Высокоуглеродистая сталь: марки, свойства, состав, применение

Любая сталь — это сплав. В основном он состоит из железа и углерода (обозначается буквой С), и в него могут добавляться различные легирующие элементы, влияющие на физические свойства конечного продукта.

Сталь может быть высоко- и низколегированная, особого назначения, кипящая, спокойная и полуспокойная. Бывает мало- средне- и высокоуглеродистая сталь, разделение зависит от количества углерода в их составе.

При повышенном количестве углерода, сталь является высокоуглеродистой.

Высокоуглеродистая сталь

От содержания углерода в составе зависят характеристики стали. Он может содержаться в сплаве в количестве от 0,02 до 2,14%. К высокоуглеродистым относятся стали, где количество углерода более или равно показателю 0,6 %.

С увеличением количества углерода в составе стали, увеличивается содержание цементита, а феррита уменьшается. Металл становится более твердым и прочным, но теряет пластичность. Такая закономерность применима для стали с содержанием углерода не более 1 %.

Качество высокоуглеродистой стали, ее свойства зависят от количества вредных примесей. Чем их меньше, тем выше качество металла. Большое количество примесей характерно для другого вида сплава, который называется легированной сталью. Из-за невозможности удаления примесей из сплава по техническим причинам, позволяет входить в состав стали:

• Водороду.
• Азоту.
• Кислороду.
• Кремнию.
• Марганцу.
• Фосфору.
• Сере.

Присутствие данных элементов объясняется методом, которым выплавлялась сталь: кислородно-конвертерным, мартеновским или вакуумным. Углерод же добавляется в сплав намеренно, при его низких исходных показателях.

Наличие марганца в стали увеличивает ее прокаливаемость, значительно повышает прочность и износостойкость, устраняет вредное влияние серы, из-за большого количества которой при ковке металл образует трещины.

Поэтому марганец присутствует практически во всех типах стали.

При повышении в составе металла углерода меняются и другие свойства сплава. Снижается его ковкость и увеличивается электрическое сопротивление. При очень высоком содержании углерода металл становится хрупким. Не случайно, при содержании углерода в составе более 2,4%, металлические сплавы относят к чугунам.

Эти материалы хуже прочих обрабатываются резанием и давлением, у них снижен показатель жидкотекучести. По этой причине конструкционные изделия и детали из такой стали не изготавливают.

Она применяется для производства деталей методом отливки, также из такой стали изготавливают проволоку, которую обрабатывают методом штамповки.

Сварка

Способом сварки изделия из высокоуглеродистой стали стараются не соединять. Из-за повышенной температуры в сварном шве и зоне вокруг него возникают трещины, из состава стали выжигается углерод и в области сварки появляются закаленные сегменты, металл становится пористым.

В связи с такими особенностями сварочных работ, выполнять их с этим видом стали стоит при крайней необходимости или ремонтных работах. При этом нужно пользоваться электродами с невысокой тепловой мощностью. Сварочная дуга должна быть не окислительного, а восстановительного типа.

Отрицательных эффектов сварки можно избежать если предварительно прогреть соединяемые детали до 200-250 градусов.

Маркировка

Маркировка высокоуглеродистой и любой другой стали дает возможность точно узнать их химический состав, характеристики материала. Наносится несмываемой краской на поверхность стали. Включает как буквенные, так и цифровые обозначения, по которым можно узнать: тип и количество легирующих элементов, качественные характеристики материала, степень раскисления металла и другие:

• Буква «У» в начале маркировки обозначает содержание углерода в пределах 0,75%, сталь относящуюся к категории инструментальных, цифры, располагающиеся после буквы означают содержание в стали углерода в десятых долях процента.
• «А» в составе маркировки указывает что сплав относится к категории высококачественных сталей.
• «Ш» означает, что сталь высокого качества.
• Буквы «сп», «пс» и «кп» присутствующие в маркировке обозначают степень раскисления стали, спокойный, полуспокойный и кипящий соответственно.
• «Г» означает наличие в сплаве марганца в количестве 0,8% и более.

Маркировка стали дает возможность узнать полную информацию о конкретном виде стали, по характеристикам можно точно подобрать металл для своих целей.

