Классификация, маркировка, области применения углеродистых сталей

Министерство образования и науки Украины

Донбасский государственный технический университет

Институт повышения квалификации

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

по Металловедению

на тему

«Классификация, маркировка, области применения углеродистых сталей»

Выполнил:

ст. гр. ПМГ-А-08з

Люлина Д.Т.

Алчевск 2009

1. Сталь различных способов производстваВ зависимости от способа производства стали отличаются по содержанию примесей, чем и обусловлено различие в их свойствах.Сталь подразделяют на бессемеровскую, мартеновскую, кислородно-конвертерную и электросталь.Самый прогрессивный способ получения стали - конвертерный (продолжительность плавки - 30-60 мин.).Длительность мартеновской плавки до 11 часов.Сталь получают из чугуна, содержащего большое количество Mn, P, S, C, Si.При производстве стали примеси удаляют, окисляя их и переводя в шлак, снижают содержание углерода.Большое количество окислов FеО в стали ухудшают ее качество. Для снижения количества окислов (т.е. содержания кислорода) сталь раскисляют, путем добавления ферромарганца - FeMn, ферросилиция - FeSi, а также Al, Ti.Эти раскислители имеют сродство к кислороду больше, чем железо.В зависимости от раскисления стали делят на:спокойную сталь - раскисляют FeMn, FeSi, Al или Ti. Обозначают сп.кипящую сталь - раскислена только FеMn. Обозначают кп.полуспокойную сталь - раскислена FеMn и Al, т.е. характеризуется промежуточным раскислением. Обозначают пс.Стали отличаются по химическому составу в зависимости от раскисления:сп - 0,14 - 0,3% Si, ~ 0,002% О2;пс - 0,05 - 0,10% Si, ~ 0,01% О2;кп - <0,05% Si, ~ 0,02% О2.По данному химическому составу можно сказать какая это сталь по способу раскисления.Спокойная сталь (сп) - слиток затвердевает спокойно, без выделения газов, усадочная раковина сосредоточена в верхней части отливки.Кипящая сталь (кп) - застывает с выделением газов; ускоренно охлаждаясь из металла выделяются газы СО и СО2 (наблюдается эффект кипения стали). Усадочная раковина закрытого типа, качество стали более низкое).Стали различных способов раскисления характеризуются следующими показателями выхода годного: спокойная сталь - 58-90%; полуспокойная сталь - 90-95%; кипящая сталь - 95-100%.Стальные слитки неоднородны по химическому составу. Химическая неоднородность, или ликвация, возникает вследствие уменьшения растворимости примесей в железе при его переходе из жидкого состояния в твердое. В верхней части слитка из-за конвекции жидкого металла содержание серы, фосфора и углерода увеличивается в несколько раз, а в нижней части - уменьшается. При прокатке - прибыльную, подприбыльную, и донную части слитка отрезают.Строение стальных слитков различных способов раскисленияРисунок 1.2. Классификация углеродистых сталейВ зависимости от назначения стали делят на:конструкционные (детали машин, механизмов и различных конструкций, болты, гайки, мосты, краны);инструментальные стали (режущий инструмент, мерительный инструмент, штампы).По структуре:- доэвтектоидные;- эвтектоидные;- заэвтектоидные.По содержанию углерода:- малоуглеродистые (0,025ч0,25%С);- среднеуглеродистые (0,25ч0,6%С);- высокоуглеродистые (> 0,6%С).По качеству:- обыкновенного качества ( <0,05%S; <0,04%Р);- качественные ( <0,04%S; <0,035%Р);- высококачественные ( <0,03%S; <0,03%Р).Качество сталей определяется содержанием в них вредных примесей: серы и фосфора.Конструкционные стали изготавливают обыкновенного качества и качественными; инструментальные стали - качественными и высококачественными.3. Стали обыкновенного качестваДанные стали в процессе выплавки меньше очищаются от вредных примесей и содержат больше S и Р, большое количество неметаллических включений, значительно развита ликвация. Содержание S до 0,05%; Р до 0,04%.