, тягнеться, сюди відносять жесть і метал для емальованих предметів побуту. При цементуванні сталей у виробництві збільшується показник поверхневої міцності, що дає можливість виготовляти малонавантажених колеса зубчастої передачі, кулачки і ін.
Середньовуглецеві метали та аналогічні суміші зі збільшеним відсотком марганцю відрізняються середніми показниками міцності, але пластичність і в'язкості при цьому знижується. За умовами роботи запчастин визначається метод посилення сталей у вигляді нормалізації, нізкоотпускной і ТВЧ гарту і ін. З них роблять високоміцний дріт, ресори, пружини і підвищеними вимогами до зносостійкості.
автоматні види
Ці матеріали маркуються літерою, А і цифрами, що вказують на концентрацію вуглецю в сотих відсотка. Легування свинцем додає букву З після А. Введення селену, марганцю, телуру дозволяє скоротити застосування ріжучого інструменту при обробці. На ступінь оброблюваності також впливає добавка фосфору, сірки і кальцію, останній вводиться у вигляді сілікальціта в рідкий сплав.
Вміст фосфору і сірки знижує показники якості, сірка знижує антикорозійні властивості, сульфідів ведуть до порушення однорідності металу. Їх цього класу сталей роблять деталі складної форми і поверхні, елементи кріплення, розраховані на невелике навантаження.
леговані типи
До них відносять метали з вмістом легуючих добавок в кількості до 2, 5%. Буквені позначення марки включають літери, що вказують на певні домішки, а цифра після них говорить про процентний вміст елемента. Якщо його зміст менше 1, 5%, то в позначенні добавка не ставиться.
Зміст вуглецю в цій групі сталей нормується кількістю 0, 1-0, 3%, до основних властивостей після термічної, хімічної обробки і низького відпустки після гарту відносять:
- високу твердість матеріалу на поверхні;
- зменшену міцність середніх шарів і підвищену в'язкість.
Стали використовують для виробництва деталей машин і приладів, призначених для роботи з ударними та змінними навантаженнями в умовах підвищеної зношуваності.
Цементовані матеріали
Для підвищення показників твердості, витривалості при контакті, зносостійкості, прокаливаемости використовують хром, магній, нікель, останній елемент підвищує в'язкість і знижує межа хладноломкости. Цементовані склади ділять на дві групи:
- середньої міцності з порогом плинності менше 700 МПа;
- підвищеної міцності з аналогічним показником в межах 700-1100 МПа.
За змістом добавок розрізняють види:
хромисті склади і хромованадіевой, Цементовані на глибину менше 1, 5 мм;- Хромомарганцевие склади включають титану 0, 06%, марганцю і хрому по 1%, мають особливість внутрішньо окислюватися при газовій цементації, що веде до зменшення міцності;
- хромонікельмолібденових сплави є представниками мартенситного класу і відрізняються зменшеним викривленням, що обумовлено повітряної загартуванням, легированием рідкоземельними металами, що підвищують прокаліваемость, статичну міцність і опір ударам.
Пружинно-ресорні сплави
Деталі працюють в умовах пружної деформації і посмикати циклічним навантаженням, тому від сталей потрібні високі показники плинності, пластичності і опору зламу. До складу входять:
- марганець - менше 1, 2%;
- кремній - менше 2, 7%;
- ванадій - до 0, 26%;
- хром - до 1, 25%;
- нікель - менше 1, 75%;
- вольфрам - менше 1, 2%.
В процесі обробки зменшуються розміри зерен, збільшується опір металу. Для транспортного виробництва особливо цінними є крем'янисті сплави, якщо технологія не дозволяє їм у виробництві обезуглероживающего, то витривалість матеріалу залишається на рівні заданих параметрів. Введення ванадію, хрому, ванадію, нікелю допомагає загальмувати зайвий зростання зерен при нагріванні і підвищити прокаліваемость. З високовуглецевих холоднотягнутих дротів, аустенітних нержавеек і високохромистих мартенситних сталей, також роблять пружини та інші пружні елементи.
інструментальні стали
Для забезпечення надійної роботи інструментів сталь повинна володіти спеціальними властивостями, які проявляються у кожної групи матеріалів по-різному в залежності від виробництва і технології введення добавок.
шарикопідшипникових форми
Сплави при виробництві очищаються від неметалевих домішок, використання технології вакуумно-дугового або електрошокової переплавки зменшує пористість металу. При виробництві підшипників і їх вузлів застосовують хромисті шарікоподшипниковиє стали з добавками хрому. Додаткове легування здійснюється марганцем і кремнієм з метою збільшити показник прокаливаемости. Щоб деталі можна було виготовляти методом холодного штампування і різати застосовується отжиг металу на твердість.
Загартування деталей (роликів, шарикопідшипників і кілець) проводиться в масляній ванні при температурі 850-870˚С, їх охолоджують з метою забезпечення стабільності до 25˚С перед відпусткою. Так як підшипникові та подібні елементи при експлуатації відчувають сильні динамічні навантаження, то їх роблять з металів з подальшою термічною обробкою і цементацією.
зносостійкі види
Опір зносу підвищується зі збільшенням показника поверхневої твердості матеріалу. Для довготривалої експлуатації важливі такі якості сплаву:
- опір руйнуванню при абразивному терті;
- довготривала експлуатація в умовах високого тиску і ударних навантажень.
Зносостійкі метали застосовують при виготовленні гусеничних траків, дробильних плит каменедробильного обладнання, розчавлює щік. Робота в таких умовах ефективна завдяки властивості сталей набирати міцність і твердість в умовах пластичної холодної деформації, що досягає 70%. Добавки фосфору більше 0, 027% призводять до збільшення хладноломкости сировини.
Лита сталь має структуру аустеніту, у якого на кордонах зерен виділяється зайвий марганцю карбід, що веде до зменшення міцності і в'язкості. Щоб отримати аустенитную однофазную структуру заготівлі гартують у водному середовищі при температурі близько 1100˚С.
чинять опір корозії
Ці матеріали використовують для виготовлення елементів приладів, що працюють в умовах електрохімічної корозії, їх називають нержавіючими. Стійкість до корозії розвивається після введення добавок, що ведуть до утворення поверхневих плівок з гарну адгезію до металу. Ці шари зменшують безпосередню взаємодію сталей із зовнішніми дратівливими факторами і підвищують потенціал у електрохімічної середовищі.
Нержавіючі метали ділять на хромонікелеєві і хромисті. Хромисті склади використовують для пластичних деталей, які виготовляють штампуванням і методом зварювання. Цей вид поділяють на ферритні, мартенситно-ферритні і мартенситні сплави. Для підвищення опору ударам їх гартують в маслі при температурі близько 1000˚С в умовах високого відпустки з показниками температури в межах 600-800˚С.
жароміцні сплави
Застосовують для виготовлення елементів, що працюють при температурі вище 500˚С, склади низьколеговані, що містять до 0, 25% С та інших легуючих добавок: хрому, вольфраму, нікелю. Загартування і нормалізація здійснюється в маслі при температурі близько 890-1050˚С. З перлитових сталей роблять деталі, котрі піддаються в роботі режиму повзучості при малих навантаженнях, наприклад, паронагревательние труби, арматура котлів з парою, кріпильні деталі.