Состав и маркировка основных типов сталей используемых в машиностроении. Их основные технические и эксплуатационные характеристики.

Сталями принято называть сплавы железа с углеродом, содержание до 2,14% углерода. Кроме того, в состав сплава обычно входят марганец, кремний, сера и фосфор; некоторые элементы могут быть введены для улучшения физико-химических свойств специально (легирующие элементы).

Стали, классифицируют по самым различным признакам.

Маркировка сталей по химическому составу является наиболее общей. Эта маркировка учитывает также область применения, условия производства и качество сталей. Однако в марках некоторых сталей более узкого применения (например, автоматных, шарикоподшипниковых, быстрорежущих и др.) от правил такой маркировки существуют отклонения.

В зависимости от химического состава различают стали углеродистые и легированные.

В свою очередь углеродистые стали могут быть:

малоуглеродистыми, т. е. содержащими углерода менее 0,25%;

среднеуглеродистыми, содержание углерода составляет 0,25-0,60%;

высокоуглеродистыми, в которых концентрация углерода превышает 0,60%.

Легированные стали подразделяют на:

низколегированные содержание легирующих элементов до 2,5%;

среднелегированные, в их состав входят от 2,5% до 10% легирующих элементов;

высоколегированные, которые содержат свыше 10% легирующих элементов.

При маркировке легированной стали используют буквенные обозначения легирующих элементов. Эти буквы в сочетании с цифрами образуют марку стали.

В марке содержание легирующего элемента, если оно превышает 1…1,5%, указывается цифрой (массовая доля в целых процентах), стоящей после соответствующей буквы. Если за буквой отсутствует цифра, то содержание данного элемента около 1%. Исключение сделано для некоторых элементов (V, Ti, Mo, Nb, Zr, В, N и др.), присутствие которых в сталях даже в тысячных долях процента оказывает существенное влияние на свойства стали (микролегирование).

Если в начале марки нет цифры, то количество углерода составляет 1% и выше. Для конструкционных сталей две цифры впереди марки указывают среднее содержание углерода в сотых долях процента. Для инструментальных сталей одна цифра в начале марки означает среднее содержание углерода в десятых долях процента. Основная масса легированных сталей выплавляется качественными. Отличие в обозначении качественных, высококачественных и особо высококачественных сталей заключается в том, что в конце марки высококачественных сталей приписывается буква А, а особо высококачественных – буква Ш. У сталей, применяемых в виде литья (в отливке) в конце марки приписывается буква Л. Для высококачественных сталей от этих правил существуют отклонения. Так в марках инструментальных легированных сталей, а также сталей и сплавов с особыми физическими свойствами буква А не указывается, так как все они всегда высококачественные (или особо высококачественные).

Некоторые группы сталей специального назначения содержат дополнительные обозначения: марки шарикоподшипниковых сталей начинаются с буквы Ш, быстрорежущих – с буквы Р, электротехнических – с буквы Э, магнитно-твердых – с буквы Е, автоматных – с буквы А. Более подробно о маркировке этих сталей будет сообщено в соответствующих разделах.

По назначению стали бывают:

Конструкционные, предназначенные для изготовления строительных и машиностроительных изделий;

Инструментальные, из которых изготовляют режущий, мерительный, штамповый и прочие инструменты. Эти стали содержат более 0,65% углерода;

С особыми физическими свойствами, например, с определенными магнитными характеристиками или малым коэффициентом линейного расширения: электротехническая сталь, суперинвар;

С особыми химическими свойствами, например, нержавеющие, жаростойкие или жаропрочные стали.

Углеродистые конструкционные стали обыкновенного качества предназначены для изготовления:

•горячекатаного проката;

•холоднокатаного тонколистового проката;

•слитков, блюмов, слябов;

•труб;

•поковок и штамповок;

•метизов и др.

Стали углеродистые конструкционные качественные (ГОСТ 1050-74) содержат не более 0,35% фосфора, не более 0,04% серы, 0,05…0,6% углерода. Эти стали характеризуются высокими пластичностью и свариваемостью. Они могут использоваться без упрочняющей термической обработки или после нее.

Качественные углеродистые стали маркируют цифрами 08, 10, 15, 20, …. 85. Двузначные числа в марке показывают содержание углерода в сотых долях процента. Дополнительными индексами могут быть указаны степень раскисления и характер затвердевания стали в изложнице (например, сталь 08кп).

Низкоуглеродистые (менее 0,25% С) качественные конструкционные стали обладают невысокой прочностью и высокой пластичностью. Стали 05кп, 08кп, 08, 10 идут на изготовление деталей сложной конфигурации методом холодной штамповки. Из сталей 15кп, 15, 20 изготавливают болты, гайки, винты, пальцы, валки, оси, крюки, шпильки и другие детали неответственного назначения. Если детали из этих сталей эксплуатируются в условиях изнашивания поверхности, то их подвергают поверхностному упрочнению цементацией или нитроцементацией.

