Практическая ракбота
учебно-методический материал

Практическая работа.

Тема практической работы: Расшифровка марок сталей

Цель работы: Исследование предусмотренных ГОСТ способов классификации и маркировки различных видов стали. Исследование способов определения свойств стали по расшифровке ее марки.

Норма времени: 2 часа.

Используемые материалы: Материаловедение: учебник для студ. учреждений сред. проф. Образования/ А.А. Черепахин – 8-е издание ,переработанное М.: Издательский центр «Академия», 2014.

Методические указания по выполнению практических работ.

Мультимедийное оборудование для демонстрации учебных слайдов и видеоматериалов.

Теоретические сведения

Сталь – это сплав железа с углеродом, где углерода содержится до 2,14%

Сталь - основной материал, широко применяемый в машино- и приборостроении, строительстве, а также для изготовления различных инструментов. Она сравнительно недорога и производится в больших количествах. Сталь обладает ценным комплексом механических, физико-химических и технологических свойств. Стали классифицируют по химическому составу, назначению, качеству, степени раскисления и структуре.

Классификация по степени раскисления.

Стали по степени раскисления классифицируют на спокойные, полуспокойные и кипящие. Раскислением называют процесс удаления кислорода из жидкой стали. Нераскисленная сталь обладает недостаточной пластичностью и подвержена хрупкому разрушению при горячей обработке давлением.

Спокойные стали хорошо раскислены марганцем, алюминием и кремнием. Они затвердевают в изложнице спокойно, без газовыделения, с образованием в верхней части слитков усадочной раковины.

Кипящие стали раскисляют только марганцем. Они раскислены недостаточно. Перед разливкой в них содержится повышенное количество кислорода, который при затвердевании слитка частично реагирует с углеродом и выделяется в виде пузырей окиси углерода СО2 создавая ложное впечатление «кипения» стали.

Полуспокойные стали по степени их раскисления занимают промежуточное положение между спокойными и кипящими сталями. Частично их раскисляют в печи и ковше, а частично — в изложнице за счет содержащегося в металле углерода. Ликвация в слитках полуспокойной стали меньше, чем в кипящей, и приближается к ликвации в слитках спокойной стали.

-по качеству: стали обыкновенного качества, качественные, высококачественные, особовысококачественные;

-по способу производства: мартеновские, конвертерные, электростали;

-по назначению: конструкционные, инструментальные, стали с особыми свойствами;

-по структуре: доэвтектоидные, эвтектоидные, заэвтектоидные;

-  по степени раскисления: кипящая, спокойная, полуспокойная;

- по химическому составу: углеродистые и легированные.

УС = Fe + С + Si + Mn + S + Р , где

(Fe и С - основные компоненты; Si, Mn , S , Р - постоянные примеси; S и Р – вредные примеси).

Железо: Fe имеет две модификации α и γ (показывает на плакате «железо-углерод»). С углеродом железо имеет химическое соединение Fe3C - карбид железа (цементит), с содержанием углерода 6,67% в точке Д. Железо образует с углеродом твердые растворы внедрения: аустенит и феррит.

Аустенит - это твердый раствор внедрения углерода в γ -железо. Аустенит имеет КГЦ-решетку.

Феррит - это твердый раствор внедрения углерода в α -железо. Феррит имеет КОЦ - решетку.

Углерод - оказывает основное влияние на свойства стали. С увеличением содержания углерода в стали повышаются твердость и прочность и уменьшается пластичность и вязкость.

Сера - сера и фосфор являются вредными примесями, попадают в сталь при плавке из руды и топлива. Сера не растворяется в железе, а образует с ним сульфид железа, который образует эвтектику Fe - FeS.

Эта эвтектика при затвердевании в стали располагается вокруг зерен в виде легкоплавкой оболочки, а при горячей обработке (ковке, прокатке) такие оболочки расплавляются, теряется связь между зернами, образуются трещины. Это явление называется красноломкостью.

Устранить красноломкость можно, добавив к стали марганец.

Фосфор - растворяясь в феррите резко снижает, его пластичность, вызывает его внутрикристаллическую ликвацию (Это слово нужно записать на доске).

Ликвация - это неоднородность сплава по химическому составу. Ликвация способствует росту зерен, что приводит хрупкости изделий при обычной температуре. Такое явление называется хладноломкостью.

В стали допускаемое содержание серы и фосфора не более 0,05% каждого.