Использование

Высокоуглеродистая сталь марок 55, 60, 70 характеризуются высокой твердостью, прочностью, поэтому пригодны для изготовления:

• Высокопрочной проволоки.
• Стальной дроби, использующейся для абразивной обработки материалов (рубленой, литой, колотой).
• Тросов.
• Штоков.
• Пружин.
• Режущих инструментов.
• Деталей землеройных и сельскохозяйственных машин.

Углеродистая качественная конструкционная сталь 15, 35, 45, 50 используется для деталей с последующей цементацией, чтобы повысить твердость, износоустойчивость деталей:

• Валов.
• Зубчатых колес.
• Осей.
• Гаек.
• Болтов.
• Напильников.

• Прочие детали, в процессе эксплуатации испытывающие трение.
• Марки ШХ4, ШХ15, ШХ15СГ, имеющие легирующую добавку хрома, используют для изготовления подшипников.
• Инструментальную сталь повышенного качества широко применяют при производстве металлообрабатывающих инструментов особой твердости: резцов, зенковок, сверл.

Информацию по всем углеродистым металлам можно найти в различных ГОСТ. Как правило, в первую очередь специалисты обращаются к стандартам № 1050 от 1988 и № 380 от 2005 годов, в которых по отдельным позициям есть сноски на иные нормативные документы.

Высокоуглеродистая нержавеющая сталь

Если объединить высокоуглеродистую и нержавеющую сталь для получения высококачественной углеродистой нержавеющей стали, то состав такого металла возьмет лучшее из каждого сплава. Эта сталь устойчива к ржавчине или окрашиванию и она очень твердая. Как правило, этот сплав считается сплавом из высококачественной нержавеющей стали.

Углеродистая нержавеющая сталь имеет хороший край при заточке, и этот твердый металл очень подходит для изготовления ножей.

В нем удачно сочетаются положительные стороны нержавеющей и высокоуглеродистой стали и нивелированы недостатки каждой из них.

Изготовление

Изготовлением металлов и их сплавов занимается металлургическая промышленность. Процесс получения высокоуглеродистой стали — это переплавка чугуна с уменьшением в составе количества серы и фосфора и регулировкой содержания углерода до требуемых концентраций. Различные методы проведения таких процессов позволяют выделить различные виды плавки.

Кислородно-конвертерный способ

Это вид обработки, при котором расплавленный чугун продувается воздухом (бессемеровский метод) или чистым кислородом. При таком способе углерод окисляется и выгорает из сплава, в результате чего чугун постепенно становится сталью.

Бессемеровский метод выплавки стали сейчас не используется из-за невысокого качества получаемого сплава, который в процессе производства насыщался газами и не освобождался от серы и фосфора. Сталь получается прочной, но склонной к быстрому старению.

Мартеновский способ

Это метод, при котором углерод из чугуна выжигается не только с помощью кислорода, но и за счет добавления железной руды и заржавевших металлических изделий. Этот процесс происходит в огромных печах, куда подается горячий воздух и горючий газ.

Размер ванн для расплавления первоначальных ингредиентов в таких печах очень велик, они вмещают до 500 тонн жидкого металла. Температура в плавильной ванне достигает 1700 градусов и поддерживается на этом уровне.

Выжигание углерода вначале идет под воздействием кислорода, присутствующего в повышенном количестве в горючих газах, а затем посредством оксидов железа. При их взаимодействии образуются шлаки фосфатов и силикатов, которые удаляются и сталь приобретает требуемые по качеству свойства.

Плавка стали происходит в течение 7 часов, за это время возможна регуляция состава добавлением нужных руд или металлического лома.

Электротермический (вакуумный)способ

Он позволяет выплавить качественную сталь с минимальным количеством посторонних добавок. Преобразование первоначального сырья в сталь происходит в вакуумной среде, без доступа воздуха, из-за чего этим способом изготавливаются металлы намного качественнее, чем при других видах плавки.

Благодаря улучшенным свойствам этой стали, удается изготовить жаростойкие и инструментальные сплавы. Стоимость такого вида обработки металлов дороже, поэтому таким способом изготовления сплавов пользуются в случае технологической необходимости изготовления высококачественного изделия.

