4. Сталі (0)

    Сталлю називається сплав заліза деякої кількості вуглецю (не більше 2,14 %), а також незначної кількості інших елементів. Саме цей матеріал широко застосовується для виготовлення найрізноманітніших приладів, інструментів і будівельних конструкцій.     Класифікація і застосування сталей залежать від багатьох факторів, які необхідно розібрати детальніше.       Змінюючи хімічний склад цього матеріалу за рахунок концентрації вуглецю і привнесення легуючих елементів, можна отримувати широкий діапазон сталей з абсолютно різними властивостями, що дозволяє використовувати цей матеріал у всіх галузях господарювання.

 

         Сталь: класифікація, застосування, маркування

    Насамперед варто сказати, що сталь буває вуглецева та легована. Це залежить від того, чи були додані в сплав спеціальні легуючі елементи - алюміній, нікель, хром, молібден, титан, бор, ванадій, марганець та інші. Всі ці добавки застосовуються для підвищення специфічних властивостей сталі, а найкращий результат досягається комплексним легуванням. У загальному випадку сталі класифікують:

• за призначенням;
• за якістю;
• за способом виробництва;
• за мікроструктурою;
• за хімічним складом.

Хімічний склад

Як вже було сказано, класифікація сталей в залежності від хімскладу поділяє цей матеріал на дві великі групи:

• леговані;
• вуглецеві.

У свою чергу, кожну з цих груп можна додатково розділити на декілька частин. Класифікація легованих сталей передбачає наявність таких видів:

• низьколеговані містять незначну кількість (до 25 %) легуючих добавок;
• середньолеговані - кількість додаткових елементів не перевищує 10 %;
• високолеговані характеризуються наявністю легуючих елементів у кількості більше 10 %.

Можна також розділити і другу групу. Класифікація вуглецевих сталей виглядає так: 

• високовуглецеві характеризуються вмістом вуглецю більше 06 %;
• середньовуглецеві містять від 025 до 06 % вуглецю;
• маловуглецеві — до 025 %.

Мікроструктура

В нормалізованому стані стали бувають:

• перлітні - характеризуються низьким вмістом елементів легування і мають після нормалізації структуру: перліт, перліт + ферит, перліт + заевтектоідний карбід;
• мартенситні - мають знижену критичну швидкість загартування і досить високий вміст легуючих елементів;
• аустенітні — підвищений вміст легуючих елементів, під впливом яких досягається структура: аустеніт, аустеніт + карбід.

Класифікація вуглецевих сталей у відпаленому стані:

• доэвтектоидная застосовується, наприклад, для штампів гарячого деформування;
• заэвтектоидная має структуру, що складається з перліту і цементиту, зазвичай використовується для виготовлення інструменту;
• карбідна (ледебуритная) — наприклад, швидкорізальна сталь;
• феритної — нержавіюча, жароупорная, жаростійка, високохромистая сталі.

Якість і спосіб виробництва

Безумовно, якість сталі залежить від присутності в ній шкідливих домішок у вигляді сірки і фосфору. В залежності від цього показника класифікація сталей виглядає так: 

• звичайні — сірки (S) до 006 %, фосфору (P) до 007 %;
• якісні — сірки до 004 %, а фосфору до 0035 %;
• високоякісні — ті ж показники зменшені до 0025 %;
• особовисококачественние — менш 0015 % сірки і до 0025 % фосфору.

Спосіб виготовлення сталі зумовлює її будова, склад і властивості. Так, звичайна сталь (звичайна) найчастіше виплавляється в мартені або томасовских і бессемеровских конвертерах, після чого формується досить великі злитки. Така сталь має підвищену кількість неметалевих домішок. Високоякісні сталі виготовляють більш досконалими методами, наприклад в електропечі, а особовисококачественние додатково очищуються від оксидів і сульфідів за допомогою ЕШП — електрошлакового переплаву. Такі сталі виготовляються виключно легованими.

Розкислення

Також існує класифікація сталей в залежності від ступеня розкислення, тобто від того, яка кількість кисню було видалено в процесі виготовлення. Виходячи з цього параметра, стали бувають:

• киплячі — мало розкислені, насичені киснем;
• спокійні — абсолютно розкислені;
• напівспокійну — стали, в яких кисень вилучено частково.

Для розкислення маловуглецевих сталей застосовують алюміній, марганець і кремній. Киплячу сталь зазвичай розкислюють за допомогою феромарганцю в полуспокойную, крім цього, додають невелику кількість феросиліцію, а спокійну, крім попередніх компонентів, обробляють алюмінієм і силикомарганцем.

Що означає маркування стали?

