Классификация легированных сталей

Легированные стали классифицируют по содержанию легирующих элементов, качеству и назначению.

В зависимости от содержания легирующих элементов различают низколегированные стали с общим содержанием легирующих элементов не более 2,5%; среднелегированные стали – от 2,5 до 10%; высоколегированные стали – свыше 10% и сплавы – более 45%.

По качеству легированную конструкционную сталь подразделяют в зависимости от содержания вредных примесей – серы и фосфора – на качественную (S и Р не более 0,035% каждого), высококачественную (S и Р не более 0,025% каждого) и особовысококачественную, получаемую методом электрошлакового переплава (не более 0,015 %S и 0,025%Р). Особовысококачественную сталь применяют для изготовления ответственных, несущих большие нагрузки, деталей машин и механизмов.

По назначению легированные стали подразделяют на конструкционные, инструментальные и стали с особыми свойствами.

Конструкционные легированные стали используют для изготовления деталей машин и механизмов, приборов, ответственных металлоконструкций. К этой группе относят среднелегированные и, в основном, низколегированные стали. Низколегированная сталь является переходной между углеродистыми и легированными сталями, она по своей основе соответствует низкоуглеродистой стали (0,1 – 0,2 %С), легированной кремнием, марганцем, хромом, никелем, медью, ванадием, ниобием и некоторыми другими элементами в небольших количествах.

Марганцовистые стали выпускают следующих марок: 10Г2, 14Г2, 35Г2, 50Г2 и др. Марганцовистые стали хорошо поддаются обработке резанием и штамповке в холодном состоянии. Однако после закалки эти стали склонны к короблению и появлению трещин. При добавлении хрома и титана склонность марганцовистых сталей к таким дефектам значительно снижается. Из марганцовистых сталей изготавливают крепежные детали, оси, небольшие коленчатые валы, штоки, шестерни, пружины, амортизаторы.

Хромистые и хромоникелевые стали делят на цементуемые и улучшаемые. Из цементуемых сталей (например, 15Х, 20Х, 15ХРА, 12Х2Н4А, 18ХГТ) изготовляют детали (зубчатые колеса, шлицевые валики, поршневые пальцы, толкатели и др.) относительно небольших размеров, работающие на износ при высоких нагрузках и имеющие высокие твердость поверхностного слоя и прочность сердцевины. Улучшаемые стали (например, 35Х, 38ХА, 35ХРА, 37ХН3А, 38ХН3МФ) обладают высокой прочностью, пластичностью, высоким пределом выносливости, хорошей прокаливаемостью (до 20 мм). Из них изготовляют детали больших сечений (кривошипы, валы, шестерни и др).

Общие требования для всех инструментальных сталей – высокая твердость и прочность при удовлетворительной вязкости, хорошая износостойкость. Кроме того, инструментальные стали должны хорошо закаливаться, а сталь для режущего инструмента должна иметь высокую теплостойкость (красностойкость). Инструментальные стали, как уже отмечалось , применяют для изготовления режущего, ударно-штампованного и измерительного инструмента.

Для режущего инструмента применяют низколегированные инструментальные стали с суммарным содержанием легирующих элементов от 1 до 6% и углерода от 0,9 до 1,2%. Основные легирующие элементы для сталей этой группы – хром, вольфрам или ванадий, которые являясь сильными карбидообразующими элементами, несколько увеличивают твердость закаленной стали и значительно повышают ее износостойкость. Из сталей Х, 9ХС, ХВГ, ХВСГ изготовляют сверла, фрезы, метчики, плашки, развертки, протяжки. На инструменте ставят клеймо с обозначением марки стали.

Для изготовления режущего инструмента, работающего при высоких скоростях резания и применяемого для обработки труднообрабатываемых материалов, применяют быстрорежущие стали, которые относятся к высоколегированным сталям. Быстрорежущие стали обозначают буквой «Р» и следующей за ней цифрой, которая указывает на среднее содержание вольфрама. Кобальт, молибден, ванадий содержащиеся в сталях, обозначают соответственно буквами К, М, Ф и цифрой показывающей их среднее количество в целых. Содержание хрома (около 4% во всех сталях) в марках стали не указывают. Стали Р9Ф5, Р9К10, Р18К5Ф2, Р18, Р6М5 сохраняют красностойкость до 650°С и твердость не ниже HRC 60. Высокие режущие свойства быстрорежущей стали достигаются термической обработкой, состоящей из нагрева до 1270-1290°С и последующего трехкратного отпуска при 560°С. Длительность каждого отпуска 1 ч.

В новых марках быстрорежущих сталей широко используется легирование различными химическими элементами, включая такие редкие металлы как рений, церий, иттрий, лантан. Стойкость инструментов из ряда новых быстрорежущих сталей выросла по сравнению со сталью Р18 в 2-6 раз, а рабочая температура возросла до 730- 750°С. Тем не менее быстрорежущие стали с высоким содержанием вольфрама сохраняют за собой области более эффективного использования в некоторых режущих инструментах, например, протяжках, метчиках.

Среди новых быстрорежущих сталей можно выделить три важнейших направления их создания:

1) Безвольфрамовые стали типа 12М5Ф3СЮ, дополнительно легированные алюминием (0,3…0,6%) и с увеличенной долей добавок типа углерода, марганца, кремния.

2) Дисперсионно-твердеющие стали типа Р18М7К25 с предельно низким содержанием углерода.

3) Порошковые композиции сталей типа Р6М5К5МП.

Конкретные марки быстрорежущей стали, рекомендованные для применения в определенных условиях (обрабатываемый материал, вид обработки, качество обработки), выбираются по справочникам и другой нормативно-технической документации.