Для того, чтобы удешевить процесс, используют специальный ковш, который помещают внутрь вакуумной печи и разогревают.

Заключение

Зная и применяя специфические характеристики высокоуглеродистых сталей, их используют в различных отраслях промышленности. Изучение таких свойств и специфики отличий позволит безошибочно использовать требуемый материал.

Источник: https://martensit.ru/stal/vysokouglerodistaya-stal/

Сталь: виды, свойства, марки, технология производства

Сталь: виды, свойства, марки, производство

Сталь и изделия из неё настолько прочно вошли в жизнь и быт современного человека, что существование без металлических предметов трудно представить. Когда это касается посуды, мелких инструментов, бытовой техники и оборудования совсем не обязательно знать марку, классификацию сплавов, области их применения.

Эти сведения важны, скорее, для тех, кто решился приступить к строительству собственного жилья, и не знает какие металлоизделия подходят для этих целей. Итак, о том, что такое сталь, какие виды стали существуют, и какими свойствами обладает этот популярный на сегодняшнее время сплав, будет рассказано в строительном журнале samastroyka.ru.

Что такое сталь, и её отличие от чугуна

Железоуглеродистый сплав — это и есть всем известная сталь. Обычно доля углерода в сплаве варьируется от 0,1 до 2,14%. Увеличение концентрации углерода делает сталь хрупкой. Кроме основных компонентов в сплаве содержатся и небольшие количества магния, марганца и кремния, а так же вредных серных и фосфорных примесей.

По основным свойствам сталь и чугун очень схожи. Несмотря на это между ними существуют значительные различия:

• сталь более прочный и твёрдый материал, нежели чугун;
• чугун, несмотря на обманчивую массивность чугунных изделий, более лёгкий материал;
• поскольку в составе стали ничтожно малый процент углерода, её легче обрабатывать. Для чугуна более предпочтительна отливка;
• изделия из чугуна лучше сохраняют тепло, благодаря тому, что его теплопроводность значительно ниже чем у стали;
• закалка металла, повышающая прочность материала, невозможна в отношении чугуна.

Достоинства и несовершенства стальных сплавов

Поскольку марок стали огромное количество, а изделий из неё ещё больше, то говорить о плюсах и минусах стали бессмысленно. Тем более, что свойства металла во многом зависят от технологий изготовления и обработки.

Вследствие этого можно только выделить несколько общих преимущественных особенностей стали, таких как:

• прочность и твёрдость;
• вязкость и упругость, то есть способность не деформироваться и выдерживать ударные, статические и динамические нагрузки;
• доступность для разных способов обработки;
• долговечность и повышенная износоустойчивость в сравнении с другими металлами;
• доступность сырьевой базы, экономичность производственных технологий.

К сожалению, стали свойственны и некоторые минусы:

• неустойчивость к коррозии, в том числе высокий уровень электрохимической коррозии;
• сталь — тяжёлый металл;
• изготовление изделий из стали производится в несколько этапов, нарушение технологии на любом из них приводит к снижению качества.

Разновидности и классификации стальных сплавов

Сегодня сложно определить количество производимых и используемых стальных сплавов. Так же не просто их классифицировать, поскольку их свойства зависят от множества параметров, таких как состав, характер и количество добавок, способы изготовления и обработки, назначения и многих других.

По качеству принято различать обычные, качественные, высококачественные и особовысококачественные стали. Доля вредных примесей является основным критерием для определения качества сплава. Для обыкновенных сталей характерны более высокие значения доли примесей, чем для особовысококачественных сплавов.

Химический состав стали. В основу производства сплавов из железа положена его способность формировать различные структурные фазы при разных температурах, так называемый полиморфизм. Благодаря этой способности, растворённые в железе примеси, образуют сплавы различных составов. Принято делить стальные сплавы на углеродистые и легированные.

Сталь по определению является сплавом железа с углеродом, от концентрации которого зависят его свойства: твёрдость, прочность, пластичность, вязкость. В составе углеродистой стали практически не содержится  дополнительных добавок.