Як не дивно, але класифікація марок стали досить різноманітна, і єдиної світової системи не існує. У ряді країн, у тому числі і в Україні, прийнята буквено-чисельна маркування. Якісні вуглецеві сталі позначаються двозначним числом, яке вказує на кількісний вміст вуглецю (в сотих %). Вуглецеві сталі маркуються літерою "У" і числом, що виражає кількість вуглецю (до десятих %) — В9 В12 і т. д. Літери використовуються також і для позначення основного елемента легування, наприклад: "П" - фосфор, "А" — азот, "T" — титан, Б — ніобій, "Г" — марганець, "Ю" — алюміній, Д — мідь, "M" — молібден, "P" — бор, "До" — кобальт, "В" — вольфрам, "E" — селен, "H" — нікель, "С" — кремній, X — хром, "Ц" — цирконій. Цифра, що стоїть за буквою, характеризує кількість відповідного елемента, а та, що знаходиться в самому початку, вказує на вміст вуглецю (в сотих %). Якщо кількість останнього перевищує або дорівнює 1 %, то первісна цифра може не вказуватись взагалі. Літера "А", що стоїть в кінці марки, вказує на приналежність її до високоякісним. Та сама буква, що знаходиться в середині, повідомляє, що сталь легована азотом. Якщо ж вона стоїть спочатку, то це говорить про те, що перед вами автоматна сталь, що володіє підвищеною оброблюваністю. Особливо високоякісна сталь маркується літерою "Ш", доданої в кінці і написаної через дефіс. Марки, які не містять літер "А" або "Ш", є якісними. Також існують певні групи сталей, додатково маркирующиеся літерами:

• "Е" - магнітні;
• "Е" - електротехнічні;
• "Р" - швидкорізальні;
• "Ш" - шарикопідшипникові.

Звичайно, існує ще досить тонкощів, однак можна сказати, що російська маркування досить проста і зрозуміла, в той час як позначення, прийняті в інших країнах, набагато складніше.

Не менш цікава класифікація сталей за призначенням, поговоримо про неї докладніше.

Конструкційні сталі

• Будівельні — низьколеговані, а також звичайного якості, володіють хорошою зварюваністю.
• Для холодної штамповки — листовий прокат з низьковуглецевих марок нормальної якості.
• Цементовані — маловуглецеві і деякі леговані сталі застосовуються для виготовлення деталей, що зазнають динамічні навантаження і працюють з поверхневим зносом.
• Покращувані піддаються термообробці (загартуванню і високому відпуску). Це середньовуглецеві, хромові, хромонікелеві, хромоникельмолибденовие, хромокремниемарганцевие, хромисті сталі з бором.
• Високоміцні стали, у яких за допомогою термообробки і особливого складу досягнутий подвійний межа міцності в порівнянні із звичайними конструкційними аналогами.
• Ресорно-пружинні можуть тривалий час зберігати пружність, достатній опір втоми і руйнування; до них відносять сталі, леговані хромом, бором, кремнієм, ванадієм і марганцем.
• Шарикопідшипникові характеризуються високою зносостійкістю, міцністю та витривалістю, що досягається за допомогою високого (до 1 %) вмісту вуглецю і включення хрому.
• Автоматні застосовуються для виробництва масових деталей, оброблюваних за допомогою верстатів-автоматів (болти, гвинти, шайби, гайки тощо); для полегшення обробки в такі стали додатково вводиться сірка, свинець, телур і селен, що призводить до отримання ламкої короткої стружки і знижує тертя.
• Корозійно-стійкі — високохромистие сталі з вмістом нікелю; чим більше в них хрому, тим більше виражена стійкість до корозії, при цьому вміст вуглецю повинно бути мінімальним.
• Зносостійкі використовуються в місцях абразивного тертя, ударів і високого тиску, наприклад ківш екскаватора або гусениці трактора.

Інструментальні сталі

Класифікація сталей інструментального призначення також може бути представлена декількома пунктами:

• для різальних інструментів застосовуються вуглецеві, леговані і швидкорізальні сталі;
• для вимірювальних інструментів матеріал повинен насамперед володіти стабільністю розмірів, шліфуватися, мати достатню твердість і зносостійкість; для отримання таких характеристик інструментальну сталь часто піддають загартуванню і цементизации;
• штампові сталі повинні володіти достатньою зносостійкістю, твердістю, теплостійкістю та прокаливаемостью; цю групу також можна додатково розділити на сталі для холодної, гарячої штамповки і валкові сталі.

Стали з особливими хімічними і фізичними властивостями

Крім всіх перерахованих вище, існують також марки сталей з особливими властивостями:

• електротехнічна сталь — сплав заліза і кремнію, іноді легованого алюмінієм; застосовується при виробництві магнітопроводів різноманітного електротехнічного обладнання;
• суперинвар — сплав заліза, нікелю і кобальту, що застосовується при виготовленні високоточного обладнання;
• жаростійкий — володіє підвищеною стійкістю проти руйнування при температурах від 900 °C, легується алюмінієм, кремнієм, нікелем;
• жаростійка — застосовується для виготовлення деталей газотурбінних установок, такі стали покликані працювати в навантаженому стані при високій температурі протягом деякого часу.