Маркируются: Cт0, Cт 1, Cт2, Cт3, Cт4, Cт5, Cт6.Все эти стали по структуре доэвтектоидные - 0,06-0,49%С.Указание способа раскисления:Cт 1кп Cт 3 кпCт 1 пс Cт 3 псCт 1 сп Cт 3 спНачиная со стали 4 выпускают только стали сп и пс: Cт6сп, Cт6пс.Каждая марка стали выполняется в 14 вариантах, которые гарантируют определенные механические, химические свойства (ув, ут, KCV, д, содержание Р, S, Mn, C…).Рассмотрим в качестве примера сталь - Cт3сп4.Первая цифра «3» - указывает только порядковый номер марки стали по ГОСТ 380-88, а не содержание углерода. Но с увеличением номера содержание углерода увеличивается. Чем больше содержится в стали углерода, тем выше прочность (ут, ув) и ниже пластичность (д, ш, KCU).Вторая цифра «4» (может изменяться от 1 до 5) - гарантирует определенные механические свойства и химический состав стали (категория поставки).Стали 1-ой категории имеют гарантию по механическим свойствам (предел текучести (ут, МПа), временное сопротивление (ув, МПа), относительное удлинение (д, %)).Стали 2-ой категории имеют гарантию по механическим свойствам и химическому составу.Стали 3-й категории - по механическим свойствам, химическому составу и ударной вязкости при +200С.Стали 4-ой категории - по механическим свойствам, химическому составу и ударной вязкости при -200С.Стали 5-ой категории - по механическим свойствам, химическому составу, ударной вязкости при -200С и после старения.Таблица № 1 Состав сталей и механические свойства сталей обыкновенного качества (ГОСТ 380-88)Для сталей марки Ст0 (беззаказка):S < 0 < 0,06%, Р < < 0,07%.Области применения сталей обыкновенного качества:Ст0 - ограждения, перила, кожухи, обшивка (т.е. детали неответственные).Ст1 - детали с высокой вязкостью и низкой твердостью (анкерные (фундаментные) болты, связывающие обшивки).Ст2 - неответственные детали требующие высокой пластичности или глубокой вытяжки.Ст3 - несущие элементы сварных и не сварных конструкций или деталей; фасонные швеллеры для рамы тракторов, обода колес автомобилей, фасонные профили для с/х машиностроения; арматура гладкого профиля для армирования ж/б конструкций.Ст5 - болты, гайки, тяги, трубные решетки, клинья, рычаги, упоры, штыри, стержни, пальцы.Ст6 - бабы молотов (ударная часть), шпиндели (вращающая часть на станке), ломы строительные.От Ст0 до Ст6 - балки двутавровые, швеллеры, угловая сталь.Стали обыкновенного качества поставляются по гарантированному химическому составу и механическим свойствам.Спокойная сталь по температуре перехода в хрупкое состояние значительно лучше, чем кипящая.4. Качественные конструкционные углеродистые сталиЭти стали выплавляют кислородно-конверторным способом, в мартеновских печах или электропечах. В зависимости от раскисления они могут быть спокойными или кипящими.К стали этой группы предъявляются более высокие требования относительно химического состава:меньше содержание серы - 0,04%,фосфора - 0,035%;меньше количество неметаллических включений;повышенные требования к макро- и микроструктуре сплава.Поставляются стали по гарантированному химическому составу и механическим свойствам.Маркировка производится цифрами по ГОСТ1050-88: 05, 08, 10, 15, 20, …70, 75, 85,…08ю (Al), 10кп. Цифры указывают среднее содержание углерода в сотых долях процента.Стали 65, 70, 75, 80 можно отнести к группе рессорно-пружинных сталей (характеризуются высоким пределом упругости).Выпускают стали в соответствии с ГОСТ 1050-88. Изготавливают горячекатаную и кованую сталь с термической обработкой (отжиг, нормализация, высокий отпуск), так и без нее.