Методическое пособие "Определение характеристик стали по маркировке"
учебно-методическое пособие

Практическое задание по теме

«Определение характеристик сталей по маркировке»

Цель:

• закрепление знаний о свойствах сталей  
• формирование умений определять характеристик сталей по маркировке

Задача:

• По маркировке конструкционных углеродистых сталей определить марку и химический состав, механические свойства и назначение
• По маркировке легированных сталей определить марку и химический состав, механические свойства и назначение
• Полученные данные свести в таблицу

Теоретическая часть

Углеродистая сталь обыкновенного качества

К конструкционным относятся строительные и машиностроительные стали.

Конструкционные стали идут на изготовление деталей машин, конструкций и сооружений. Они должны обеспечивать длительную и надежную работу деталей и конструкций в условиях эксплуатации. Поэтому основное требование к конструкционным сталям — комплекс высоких механических свойств.

Строительные стали - стали обыкновенного качества обозначают буквами Ст и цифрой, указывающей порядковый номер стали: СтО, Ст1, Ст2, СтЗ,Ст4, Ст5, Ст6.

Углеродистые стали обыкновенного качества наиболее дешевые стали, в них допускается повышенное содержание вредных примесей, а также газонасыщенность и загрязненность неметаллическими включениями.

С увеличением номера повышаются содержание углерода и прочностные свойства, но снижается пластичность.

Так, в зависимости от марки (номера) содержание углерода в сталях увеличивается от 0,06 до 0,43 %, возрастают предел прочности от 300 до 600 МПа и предел текучести а0,2 от 150 до 300 МПа, а относительное удлинение 5 снижается от 32 до 14 %. Стали обыкновенного качества используют в основном как строительные. Их не подвергают термической обработке.

Строительные стали содержат малые количества углерода (0,1-0,3%). Это объясняется тем, что детали строительных конструкций обычно соединяются сваркой. Низкое содержание углерода обеспечивает хорошую свариваемость.

Качественная углеродистая сталь

Машиностроительные стали применяются для изготовления деталей машин. Это углеродистые и легированные стали, содержащие от 0,08...0,10 до 0,70% углерода.

Качественные углеродистые стали являются машиностроительными, их применяют для изготовления деталей машин (конструкционные стали) или инструментов (инструментальные стали). Для обеспечения требуемых свойств они подвергаются термической обработке и поэтому поставляются с гарантированным химическим составом, который указывается в обозначении марки.

Конструкционные стали обозначаются цифрами, указывающими среднее содержание углерода в сотых долях процента.

В машиностроении используются следующие марки сталей: 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70.

 Для каждой марки стали установлены пределы содержания углерода; например, сталь 20 содержит 0,18...0,22 %, сталь 25 — 0,23...0,27 %, сталь 40 — 0,37...0,42% и т.п.

Легированные стали

Легирующие элементы специально вводят в сталь с целью изменения ее структуры и свойств в отличие от примесей, попадающих в сталь при выплавке из руд, шихты. Стали, содержащие легирующие элементы, называются легированными.

В зависимости от содержания легирующих элементов (указанного в скобках) различают низколегированные (до 2...3 %), среднелегированные (3... 10%) и высоколегированные стали (более 10%).

Изменение структуры и свойств сталей возможно лишь в том случае, если элементы, вводимые в сталь, взаимодействуют с железом и (или) углеродом, тогда эти элементы и являются легирующими.

Основными легирующими элементами сталей являются металлы, которые с железом образуют твердые растворы замещения.

 К первой группе относятся хром, молибден, вольфрам, ванадий, титан и кремний.

Ко второй группе относятся марганец, никель и кобальт.

Основное преимущество легированных сталей общетехнического назначения перед углеродистыми заключается в их большей прокаливаемости. Поэтому легированные стали применяют только для деталей, которые подвергают термической обработке. Область их применения: детали большого сечения, а также нетехнологичные детали, склонные к деформациям при термической обработке (напомним, что легированные стали при закалке охлаждают медленно — в масле, а не в воде, что снижает деформации).

Маркировка легированных сталей.

Для обозначения сталей принята система цифр и букв. Содержание углерода показано цифрами, стоящими в начале обозначения марки. Его содержание указывают так же, как и в углеродистых сталях: в сотых долях процента в конструкционных ив десятых долях в инструментальных сталях. Если цифры в начале марки отсутствуют, что характерно для инструментальных сталей, содержание углерода — около 1 %.