Базовые примеси — марганец, магний, и кремний содержатся в минимальных количествах, и не ухудшают её свойств и качеств. Кремний и марганец оказывают на сплав раскисляющее действие, повышают упругость, износоустойчивость, жаростойкость. Но, в случае увеличения доли  являются легирующими элементами. Стали с большим содержанием марганца теряют магнитные свойства.

Значительно более вредные для обоих видов сталей примеси серы и фосфора. Сера, соединяясь с железом, способствует повышению хрупкости при обработке высокими температурами (прокат, ковка), увеличению усталости, уменьшению устойчивости к коррозии.

Фосфор, особенно при большой доле углерода в сплаве, повышает его хрупкость в обычных температурных условиях. Кроме этого, существует целая группа скрытых, неудаляющихся во время плавки вредных примесей. Эти неметаллические включения в виде азота, водорода и кислорода при горячей обработке делают металл более рыхлым.

Виды углеродистой стали

Углеродистые стали делятся на виды, которые характеризуются долей содержания углерода:

• к высокоуглеродистым относятся сплавы с долей более 0,6 %;
• в среднеуглеродистых сплавах концентрация углерода находится в пределах от 0,25 до 0,6 %;
• допустимые значения, характерные для низкоуглеродистых сталей — не более 0,25 %  .

• Легированные стали подразделяются на:
• — низколегированные, с долей легирующих добавок не более 2,5 %;
• — среднелегированные, с долей дополнительных элементов до 10%;
• — высоколегированные, в которых доля легирующих элементов составляет более 10%.
• Легированные стали отличаются низкой концентрацией углерода и наличием различных легирующих добавок.
• В соответствии с назначением стали делят на группы конструкционных, инструментальных и сталей особого назначения.
• 
• Каждая группа делится на подгруппы и виды, которые конкретизируют свойства, особенности и области применения сплавов.
• К конструкционным сталям относятся:

1. Строительные, их основное свойство — хорошая свариваемость, это низколегированные сплавы обычного качества.
2. Для холодной штамповки используют прокат из низкоуглеродистых сплавов обычного качества.
3. Цементуемые, применяются в изготовлении деталей с поверхностным истиранием.
4. Высокопрочные характеризуются двойным порогом прочности относительно других конструктивных видов.
5. Рессорно-пружинные стали с добавлением ванадия, брома, кремния, хрома и марганца, рассчитаны на длительное сохранение упругости.
6. Шарикоподшипниковые стали с большой долей углерода и добавлением хрома, которым свойственны особая износоустойчивость, прочность и выносливость.
7. Автоматные, в их составе присутствуют примеси серы, свинца, теллура и селена, облегчающие обработку металла станками — автоматами, на которых осуществляется производство массовых деталей
8. Нержавеющие, к ним относятся сплавы с высоким содержанием хрома и никеля. Концентрация углерода в таких сплавах минимальна.

Виды инструментальной стали

Стали инструментального назначения имеют несколько разновидностей:

• Используемые в производстве режущих инструментов, к ним относятся некоторые виды углеродистой, легированной и быстрорежущей стали.
• Измерительные инструменты производятся из достаточно твёрдых сплавов, обладающих износоустойчивостью и способностью к сохранению постоянных размеров, чаще всего для этого используют закалённую и цементированную сталь.
• Для штамповой стали характерны твёрдость, термоустойчивость и прокаливаемость. Этот вид делится на подвиды, к которым относят валковые сплавы и стали для разнотемпературной обработки.

К сталям особого назначения относят марки сталей, которые применяются в конкретных производственных областях:

• электротехнические стали — из них производят магнитные провода;
• суперинвары — используют в производстве высокоточных приборов;
• жаростойкие — работают при температурах более 900 °C;
• жаропрочные — могут работать при высоких температурах в нагруженных состояниях.

Структура стали

Концентрация углерода в сплаве определяет не только свойства металла, но и его внутреннюю структуру. К примеру, мало- и среднеуглеродистые сплавы имеют структуру, состоящую из феррита и перлита. При увеличении доли углерода начинается формирование вторичного цементита. Легирование стали тоже меняет структуру сплава.

