Применение

• 1) Конструкционные углеродистые стали. На долю углеродистых сталей приходится 80% от общего объема производства стали. Эти стали дешевы и сочетают удовлетворительные механические свойства с хорошей обрабатываемостью резанием и давлением. Недостатки: менее технологичны при термической обработке. Из-за высокой критической скорости закалки углеродистые стали охлаждают в воде, что вызывает деформацию и коробление деталей. Кроме того, для получения одинаковой прочности с легированными сталями, их следует подвергать отпуску при более низкой температуре, поэтому они сохраняют более высокие закалочные напряжения, снижающие конструкционную прочность. Главный недостаток: небольшая прокаливаемость (т.е. способность закаливаться на определенную глубину). Поэтому крупные детали изготавливают без термического упрочнения – в горячекатанном или нормализованном состоянии. По статической прочности они относятся к сталям нормальной прочности.

• Углеродистые стали обыкновенного качества (общего назначения) всех трех групп (А, Б, В) предназначены для изготовления различных строительных ме-таллоконструкций (сварные фермы, рамы), а так же слабонагруженных деталей машин и приборов (валы, оси, зубчатые колеса). Это горячекатанная сталь, пос-тупающая с металлургических заводов в виде проката (прутки, балки, листы, тру-бы, ленты и т.д.). Наиболее распространенная сталь Ст3сп имеет следующие ха-рактеристики: σ в = 380-490 МПа σ _{0, 2}= 210-250 МПа, δ = 25-22%

• Кипящие стали Ст1кп, Ст2кп, Ст3кп, содержащие повышенное количество кис-лорода, имеют порог хладноломкости на 30-40^оС выше, чем стали спокойные (Ст1сп, Ст2сп, Ст3сп и др.):

• Ст3кп – порог хладноломкости t50 = -10^оС; Ст3сп – порог хладноломкости t50 = -50^оС

• Поэтому для ответственных сварных конструкций, а так же для суровых климатических условий применяются спокойные стали.

• Углеродистые качественные стали. Эти стали выплавляют с соблюдением более строгих условий в отношении состава шихты и ведения плавки. Они поставляются в виде проката, поковок и других полуфабрикатов с гарантированным хим. составом и механическими свойствами.

• - Низкоуглеродистые стали подразделяют на 2 группы

• 1) 05, 08, 10 – малопрочные, высокопластичные σ в = 280-330 МПа δ = 33-45%

• Они способны к глубокой вытяжке, поэтому их применяют для холодной штамповки различных изделий. Если углерода более 0, 1% возможны только незначительная вытяжка или гибка. Чаще всего для глубокой вытяжки используют сталь 08кп (детали кузова автомобилей, корпус приборов и др.). Кипящие легче штампуются, т.к. в них почти нет кремния, который сильно упрочняет феррит и затрудняет его деформируемость.

• 2)Цементуемые стали 15, 20, 25 – предназначены для деталей небольшого размера (кулачки, толкатели, малонагруженные шестерни и др.), от которых требуется твердая износостойкая поверхность и вязкая сердцевина. Поверхность после цементации (насыщения поверхности углеродом) упрочняют закалкой в воде в сочетании с низким отпуском. Эти стали применяют так же горячекатанными и после нормализации. Они пластичны, хорошо штампуются и свариваются. Характеристики: σ в = 380-460 МПа δ = 27-23%.

• Среднеуглеродистые стали (улучшаемые) – 30, 35, 40, 45, 50, 55. Они более прочные, но менее пластичны. После улучшения (т.е. закалка + высокий отпуск на сорбит) достигается высокая прочность, вязкость и пластичность:

• σ в = 500-600 МПа σ 0, 2 =300-360 МПа δ = 21-16% (в нормализованном состоянии)

• σ в = 600-700 МПа σ 0, 2 =400-600 МПа δ = 19-20% (после улучшения).

• Стали этой группы применяют для изготовления деталей небольшого размера (зубчатые колеса, маховики, оси)

• Высокоуглеродистые – стали 60, 65, 70, 75, 80, 85 применяют в качестве рессорно-пружинных. Термообработка: закалка + средний отпуск на троостит для получения высокой прочности и упругости σ в> 800 МПа.

• 2) Легированные конструкционные стали. Легированные стали производят качественными, высококачественными или особовысококачественными. Их применяют после закалки и отпуска, так как в отожженном состоянии они по механическим свойствам практически не отличаются от углеродистых.