Легирующие элементы обозначаются буквами кириллицы (русскими):

X — хром, Н — никель, К — кобальт, С — кремний, М — молибден, Г — марганец, В — вольфрам, Ф — ванадий, Т — титан, Б — ниобий, Д — медь, Р — бор, Ю — алюминий.

Инструментальная сталь

(углеродистая, легированная, быстрорежущая)

Инструментальной сталью называется сталь, содержащая более 0,7% углерода. Ее основными характеристиками являются прочность и твердость, которые достигают максимальных показателей после термической обработки. Основное применение такой стали – изготовление инструментов.

Выделяют высококачественную и качественную инструментальную сталь. В качественной содержится 0,03% серы и 0,035% фосфора, а в высококачественной – 0,02% серы и 0,03% фосфора.

ГОСТ 1435 допускает выпуск следующих марок инструментальной стали: У7; У8; У8Г; У9; У10; У11; У12; У13; У7А; У8А; У8ГА; У9А; У10А; У11А; У12А; У13А.

Для группы качественных инструментальных сталей характерны марки, не содержащие в своем обозначении литеры «А», так как это обозначение высококачественных инструментальных сталей.

 Литера «У» расшифровывается как «углеродистая», а число за ней показывает, сколько десятых долей процента углерода содержится в данной марке стали.

Легированная инструментальная сталь включает в свой состав некоторые другие элементы, такие как марганец, никель, медь и прочие. Они улучшают ее характеристики. При маркировке таких сталей принято указывать наличие легирующих элементов буквами. Так, при наличии марганца добавляется литера «Г», хрома – «Х», ванадия – «Ф», кремния – «С», вольфрама – «В», меди – «Д», никеля – «Н», титана – «Т», молибдена – «М».

После букв, обозначающих легирующий элемент, в маркировке инструментальных сталей могут стоять цифры. Они означают количество данного элемента в процентах. При отсутствии цифры количество считается приблизительно равным 1%. Также при обозначении легированной инструментальной стали на первом месте указывается количество углерода, выраженное в десятых долях процента. То есть маркировка 6ХС будет указывать на то, что в данном виде стали содержится 0,6% углерода и по 1% хрома и кремния.

Быстрорежущие стали.

Основное свойство быстрорежущих сталей — теплостойкость, благодаря которой они сохраняют высокую твердость при нагреве до температур свыше 600 °С. Это связано со сложным механизмом упрочнения сталей этого класса, сочетающим мартенситное превращение с последующим дисперсионным твердением.

Для достижения высокой теплостойкости необходимо иметь высоколегированный твердый раствор, в котором затруднена диффузия углерода, с высокой устойчивостью против коагуляции при нагреве упрочняющей фазы. Это реализуется за счет того, что быстрорежущие стали легированы сильными карбидообразующими элементами, которые и образуют карбиды. Основными легирующими элементами быстрорежущих сталей являются химические аналоги: вольфрам и (или) молибден, в состав сталей также обязательно входят хром и ванадий. В зависимости от наличия W и Мо стали подразделяются на вольфрамовые, вольфрамомолибденовые и молибденовые.

Маркировка быстрорежущих сталей несколько отличается от конструкционных.

Они обозначаются русской буквой Р (от англ. rapid — быстрый), цифра после которой показывает содержание вольфрама в стали. Содержание хрома во всех быстрорежущих сталях составляет около 4 % и в марке не указывается, как и содержание ванадия (2 %) и углерода (0,7... 0,9 %). Обозначения этих элементов входят в марку быстрорежущих сталей только при их большем содержании.

Контрольные вопросы для подготовки к выполнению практического задания

1. Дайте определение стали.
2. Какие химические элементы вводят в стали с целью улучшения их свойств?
3. Назовите марки углеродистых конструкционных сталей обыкновенного качества и дайте их общую характеристику.
4. Назовите марки углеродистых конструкционных качественных сталей. Что положено в основу маркировки этих сталей?
5. Перечислите области применения стали

Основная часть. Практическая работа 30 мин.)

Карточка задание

(использую справочные данные, заполните таблицу)

Эталон ответа