Классификация углеродистых и легированных сталей

К конструкционным сталям универсального назначения отно­сятся стали, содержащие С = 0,08÷0,70 % и предназначенные для изготовления различных деталей машин и изделий

Номенклатура конструкционных сталей велика, что объясня­ется многообразием условий работы деталей, разнообразием тех­нологической среды и условий производства, где изготавливают детали. Оптимальный выбор стали основан на знании основных закономерностей формирования структуры и свойств, зависящих от легирования, термической обработки, влияния технологичес­кого процесса, способов получения заготовки и детали.

Конструкционные стали универсального применения разделя­ются на углеродистые (С = 0,08 ÷0,60 %) и легированные (С = = 0,10÷0,70%). Легированные стали по уровню прочности, дос­тигаемому термической обработкой, разделяют на две группы: нормальной и повышенной прочности (а_в<1500 МПа), высоко­прочные (σ_в > 1500 МПа). Стали первой группы делят на низкоуг­леродистые (цементуемые), содержащие С = 0,1÷ 0,3%, средне-углеродистые (улучшаемые) с содержанием С = 0,35-^0,5% и высокоуглеродистые (рессорно-пружинные) (С = 0,5÷0,7%). Осо­бую группу сталей высокой обрабатываемости резанием (авто­матных сталей) образуют углеродистые и легированные стали со спе­циальными добавками серы, свинца и кальция.

Свойства углеродистых сталей определяются содержанием уг­лерода и способом применяемой обработки. Увеличение содержа­ния углерода приводит к росту прочности и падению пластично­сти и вязкости ферритно-перлитной стали. При этом температур­ный порог хрупкости значительно повышается.

Прокаливаемость из-за малой устойчивости переохлаждения аустенита слишком мала, что является основным недостатком уг­леродистых сталей. Критический диаметр цилиндрического образ­ца при закалке в воду (мартенситная структура) для различных углеродистых сталей составляет 10-20 мм и увеличивается при повышении содержания углерода от 0,3 до 0,8 %. В сечении диаметром около 40 мм даже при закал­ке в воду в центре происходит ферритно-перлитное превращение.

Оптимальное сочетание показателей прочности, пластичности и ударной вязкости обеспечивается отпуском закаленной стали.

Легирование сталей повышает их прочность. В результате увеличивается прокаливаемость легированных сталей по сравне­нию с прокаливаемостью углеродистых. Возможно термическое упрочнение крупных деталей с макси­мальной толщиной до 100-120 мм. и благодаря малым критическим скоростям охлаждения аустенита при закалке ис­пользуются более мягкие охлаждающие среды, чем вода, что уменьшает деформацию закаленных деталей и повышает каче­ство закалки.

В машиностроении основная доля легированных сталей — низ­колегированные стали универсального назначения. По стоимости и комплексу свойств в термически обработанном состоянии эти стали в наибольшей степени соответствуют требованиям обеспе­чения прочности и эксплуатационной надежности деталей машин.

Углеродистые стали

Углеродистые (нелегированные) стали являются наиболее де­шевыми сталями и составляют около 80 % объема продукции черной металлургии. Эти стали выплавляются различными спо­собами: в кислородных конвертерах, мартеновских печах и элек­тропечах, что определяет содержание примесей и качество.

По качеству их разделяют на углеродистые стали обыкновенно­го качества (ГОСТ 380-94 и ГОСТ 535-88), содержащие С < 0,49 % и углеродистые качественные стали (ГОСТ 1050-88) с С < 0,65 % . Содержание углерода определяет комплекс механических, физи­ческих и технологических свойств сталей. При увеличении со­держания углерода растет доля цементита в структуре горячека­таных сталей, повышаются прочность и твердость при значитель­ном одновременном снижении пластичности. По технологичес­ким свойствам при горячей и холодной обработке давлением, сварке и обработке резанием углеродистые стали превосходят боль­шинство легированных сталей. При закалке деталей из углеро­дистых сталей их недостатками являются малая прокаливаемость и большие деформации. Из-за малой прокаливаемости термичес­кое улучшение возможно для деталей, максимальная толщина которых не превышает 10-20 мм. Необходимость закалки в воде, чтобы получить скорость охлаждения больше критической, яв­ляется причиной появления больших закалочных напряжений, искажения формы и размеров изделий.