Сталь предназначается для горячей обработки давлением, механической обработки и для холодного волочения (подкат).Таблица № 2 Химический состав и механические свойства углеродистой качественной стали (ГОСТ 1050-88)В сталях 08, 10, 15, 20 - Mn ? 0,35 - 0,65%.В остальных: Mn ? 0,5 ч 0,8%.Содержание кремния: Si ? 0,17 - 0,37% (в кипящих сталях 0,07%).Области применения углеродистых качественных конструкционных сталей.05кп, 08, 08кп, 08ю - детали изготавливаемые холодной штамповкой и глубокой вытяжкой (кузова, крылья автомобилей, топливные баки, змеевики, элементы сварных конструкций);10, 15 - используют для деталей не испытывающих высоких нагрузок: кулачковые валики, рычаги, оси, втулки, болты, гайки, заклепки, муфты.20, 25 - крепежный материал, соединительные муфты, шпиндели, толкатели клапанов, пальцы рессор, рамы и другие детали автотракторного с/х машиностроения.30, 35 - слабонагруженные оси, валы различных машин и механизмов, шпиндели, шестерни ,рычаги, звездочки, кольца, шатуны.40, 45, 50 - средненагруженные оси, валы, шестерни, втулки, коленчатые валы, плунжеры, фрикционные диски.60, 65, 70, 75, 80, 85 - пружины, рессоры, шпиндели, замковые шайбы, прокатные валки, ж/д рельсы, крановые колеса.5. Автоматные стали (конструкционные)Хорошо обрабатываются при больших скоростях резания, при этом получается высокое качество поверхности. Это достигается повышенным содержанием серы и фосфора. (S = 0,08 ч 0,3%; Р ? 0,08 ч 0,15%).Сульфиды марганца MnS способствуют образованию короткой и ломкой стружки. Фосфор, повышая прочность, твердость и порог хладноломкости, способствует образованию ломкой стружки и получению гладкой и блестящей поверхности.Маркировка: А12, где А - автоматная, «12» - среднее содержание углерода в сотых долях процента.А4ОГ - повышенное содержание Mn (1,2-1,55%).Содержание: S ? 0,08 - 0,3%;Р ? 0,08 - 0,15%.А12 - 0,12%С, А30 - 0,3%С, А20 - 0,2%С, А40Г - 0,4%С.Для улучшения обрабатываемости можно добавлять свинец в количестве 0,15 - 0,3%.АС11, АС 14, АС40 - 0,4%С.Может быть проведено легирование селеном (Se): ? 0,1%.А35Е - 0,35%С.Обрабатываемость улучшается в 2 раза (по сравнению со сталями с повышенным содержанием S и P).Из автоматных сталей изготавливают болты, гайки, винты, детали сложной конфигурации на станках автоматах.6. Инструментальные качественные углеродыМаркируются углеродистые инструментальные стали по ГОСТ1435-74: У7, У8, У10, У11, У12, У13, У14. Цифра показывает среднее содержание углерода в десятых долях процента: У7 - 0,7 % С; У11 - 1,1%С. Стали могут быть качественные и высококачественные.Содержание вредных примесей:Буква А в конце марки, указывает, что сталь высококачественная:Обозначение высококачественных углеродистых инструментальных сталей: У7А, У8А, …, У13А.Эти стали не обладают теплостойкостью, рабочая температура не более 190-2000С (при нагреве выше происходит резкое снижение твердости режущей кромки) с HRC62-63 до HRC15-18 (НВ 170-180).Области применения инструментальных сталей:У7, У7А - зубила, молотки, плоскогубцы, кусачки, пневмоинструмент.У8, У8А - фрезы, ножи, зенковки, штампы, матрицы, пуансоны, ножницы, деревообрабатывающий инструмент.У9, У9А, У10, У10А - сверла, метчики, развертки, плашки, матрицы для холодной штамповки.У11, У11А, У12, У12А, У13, У13А - резцы, напильники, сверла, измерительный инструмент, ножовочные полотна (легированные ~ в 6-ть раз дороже углеродистых).Используют после термической обработки.Литература1. Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедение. М., 1972, 1980.2. Гуляев А.П. Металловедение. М., 1986.3. Антикайн П.А. Металловедение. М., 1972.