В автоматных сталях, где углерода содержится до 0,3% допускается содержание серы - до 0,2%, что облегчается снятие стружки) и фосфора - до 0,15%

Эти стали применяются для изготовления малоответственных деталей (болты, винты, гайки, изготовляемых на станках-автоматах).

Кремний и марганец - вводят в сталь для того, чтобы освободиться от закиси железа, которая образуется при плавке и ухудшает свойства стали. Этот процесс называется раскислением стали.

Раскисление стали - это удаление из жидкого металла кислорода, иначе стали будут хрупкими при горячей обработке.

Содержание марганца не должно превышать 0,75%, а кремния - 0,35%. В таком количестве кремний и марганец не оказывают влияния на механические свойства углеродистых сталей. Более высокое содержание кремния и марганца изменяет свойства стали и влияет на механическую и термическую обработку.

Стали, в которых содержится > 1% марганца и > 1% кремния называются специальными сталями.

Углеродистые стали бывают: конструкционные и инструментальные.

Конструкционные стали предназначены для изготовления различных деталей и конструкций машин и механизмов.

Инструментальные стали предназначены для изготовления режущего, измерительного, штампового и др. инструментов.

Конструкционные стали бывают обыкновенного качества и качественные.

На качество стали влияют сера и фосфор. Сталь обыкновенного качества содержит серы < 0,055%, фосфора < 0,07%. Сталь качественная содержит серы < 0,04%, фосфора < 0,04%).

Стали обыкновенного качества делятся на три группы: группа А, группа Б. группа В.

Стали группы A: Cm 0, Cm 1, Cm 2, Cm 3 ... Cm 6 предназначены для изготовления строительных конструкций, арматуры, крепежа, деталей машин, не несущих повышенных нагрузок. Стали этой группы предназначены для изделий, не подвергающихся горячей обработке (сварке, ковке). В этом случае изделия сохраняют механические свойства, полученные на металлургическом заводе и гарантируемые стандартом.

Cm - сталь.

Цифра - условный номер марки.

Чем больше условный номер марки, тем больше предел прочности на растяжение и меньше относительное удлинение.

Стали группы Б: БСт 0, БСт 1, БСт 2, БСтЗ ... БСт б стали этой группы применяются для изделий подвергающихся горячей обработке (ковке, штамповке). Здесь нужно знать химический состав, чтобы правильно определить режимы термообработки, а механические свойства при горячей обработке изменяются, поэтому нет необходимости их регламентировать.

Расшифровка марок:

Cm 1 - углеродистая, конструкционная, обыкновенного качества, группы А, с гарантированными механическими свойствами, 1-условный номер марки.

БСт 2 кп- углеродистая, конструкционная, обыкновенного качества группы Б с гарантированным химическим составом, 2 - условный номер марки, кп - кипящая по степени раскисления.

Стали группы В: ВСт 2, ВСт 3, ВСт 4, ВСт 5 широко применяются для изготовления сварных конструкций, при расчете которых важно знать и механические свойства (где нет сварки нужно знать механические свойства), а химический состав нужен для определения режимов сварки.

Расшифровка марок:

ВСт 4 пс- углеродистая, конструкционная, обыкновенного качества, группы В с гарантированными механическими свойствами и химическим составом. 4 - условный номер марки, пс - полуспокойное по степени раскисления.

В сталях группы А в маркировке буква А не ставится. В обозначении слово «сталь» дается сокращенно двумя буквами Ст. Цифровое обозначение номера марки от 0 до 6

Качественные стали по содержанию марганца делятся на:

1. Стали с нормальным содержанием марганца (до 0,8 %) – сталь 45

2. Стали с повышенным содержанием марганца (0,8% - 1,2%) - сталь 15Г. Буква Г обозначает повышенное содержание марганца.

По содержанию углерода качественные углеродистые конструкционные стали делятся на:

Стали низкоуглеродистые (углерода до 0,25%)

 Сталь 05, 08,10, 15, 20,25.

Стали среднеуглеродистые (углерода свыше 0,25% до 0.6%).

Сталь 30, 35, 40, 45, 50, 58, 60.

Стали высокоуглеродистые (углерода свыше 0,6%).

Сталь 65, 70, 75, 80, 85.

Цифра в маркировке обозначает содержание углерода в сотых

долях %.

Расшифровка марок:

Сталь 45 - углеродистая, конструкционная, качественная, с нормальным содержанием марганца, среднеуглеродистая, 0,45% углерода.

Сталь 65Г - углеродистая, конструкционная качественная, с повышенным содержанием марганца, высокоуглеродистая, 0,65% углерода, ~ 1% марганца.