• Низкоуглеродистые низколегированные стали содержат до 0, 2%С и до 2-3% недефицитных легирующих элементов. Их упрочнение основано на легировании феррита марганцем и кремнием. К этой группе относятся:

• Марганцовистые: 14Г, 19Г, 09Г и др.

• Марганцовокремнистые: 12ГС, 09ГС, 10Г2С1 и др.

• Стали применяют в строительстве для сварных конструкций, в качестве арматурных сталей и машиностроении σ в≈ 400 МПа.

• Цементуемые стали применяют для небольших деталей, работающих при средних нагрузках σ в≈ 700 - 750 МПа.

• Хромистые – 15Х, 20Х

• Хромованадиевые – 15ХФ

• Хромоникелевые – 12ХН3А, 20ХН3А, 20ХН, 12Х2Н4А, 20Х2Н4А применяют для крупных деталей ответственного назначения (σ в≈ 1000-1300 Мпа)

• Хромоникельмолибденовые, хромоникельвольфрамовые – 18Х2Н4МА, 18Х2Н4ВА имеют высокие механические свойства (σ в≈ 1150 МПа). Применяют для крупных деталей особо ответственного назначения.

• Среднеуглеродистые легированные – улучшаемые - содержат углерода 0, 3-0, 5%

• Приобретают высокие механические свойства после термического улучшения (закалки и высокого отпуска)

• Хромистые 40Х, 50Х –дешевые, изготавливают детали небольшого сечения (15-25мм), без динамических нагрузок.

• Хромомарганцовокремнистые – хромансиль 30ХГСА

• Хромоникелевые – 40ХН прокаливается на глубину 40-50 мм

• Хромоникельмолибденовые – 40ХНМА, 38ХН3МА – глубокопрокаливающиеся стали, практически в любом сечении. Закаливаются на воздухе, обладают малой склонностью к хрупкому разрушению, хорошо работают при динамических нагрузках и в условиях пониженных температур. Изготавливают: ответственные детали – валы и роторы турбин, детали компрессорных машин. Недостатки: высокая стоимость, пониженная обрабатываемость резанием.

• Легированные высокопрочные стали. К наиболее распространенным высокопрочным сталям относятся:

• 30ХГСНА, 40ХГСН3ВА, 40ХН2СМА и др. σ в=1850 – 2000 МПа

• Используют в самолотеостроении (шасси, оболочка космических летат. аппаратов), для силовых сварных конструкций.

• Сюда же относятся улучшаемые легированные среднеуглеродистые стали (30ХГСА, 40ХНМА и др.), упрочненные термомеханической обработкой (ТМО – т.е. нагрев – пластическая деформация – закалка – отпуск) σ в= 2000 –2800 МПа при достаточной пластичности и вязкости.

• Мартенситно-стареющие стали – это безуглеродистые (углерода не более 0, 03%) сплавы железа с никелем (8-25%), легированные Co, Mo, Ti, Al, Cr и др. Закалка фиксирует пересыщенный железоникелевый мартенсит. При 480- 520 оС происходит старение, когда из мартенсита выделяются частицы мелкодисперсных фаз, получается прочность σ в=2100-2500 Мпа., при этом оставаясь вязкими и надежными. Применение: в авиации, ракетной технике, судостроении и приборостроении:

• Инструментальные стали.

• Инструментальные стали предназначены для изготовления инструментов 4-х типов:

• режущих, измерительных, штампов холодного деформирования и штампов горячего деформирования.

• Важнейшее условие работоспособности инструментов – высокая износостойкость, а так же высокая твердость (в 2-3 раза большей, чем у обрабатываемого материала), прочностью и теплостойкостью (т.е. способностью сохранять высокую твердость при повышенных температурах, т.к. происходит нагрев режущей кромки). Для сталей теплостойкость определяется сопротивлением разупрочнению при отпуске (т.е. максимальная температура, до которой сохраняется мартенситная структура). Для штампов важна ударная вязкость.

• Стали для режущего инструмента.

• Углеродистые стали – стали У7, У8, У9. Теплостойкость до 200оС. Твердость после закалки в воде HRC= 60-62. Обладают достаточной вязкостью, поэтому их применяют для инструментов, подвергающихся ударам: зубила, ножницы и ножи по металлу, столярные инструменты и др.

• Из сталей У10, У11, У12, У13 изготавливают сверла, напильники, пилы, метчики, фрезы и др.