По структуре стали могут быть:

• перлитными — с низким содержанием легирующих добавок;
• мартенситными — стали, имеющие пониженную критическую скорость закалки и средний уровень содержания легирующих примесей;
• аустенитными — высоколегированные сплавы, применяемые в агрессивных средах.

Отожженные стали делятся на:

• доэвтектоидную сталь, с концентрацией углерода менее 0,8%;
• заэвтектоидную сталь, состоящую из перлита и цементита, применяют как инструментальную;
• карбидную (ледебуритную) — к ней относятся быстрорежущие стали;
• ферритную — высоколегированную сталь с низким содержанием углерода.

Способы изготовления стали и технологии

От технологии изготовления стали зависят структура этого сплава, его состав и свойства. Обычные стали производятся в мартеновских печах или конвертерах. Как правило, они насыщены значительным количеством неметаллических примесей.

Высококачественные сплавы производят с использованием электропечей. Особовысококачественные легированные стали, содержащие минимальное количество вредных примесей, производятся в процессе электрошлаковой переплавки.

При производстве сталей используют процесс раскисления, направленный на выведение кислорода из структуры сплава.  От количества удалённого кислорода зависит, какие получаются стали: малораскисленные, совершенно раскисленные или полураскисленные. Их классифицируют, как кипящие, спокойные и полуспокойные.

Марки стали

Несмотря на то, что сталь однозначно признаётся самым востребованным сплавом железа, единая система маркировки её видов по настоящее время не сложилась. Наиболее проста и популярна  буквенно-численная маркировка.

Качественные углеродистые стали маркируют с использованием литеры «У» и двузначным числовым значением (в сотых %) уровня углерода в их составе (У11).В марке обычных углеродистых сталей за буквой следует число, указывающее на количество углерода в десятых %  — У8.

Литеры используются и в маркировке легированных сталей. Они указывают на основной элемент, применяемый для легирования. Идущая следом цифра показывает концентрацию данного элемента в составе стали. Перед литерой ставят цифру, соответствующую доле углерода в металле в сотых %.

Например, стоящая в конце марки высококачественного сплава буква «А» указывает на его качество. Эта же литера в середине марки уведомляет об основном  элементе легирования, в данном случае им является азот. Литера в начале марки сообщает о том, что это автоматная сталь.

Литера «Ш» в конце маркировки, прописанная через дефис, говорит о том, что это особовысококачественный сплав. Качественные стали, не имеют в маркировке литер «А» и «Ш». Кроме того, существует дополнительная маркировка, указывающая на особые характеристики сталей. Так, например, магнитные сплавы отмечают литерой «Е», а электротехнические — «Э».

Буквенно-числовая маркировка, пожалуй, одна из самых простых и понятных для потребителя. Другие, более сложные, доступны только для специалистов.

(4

Источник: https://samastroyka.ru/stal.html

Высокоуглеродистая сталь – полезно ли иметь много примесей в сплаве?

Высокоуглеродистая сталь нашла свое применение во многих областях, потому что обладает рядом достоинств. Однако далеко не всегда ее использование целесообразно, поэтому очень важно знать свойства и особенности данного сплава. Именно о них и пойдет речь ниже.

Сначала стоит вообще разобраться с тем, что такое сталь. Итак, это сплав углерода и железа, а также иных легирующих элементов.

Причем содержание первого колеблется в пределах от 0,02% до 2,14%, и в зависимости от его количества стали делятся на мало-, средне- и высокоуглеродистые.

Высокоуглеродистая сталь, механические свойства которой мы подробнее рассмотрим чуть ниже, сваривается достаточно проблематично, а все из-за склонности материла к таким дефектам, как закаленные зоны и трещины в области термического влияния.

В связи с этим необходимо использовать наконечники с малой тепловой мощностью.

Что же насчет пламени, так оно должно быть восстановительным, ведь окислительное приведет к чрезмерному выгоранию углерода, а это поспособствует повышенной пористости шва.

Дабы предотвратить вышеописанные дефекты, следует подогреть материал до температуры 200–250 °С.

Рассмотрим, как же содержание углерода влияет на свойства сталей. Итак, с возрастанием этого элемента в структуре увеличивается доля цементита, при этом количество феррита, напротив, снижается. В связи с этим материал становится менее пластичным.