По качеству эти стали делятся на две группы: качественные и высококачественные. В высококачественных сталях содержание серы и фосфора не должно превышать 0,03% каждого.

Марки качественных сталей: У7, У8, У9 ,У10, У11, У12, У13. 

Марки высококачественных сталей: У7А, У8А, У9А ,У10А, УНА, У12А, У13А.

 Цифра указывает на содержание углерода в десятых долях %. 

Буква У - сталь углеродистая, инструментальная.

Буква А в конце марки - сталь высококачественная.

Расшифровка марок:

У8 - углеродистая, инструментальная, качественная, 0,8% углерода.

У 13А - углеродистая, инструментальная, высококачественная, 1,3% углерода

.

Применение углеродистых сталей

Сталь обыкновенного качества идет для строительных конструкций, крепежных деталей, листового и профильного проката, заклепок, труб, арматуры, проволоки и др.

Чем  больше  цифра  при  буквах Ст.,  тем  тверже  и прочнее сталь. Сталь марок Ст. 1,Ст.2 - самая мягкая, пластичная, с высоким процентом относительного удлинения и сужения; Ст.З и Ст.4 — сталь средней твердости и прочности, а Ст.5, Ст.6 и Ст.7 - наиболее твердая и прочная конструкционная сталь.

Применение  отдельных  марок  обыкновенной  конструкционной углеродистой стали:

Ст.1         — заклепки, листовая сталь;

Ст.З         — винты, болты, заклепки, шпильки

Ст.4         — зубчатые колеса, фланцы;

Ст.5         —  валы,  оси,  растяжки, клинья, пальцы;

Ст.6        — рельсы, бандажи, шпинделя, кулачки;

Ст.7        — рессоры, пружины.

Назначение инструментальной углеродистой стали различных марок следующее:

У7 и У7А — для инструментов и изделий, подвергающихся толчкам и ударам и требующих высокой вязкости при умеренной твердости (зубила, молотки слесарные и кузнечные, штампы, клейма, масштабные линейки, инструмент по дереву, центра токарных станков и т. д.); У8 и У8А — для инструментов и изделий, требующих повышенной твердости и достаточной вязкости (пробойники, зубила, кернеры, пуансоны, ножи и ножницы по металлу, отвертки, столярный инструмент, буры средней твердости);

У9 и У9А — для инструментов, требующих высокой твердости при некоторой вязкости (штемпеля, кернеры, зубила по каменным породам и столярный инструмент);

У10 и У10А — для инструментов, не подвергающихся сильным толчкам и ударам и требующих высокой твердости при незначительной вязкости (строгальные резцы, фрезы, метчики, развертки, плашки, буры по твердым породам, ножовочные полотна, фасонные штампы, зубила для насечки напильников, волочильные кольца, калибры, напильники, гребенки);

У11, У12 и У12А — для инструментов, требующих высокой твердости (напильники, шаберы, фрезы, сверла, метчики, острый хирургический инструмент, развертки, бритвы, плашки, часовой инструмент, пилы по металлу);

У13 и У13А — для инструментов, которые должны иметь исключительно высокую твердость (бритвы, шаберы, волочильный инструмент, сверла, зубила для насечки напильников, косы и др.)

подлежащих цементации: для сварных изделии.

группа I — с нормальным содержанием марганца,

группа II — с повышенным содержанием марганца.

Марки этой стали:

группа I - 05кп.. 08кп , 0.8, 10 кп., 15 кп., 20кп, 25. 30, 35, 40, 45 50, 53, 60,65, 70, 80, 85

группа II —15Г. 20Г, 25Г, ЗОГ, 35Г, 40Г, 45Г, 50Г, 60Г. 65Г. 70Г

Качественная конструкционная углеродистая сталь отличается по свойствам от обыкновенной стали большей прочностью, пластичностью и сопротивлением ударным нагрузкам.

Стали марок 05кп и 08кп характеризуются очень высокой пластичностью в холодном состоянии и потому применяются для глубокой вытяжки при холодной штамповке.

Стали марок 10, 15 и 20 имеют высокую пластичность, хорошо свариваются, куются, штампуются, однако прочность их недостаточно высока. Из этих сталей изготовляют мелкие детали простой формы: оси, валики, шпильки, гайки, втулки, трубы. Стали этих марок подвергают цементации (науглероживанию).

Стали марок 25, 30 и 35 после соответствующей термической обработки идут для деталей, испытывающих не очень большие нагрузки: валиков, шайб, штифтов, осей, соединительных муфт, цилиндров, прессов, болтов,, гаек и др.