• У12, У13 – для инструментов с максимальной износостойкостью – зубила для насечки напильников, граверный инструмент (HRC= 62-64).

• Низколегированные стали – содержат до 5% легирующих элементов. Хром – постоянный легирующий элемент. Для улучшения свойств вводят марганец, кремний, вольфрам. HRC= 62-69. Эти стали, так же как и углеродистые, обладают теплостойкостью до 200оС, поэтому их применяют для небольших скоростей резания. Из них изготавливают инструменты более крупных размеров и более сложной формы.

• ХВ4- алмазная сталь – для чистовой обработки твердых материалов. Стали Х, 9ХС, ХВГ, ХВСГ – применяют для фрез, сверл, резьбонарезных и других инструментов с поперечным сечением 35-100 мм.

• Быстрорежущие стали – высоколегированные стали, теплостойкость до 560-640 оС, для высоких скоростей резания. Р18, Р9 (цифра указывает содержание вольфрама – основного легирующего элемента).

• Стали для измерительного инструмента

• Основные свойства: высокая износостойкость, постоянство размеров и формы в течение длительного времени. Наиболее широко применяют стали Х, ХГ, ХВГ, 9ХС и др.

• Стали для инструментов холодной обработки давлением.

• Инструменты, работающие при небольших ударных нагрузках: У10, У11, У12, низколегированные Х, 9ХС, ХВГ, ХВСГ

• Для крупных инструментов сложной формы Х12, Х12М, Х12Ф1.

• Стали для инструментов горячей обработки давлением.

• Используют низколегированные стали с повышенной ударной вязкостью и теплостойкостью. 5ХНМ, 3Х2В8Ф, 4Х2В5МФ.

• Специальные стали (с особыми свойствами).

• 1)Автоматные стали – стали с улучшенной обрабатываемостью резанием с повышенным содержанием серы. свинца, фосфора и др. элементов. Обозначение: А11, А12, А20, А30, А30, А35. Они содержат серы до 0, 3%, а фосфора – до 0, 15%.

• 2) Коррозионно-стойкие (нержавеющие) стали. Эти стали обладают высокой стойкостью против коррозии в агрессивных средах. В них добавляют хром (12-27%), в некоторых случаях и никель (2, 8 – 11%). Наибольшую коррозионную стойкость сталь приобретает после термической обработки: закалка с 1000-1100оС в масле с отпуском при 700-750оС.

• Хромистые стали – 12Х13, 40Х13, 12Х17 – применяют для слабо агрессивных сред.

• Хромоникелевые стали – 12Х18Н9, 17Х18Н9, 12Х18Н9Т – для окислительных сред

• 3) Жаропрочные стали – способны работать в нагруженном состоянии при высоких температурах (450-700оС) в течение определенного времени. Они используются для изготовления деталей двигателей внутреннего сгорания, паровых и газовых турбин, металлургического оборудования. Для температур 500 – 580^оС: 16М, 15М, 12Х1МФ

• Для более высоких температур применяют сложнолегированные: 18Х12ВМБФР.

• 4) Жаростойкие (окалиностойкие) способны сопротивляться коррозионному воздействию газа при высоких температурах. (550-900оС). Жаростойкие стали содержат алюминий, хром, кремний.

• 40Х9С2 – применяют для изготовления теплообменников, работающих при 850оС

• 08Х17Т – для деталей, работающих в среде топочных газов с повышенным содержанием серы (до 900оС)

• 36Х18Н25С2- для клапанов двигателей внутреннего сгорания большой мощности (до 1100оС).

• 5) Хладостойкие стали:

• Углеродистые: обыкновенного качества от –20 до –50оС

• Качественная и низколегированная от –30 до –60 (09Г2С)

• Легированные: никелевая с 6% никеля от –100 до –150оС

• С 9% никеля от –150 до –196 оС

• Хромоникелевая 12Х18Н10Т от –253 до –269

• автоматные стали – с улучшенной обрабатываемостью резанием с повышенным содержанием серы (0, 08 – 0, 3%) и фосфора (0, 06%). Марки: А12, А20, А30 и др. Цифра указывает на среднее содержание углерода в сотых долях процента. Изготавливают винты, болты, гайки и др.

• Стали с высокой технологической пластичностью. У этих сталей невысокий предел текучести σ т и большие значения относит. удлинения δ. Марки: стали 05, 08, 10 всех видов раскисления.

Чугуны

Чугуны