Что же насчет таких характеристик, как твердость и прочность, то на них подобное изменение влияет положительным образом.

Но и тут не все так просто, максимальные прочностные характеристики будут достигнуты при значении углерода 1%, если же его количество еще возрастет, то в структуре возникнет сетка вторичного цементита, и прочность начнет снижаться.

Теперь остановимся на ударной вязкости таких сталей, она снижается, а вот электросопротивление и температурный интервал перехода материала от вязкого разрушения к хрупкому становится выше.

Кроме того, стоит отметить ухудшение литейного свойства, свариваемости, да и более проблематичными станут такие операции, как резание и обработка материала давлением. В связи с этим данные марки сталей не совсем пригодны для сваривания, хотя этой операции и не избежать, особенно когда речь идет о ремонтных работах.

Их намного чаще используют для штамповки деталей. Кроме того, широкое распространение нашла и проволока, сделанная именно из этого типа материала. Также они применяются и в литейной отрасли.

Безусловно, знать каково влияние тех либо иных химических элементов на свойства сплавов весьма важно, однако как же определить его состав? Ведь именно он играет существенную роль и влияет на свойство, качество, а также предел прочности материала, и если его неправильно подобрать, то иногда последствия могут быть необратимыми. Так, например, в случае превышения предела прочности какого-либо элемента конструкции, она разрушается.

Именно для этого существует маркировка, которая имеет буквенные и цифирные обозначения и наносится специальной несмывающейся краской. Причем по данному коду можно не только прочитать количество легирующих элементов, но и узнать еще дополнительную информацию, такую как качество металла, его степень раскисления и т. д. Об этом и пойдет речь в данном пункте.

Итак, кроме углерода на свойства стали влияет также и наличие марганца. Он способствует прокаливаемости, улучшению прочностных характеристик материала и его износостойкости.

В связи с этим он присутствует почти в каждом типе стали, и если его содержание более 0,8%, то в маркировке такого материала сразу после цифрового обозначения, указывающего количество углерода, будет следовать буква «Г».

Если речь идет об инструментальных сталях с содержанием углерода более 0,75%, то их код начинается с заглавной буквы «У», после которой следует процентное содержание С в десятых долях. Так, У9 означает, что говорят об углеродистой инструментальной стали, в которой около 0,9% углерода.

Кроме того, высокоуглеродистые стали разных марок имеют и еще некоторые обозначения. Например, если сплав будет высокого качества, то в конце шифра обязательно ставится буква «А», а вот особо высококачественные обозначаются как «Ш». По степени раскисления эти материалы делятся на кипящие, полуспокойные и спокойные их обозначение в маркировке «кп», «пс» и «сп», соответственно.

Источник: http://tutmet.ru/vysokouglerodistaja-stal-marki-svojstva.html

Высокоуглеродистая сталь: характеристики, свойства, марки и маркировка

Высокоуглеродистая сталь по причине ряда неоспоримых достоинств, которыми она обладает, успешно применяется для производства изделий, использующихся во многих отраслях промышленности. Между тем использование сталей данной категории не всегда целесообразно, поэтому очень важно хорошо разбираться в свойствах и качественных характеристиках подобных сплавов.

Производство высокоуглеродистой стали

Особенности материала

Любая сталь, как известно, является сплавом железа и углерода, в который могут добавляться различные легирующие элементы.

Разделение сталей на мало-, средне- и высокоуглеродистые типы зависит от того, в каком количестве в их составе присутствует углерод.

Данный элемент, который оказывает серьезное влияние на характеристики готового сплава, может содержаться в сталях от 0,02 до 2,14%. В сталях, относящихся к категории высокоуглеродистых, количество данного элемента в составе начинается с отметки 0,6%.

Марки стали и доля различных элементов в их составе

Одной из отличительных особенностей, которой обладают высокоуглеродистые стали, является то, что изделия из них плохо поддаются сварке, ее выполнение приводит к тому, что в зоне сварного шва возникают трещины. Объясняется это тем, что такие материалы, обладая определенным химическим составом, имеют склонность к образованию закаленных зон в тех местах, где металл подвергается термическому воздействию.