Стали марок 40, 45 и 50 — средне-углеродистые; Они идут для изготовления деталей, требующих высокой прочности или высокой поверхностной твердости, а так же для деталей средненагруженных и не подвергающихся в работе истиранию. Из них делают гайки, шатуны, тяги, рычаги. Эти стали подвергают закалке. Свариваемость их невысока. Особенно широкое применение из этих марок имеет сталь 45. Она идет на изготовление коленчатых валов, поршневых пальцев, шатунов, втулок, деталей металлорежущих станков и т. д.

Высокоуглеродистые стали марок 55, 60, 65 и 70 характеризуются высокой прочностью и твердостью и идут на изготовление валков прокатных станов, штоков, для проволоки тросов.

Сталь с повышенным содержанием марганца обладает более высокой прокаливаемостью и износоустойчивостью. Ее назначение примерно такое же, как и стали с нормальным содержанием марганца. К недостаткам углеродистой стали относятся: невозможность сочетания  прочности  и твердости с пластичностью.

Расшифровка сталей, буквенные значения марок стали.

Основной стандарт определяющий основной химический состав, буквенные обозначение присутствующих в стали легирующих компонентов обозначен в ГОСТ 4543-71 «Прокат из легированной конструкционной стали». На сегодняшний день изготавливают  различные стали  с добавками компонентов нерегламентированных настоящим ГОСТом 4543-71, зачастую их обозначают первой буквой названия элемента за некоторым исключением.

В таблице предоставлены буквенные значения основных элементов.

 Буквенные обозначения состояния стали

 Сталь обыкновенного качества нелегированная обозначается,  например сталь 3, ст.3сп (спокойная сталь)

Сталь качественная конструкционная нелегированная обозначается  обычно как ст.10-ст.45 ( так же ст.20, ст.35, ст.40 двухзначное число данной стали обозначает содержание углерода в стали (например сталь 45 содержание углерода 0,45%)

Сталь Низколегированная обычно обозначается как 09Г2С, 10Г2, 10ХСНД-15ХСНД. Сталь 09Г2С условно расшифровывается так 09Г2С - 09 означает содержание углерода 0,09%, 09Г2С - Г2 означает присутствие в стали легирующего элемента кремний содержание которого в сумме не менее 2,5%, 09Г2С – С  означает содержание кремния. Стали 10ХСНД и 15ХСНД цифры после букв не прописываются, потому что среднее содержание легирующих элементов не менее 1%.

Также низколегированные стали обозначаются буквой С - строительные стали с соответствующим минимальным пределом текучести, С-345, С-355 , ( так же бывают С-355Т буква  Т означает термоупрочненую сталь. Если присутствует буква К то это означает повышенную стойкость к коррозии.

Сталь конструкционная рессорно-пружинная , это такие стали как 65Г-70Г, 60С2А, 60С2ФА. Например сталь 65Г означает содержание углерода 0,65% и легирующий элемент Г- Марганец

Сталь конструкционная легированная, обычно это такие марки как 15Х-40Х    (так же ст.20Х ст.30Х) например сталь 40Х означает содержание  углерода буква Х легирующий элемент хром. Так же примером обозначим хромо-кремнемарганцевую сталь 35ХГСА, сталь имеет повышенное сопротивление ударным нагрузкам очень прочная сталь. Например сталь 35ХГСА содержит углерод равный 0,3% а так же легирующие элементы Х-Хром, Г- Марганец, С-Кремний, А-Азот примерно около 1,0%.

Буква А в начале обозначения марки стали говорит о том что это Автоматная сталь например А12,АС12ХН, АС14, АС19ХГН, АС35Г2 в большинстве используется в автомобилестроении, для обработки на специализированных станках с большой скоростью резания.  Буква А в конце маркировки сталей относит её к высококачественным сталям. Например 40ХГНМ относится к качественным сталям , а 40ХГНМА уже к высококачественным.

Сталь Котельная эту марку называют котельной работает под высоким давлением такая сталь тоже является конструкционной  например 20К, 20КТ, 22К среднее содержание углерода в ней 0,20%

 Сталь конструкционная шарикоподшипниковая например такие как ШХ-15, ШХ-20. Обозначение шарикоподшипниковой стали начинается с буквы Ш. Так же бывает сплав стали ШХ15СГ, буквы СГ означают повышенное содержание кремния и марганца что придает стали наиболее лучшие характеристики. Например сталь ШХ15 расшифровывается буква Ш –шарикоподшипниковая сталь, Х указывает на содержание хрома около 1,5%.