Среднеуглеродистые (0,3..0,5% С) стали 30, 35, …, 55 используются после нормализации, улучшения и поверхностной закалки. Прокаливаемость этих сталей невелика. Стали 30, 35, 40, 45 используются для изготовления деталей, от которых требуется сочетание высокой прочности с вязкостью сердцевины (оси, валики, винты, шайбы, втулки, коленчатые валы и др.).

Стали 60, 65, …, 85 с высоким содержанием (0,6…0,85%) углерода обладают повышенными прочностью, износостойкостью и упругими свойствами. Их применяют после закалки и отпуска, нормализации и отпуска и поверхностной закалки. Из сталей 65, 70, 75, 80, 85 изготавливают детали, работающие в условиях трения и вибрационных нагрузок: прокатные валки (сталь 60), крановые колеса (сталь 75), диски сцепления и впускные клапаны компрессоров (сталь 85), а также пружины и рессоры (ГОСТ 14959-79).

В углеродистых инструментальных сталях (ГОСТ 1435-74) буква У в обозначении марки означает “углеродистая сталь”, а цифра показывает содержание углерода в десятых долях процента.

Углеродистые инструментальные стали могут выпускаться качественными (содержание серы не превышает 0,03%, фосфора – 0,035%) и высококачественными (с содержанием серы не более 0,02% и фосфора – 0,03). В конце марки высококачественных углеродистых инструментальных сталей ставится буква А.

Стали У7 (доэвтектоидная ферритно-перлитная) и У8, У8А (эвтектоидные) наиболее пластичные из углеродистых инструментальных сталей. Они идут на производство молотков, стамесок, долот, зубил.

Из сталей У 10, У11, У11А изготавливают резцы, сверла, метчики, фрезы, плитки и прочий мерительный и режущий инструмент для резания мягких материалов. Стали У12, У13, У13А используются для изготовления инструмента, работающего без ударных нагрузок (напильники, рашпили, бритвы).

В зависимости от содержания вредных примесей: серы и фосфора – стали подразделяют на:

•Стали обыкновенного качества, содержание до 0.06% серы и до 0,07% фосфора;

•Качественные – до 0,035% серы и фосфора каждого отдельно;

•Высококачественные – до 0.025% серы и фосфора;

•Особовысококачественные, до 0,025% фосфора и до 0,015% серы.

Стали обыкновенного качества обозначают буквами Ст и условным номером марки (от 0 до 6) в зависимости от химического состава и механических свойств. Чем выше содержание углерода и прочностные свойства стали, тем больше её номер. Буква Г после номера марки указывает на повышенное содержание марганца в стали. Перед маркой указывают группу стали, причем группа А в обозначении марки стали не ставится. Для указания категории стали к обозначению марки добавляют номер в конце соответствующий категории, первую категорию обычно не указывают.

Качественные стали маркируют следующим образом:

в начале марки указывают содержание углерода цифрой, соответствующей его средней концентрации

- в сотых долях процента для сталей, содержащих до 0,65% углерода;

- в десятых долях процента для индустриальных сталей, которые дополнительно снабжаются буквой У:

Легирующие элементы, входящие в состав стали, обозначают русскими буквами.

Если после буквы, обозначающей легирующий элемент, стоит цифра, то она указывает содержание этого элемента в процентах. Если цифры нет, то сталь содержит 0,8-1,5% легирующего элемента, за исключением молибдена и ванадия (содержание которых в солях обычно до 0,2-0,3%), а также бора (в стали с буквой Р его должно быть не менее 0,0010%).

Высококачественные и особовысококачественные стали маркируют, так же как и качественные, но в конце марки высококачественной стали ставят букву А, (эта буква в середине марочного обозначения указывает на наличие азота, специально введённого в сталь), а после марки особовысококачественной – через тире букву Ш.

Отдельные группы сталей обозначают несколько иначе.

Шарикоподшипниковые стали маркируют буквами ШХ, после которых указывают содержание хрома в десятых долях процента:

ШХ6 – шарикоподшипниковая сталь, содержащая 0,6% хрома;

ШХ15ГС – шарикоподшипниковая сталь, содержащая 1,5% хрома и от 0,8 до 1,5% марганца и кремния.

Быстрорежущие стали (сложнолегированные) обозначают буквой Р, следующая за ней цифра указывает на процентное содержание в ней вольфрама:

Р18 – быстрорежущая сталь, содержащая 18,0% вольфрама;

Р6М5К5 – быстрорежущая сталь, содержащая 6,0% вольфрама 5,0% молибдена 5,0% кобальта.

Автоматные стали обозначают буквой А и цифрой, указывающей среднее содержание углерода в сотых долях процента:

А12 – автоматная сталь, содержащая 0,12% углерода (все автоматные стали имеют повышенное содержание серы и фосфора);

А40Г – автоматная сталь с 0,40% углерода и повышенным до 1,5% содержанием марганца.