В связи с такой особенностью высокоуглеродистых сталей, выполнять сварку изделий из них стоит только при помощи электродов, обладающих невысокой тепловой мощностью. Сварочная дуга, с использованием которой выполняется соединение изделий из высокоуглеродистых сталей, должна быть восстановительного типа.

Применение окислительной дуги в таких случаях приведет к тому, что из состава стали будет выжигаться углерод, и, как следствие, металл в области сварного шва станет более пористым. Между тем такого отрицательного эффекта можно избежать, если предварительно прогреть соединяемые изделия до температуры 200–2500.

Нарушение технологических особенностей сварки высокоуглеродистых сталей приводит к дефектам сварочного шва

Применение сталей высокоуглеродистого типа

Углерод, содержащийся в составе любых стальных сплавов, оказывает серьезное влияние на их качественные и механические характеристики. Чем больше данного элемента содержится в стали, тем больше в ее составе цементита и меньше — феррита.

Цементит, как известно, оказывает положительное влияние на твердость и прочность материала, но негативно отражается на его пластичности. Данная закономерность характерна для стальных сплавов, в которых количество углерода не превышает 1%.

При превышении в составе стального сплава содержания данного элемента выше указанного предела в его структуре формируется сетка вторичного цементита, что приводит к снижению его прочностных характеристик.

У стальных сплавов при увеличении в их составе содержания углерода повышается показатель температуры, при которой материал переходит от вязкого разрушения к хрупкому.

У высокоуглеродистых сталей по причине особенностей их внутренней структуры снижен показатель их жидкотекучести, такие материалы хуже остальных обрабатываются резанием и давлением.

Между тем стали высокоуглеродистого типа используются для производства различных изделий методом литья, из них производят проволоку, обрабатывают данный материал методом штамповки. Применения сварочных операций для изделий из сталей данных марок стараются избегать, так как они затруднены и не позволяют получать надежные и прочные соединения.

Назначение углеродистых сталей различных марок

Маркировка материала

Маркировка высокоуглеродистых стальных сплавов, как и сталей любых других марок, позволяет точно определить их химический состав, получить представление о характеристиках материала и, соответственно, правильно подобрать его для реализации тех или иных целей.

Маркировка, которую наносят на поверхность высокоуглеродистой стали несмываемой краской, включает в себя как буквенные, так и числовые значения, по которым можно узнать следующую информацию о представленном сплаве:

• тип и количество содержащихся легирующих элементов;
• качественные характеристики рассматриваемого материала;
• степень раскисления металла;
• и другие.

Примеры расшифровки маркировки

На качественные характеристики высокоуглеродистых сталей кроме углерода серьезное влияние оказывает такой элемент, как марганец. Данный элемент, в частности, отвечает за такие характеристики, как:

• прочность;
• прокаливаемость;
• износостойкость.

Марганец по причине своего значительного влияния на свойства стального сплава присутствует в составе практически каждой марки стали. В том случае, если данного элемента в стали содержится более 0,8%, то в ее маркировке после обозначения количества углерода присутствует буква «Г».

Высокоуглеродистые стали импортного производства (нажмите для увеличения)

Стальные сплавы, относящиеся к категории инструментальных, которые характеризуются содержанием углерода в пределах 0,75%, легко узнать по букве «У», располагающейся в самом начале их маркировки. Цифры, стоящие в маркировке таких сталей после данной буквы, говорят о содержании в них углерода в десятых долях процента.

Маркировка стальных сплавов, относящихся к категории высокоуглеродистых, имеет еще ряд характерных особенностей, к которым следует отнести:

• наличие в маркировке буквы «А», если высокоуглеродистый сплав относится к категории высококачественных сталей;
• буква «Ш» в маркировке таких сталей говорит о том, что перед вами марка, отличающаяся особо высоким качеством;
• буквы «сп», «пс» и «кп», присутствующие в маркировке, позволяют определить степень раскисления (спокойный, полуспокойный и кипящий, соответственно).

Таким образом, маркировка сталей данной категории позволяет получить практически всю информацию, которая необходима потребителям таких сплавов при выборе их марок.

