Классификация, маркировка, области применения углеродистых сталей (124965)

Посмотреть архив целиком

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 производства


В 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 раскисления


Рисунок 1.


2. Классификация углеродистых сталей


В 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 качества


Данные 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 кп

Cт 1 пс Cт 3 пс

Cт 1 сп Cт 3 сп

Начиная 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)

Массовая доля

Механические свойства

Марка стали

%Si

%Mn

ув, н/мм2

ут, н/мм2

д, %

KCU Дж/см2 (кгс·м/см2)

Ст 0

0,23

0,05

0,25-0,5

300


22


Ст 1 сп

0,06 – 0,12

0,15-0,30

0,25-0,5

305-380


34


Ст 3 кп

0,14 – 0,22

0,07

0,3-0,6

380-460

235

27


Ст3пс

0,14 – 0,22

0,05-0,15

0,4-0,65

370-480

345

26

108 при -200С

Ст3сп

0,14 – 0,22

0,12-0,30

0,4-0,65

380-490

355

26

98 при -200С

Ст6сп

0,38 – 0,49

0,15-0,35

0,5-0,8

590

315

15



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 стали


Эти 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)

Марка

ув, н/мм2

ут, н/мм2

д,%

Ш, %

KCU Дж/см2

08кп

0,05-0,11

310 (32)

196 (20)

34

60

-

08ю

0,05-0,11

310

196

34

60

-

08

0,05-0,11

310

196

32

60

-

20

0,17-0,24

410

245

28

85

-

30

0,27-0,35

480

294

24

50

78

40

0,37-0,45

560

333

20

45

59

60

0,57-0,65

687

402

12

35

-

Рессорно-пружинные стали

65

0,62-0,7

676

402

10

35


70

0,67-0,75

715

421

9

30


75

0,72-0,8

1078

941

7

30


80

0,82-0,9

1128

980

6

30



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 углероды


Маркируются 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.


Литература


  1. Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедение. М., 1972, 1980.

  2. Гуляев А.П. Металловедение. М., 1986.

  3. Антикайн П.А. Металловедение. М., 1972.


Случайные файлы

Файл
60414.rtf
5671-1.rtf
181343.rtf
100194.rtf
73803.rtf




Чтобы не видеть здесь видео-рекламу достаточно стать зарегистрированным пользователем.
Чтобы не видеть никакую рекламу на сайте, нужно стать VIP-пользователем.
Это можно сделать совершенно бесплатно. Читайте подробности тут.