Сталь инструментальная. Обычно инструментальные марки стали такие как У7, У8, У10 относятся к качественным инструментальным сталям, а такие марки стали как например У7А или У8А, У10А к высококачественной инструментальной стали. Обозначаются буквой У, а число указывает на содержание углерода.

 Сталь быстрорежущая. Быстрорез краткое наименование. Обозначается буквой Р  например такие Р9, Р18 или Р6М5,  следующая за буквой Р число обозначает содержание элемента В- вольфрама. Например сталь Р6М5К5  обозначает следующее Р-быстрорежущая, цифра 6 содержание вольфрама, М5 означает содержание молибдена, К5 указывает на содержание в марке Р6М5К5 К-кобальт. Углерод не указывается потому что его содержание всегда около 4,5% во всех быстрорезах. Если сождержание ванадия выше 2,5% то указываеться буква Ф например Р18К5Ф2. 

Сталь электротехническая это таки марки как 10880-20880 Сталь содержит минимальное количество углерода процентах исчисляется менее 0,05% из за этого имеет маленькое удельное электрическое сопротивление. Например, марка 10880 расшифровывается так: цифра 1 указывает на способ  проката горячекатаный или кованный, (цифра 2 в начале означает калиброванную сталь). Следующая цифра 0 указывает, что сталь нелегированная, без коэффициента старения, если вторая цифра 1 то означает сталь с нормируемым коэффициентов старения. Третья цифра означает группу по нормируемым характеристикам. Четвертая и пятые числа означает количество по нормируемым характеристикам.

Сталь электротехническая нелегированная АРМКО, как ее еще называют: технически чистое железо (например, 10880; 20880 и т.д.) Такие марки содержат минимальное количество углерода, менее 0,04%, благодаря чему имеют очень малое удельное электрическое сопротивление. Первая цифра указывает на вид обработки (1- кованный или горячекатаный, 2- калиброванный). Вторая цифра 0 говорит, что сталь нелегированная, без нормируемого коэффициента старения; 1 с нормируемым коэффициентом старения. Третья цифра указывает на группу по основной нормируемой характеристике. Четвертая и пятая - количество значения основной нормируемой характеристики.

Литейные стали имеют букву Л в конце марки обозначаются так же как  и конструкционные стали например 110Г1Л ГОСТ 977—75, 997-88

Алюминиевые сплавы обозначаются буквой А, например АМГ, АМЦ , АД-1Н    (Д- означает дюралюминиевый, Н- означает нагартованный), Алюминиевые сплавы маркируются по следующему принципу: марки литейных сплавов имеют первую букву А, за ней Л. Сплавы для ковки и штамповки за буквой А имеют букву К. После этих двух букв ставится условный номер сплава.

Принятые обозначения деформированных сплавов такие: сплава авиаль - АВ, алюминиево-магниевого - АМг, алюминиево-марганцового - АМц. Дуралюмины обозначаются буквой Д с последующим условным номером.

Сталь высококачественная, при изготовлении высококачественной стали применяются разные методы изготовления.

Электрошлаковый переплав обозначается буквой Ш в конце значения например: нержавеющая сталь 95Х18-Ш, 20ХН3А-Ш.

Вакуумно-дуговой переплав обозначается в конце значения буквами ВД например ЭП33-ВД.

Элетрошлаковый с последующим вакуумно-дуговым переплавом обозначается ШВД.

Вакуумно-индукционная плавка имеет обозначение ВИ.

Электронно лучевой переплав имеет буквенное обозначение ЭЛ.

Газокислородно рафинированный переплав имеет значение ГР.

Задание к практической работе

1. Изучить приведенные в методическом руководстве теоретические сведения
2. Законспектировать основные термины и определения, приведенные в теоретической части практической работы
3. Подготовить ответы на контрольные вопросы.
4. Изучить классификацию сталей
5. Изучить маркировку сталей
6. Изучить расшифровку марок сталей
7. Заполнить таблицу с расшифровкой марок сталей в соответствии с полученным вариантом задания.

Контрольные вопросы

1.  Что такое сталь?

2.  Какая сталь называется углеродистой?

3. Как классифицируются углеродистые стали по качеству?

4.Маркировка углеродистых сталей

5.Маркировка легированных сталей

6.Маркировка инструментальных сталей.

7.Маркировка сталей с особыми свойствами.