Источник: http://met-all.org/stal/vysokouglerodistaya-stal-harakteristiki-marki-svojstva.html

19. Качественные углеродистые стали: свойства, маркировка, применение

Качественные
углеродистые стали обладают более
высокими механическими свойствами, так
как в них содержится меньше примесей:
они на 10-15% дороже. Из качественных сталей
производят прокат, сортовую сталь и
т.д. Она хорошо обрабатывается всеми
видами обработки.

Марка стали обозначается:
Сталь 45 СП(сталь, затем процентное
содержание углерода в сотых долях
процентов и метод раскисления, 0,45%
углерода в стали этой марке). Выпускаются
стали 22-х марок. В ней гарантируются
химический состав, макро и микроструктура
и механические свойства.

Наиболее часто
употребляются Сталь45 и Сталь20.

20. Инструментальная углеродистая сталь: свойства, маркировка, применение

Инструментальная
углеродистая сталь применяется для
изготовления инструментов, маркируется
буквой У и числом, показывающим десятые
доли процента содержания углерода(например,
сталь марки У8 содержит 0,8% углерода).
Отличается более высоким содержанием
углерода, низким содержанием примесей,
что обозначается буквой А в конце марки
стали. Выпускаются стали семи марок от
У8 до У13, аналогично высококачественные
от У8А до У13А.

21. Легированные стали: классификация, свойства, маркировка, применение. Нержавеющие стали

Легированными
называют стали, в которые вводят одну
или несколько легирующих добавок для
получения заданных свойств. Название
легирующих элементов определяет название
стали: хромистая, хромомарганцевая и
т.д. Добавкой хрома, никеля получают
нержавеющие стали, добавкой вольфрама,
молибдена — жаростойкие.

• Хром повышает
  коррозионную стойкость стали, при
  содержании свыше 10% сталь становится
  нержавеющей.
• Никель придаёт
  коррозионную стойкость, жаростойкость,
  жаропрочность.
• Вольфрам повышает
  прочность, сохраняя свойства после
  прокаливания.
• Часто применяют для
  легирования кремний, марганец, в небольших
  количествах титан, ванадий и другие
  металлы.
• В обозначение марки
  входит одна или две цифры, обозначающие
  содержание углерода в сотых долях
  процента, буквы русского алфавита,
  обозначающие символ легирующего
  элемента, после буквы — цифра, показывающая
  содержание элемента в процентах, при
  содержании легирующего элемента менее
  1,5% цифра опускается.
• Например: 15Х2М(0,15%
  углерода, менее 2% никеля, менее 1,5%
  молибдена); 20Х13(0,20%С, около13% хрома).
• Стали специального
  применения маркируются вначале буквой,
  обозначающей область применения стали:
• А — автоматная
  сталь(используется для станков-автоматов);
• Ш — шарикоподшипниковая;
• Р — быстрорежущая(для
  изготовления инструментов для обработки
  металлов на станках методом скоростного
  резания).
• Обозначение легирующих
  элементов:
• Х -хром, В —
  вольфрам Н — никель Г — марганец
• М — молибден Ф —
  ванадий С — кремний К — кобальт
• Т — титан П —
  фосфор Ю — алюминий Р — бор
• А -азот Б —
  ниобий Д — медь Е — селен
• Ц — цирконий

22.Термическая обработка стали. Закалка, отжиг, отпуск, нормализация. Химико-термическая обработка стали.(Никифоров, с. 104-118 , Гинберг, с. 263-268, лаб. Работы)

Основными видами
термической обработки, различно
изменяющими структуру и свойства стали
и назначаемыми в зависимости от
требований, предъявляемых к
полуфабрикатам(отливки, поковки, прокат
и т. д.) и готовым изделиям, являются
отжиг, нормализация, закалка и отпуск.

В черной металлургии
преобладающими процессами термической
обработки металлопродукции являются
отжиг, нормализация и высокий отпуск,
снижающие твердость, что облегчает
металлургический передел(например,
калиброванной стали) и деформационную
и механическую обработку резанием на
машиностроительных заводах.

Отжиг
I
рода

Отжиг I рода в
зависимости от исходного состояния
стали и температуры его выполнения
может включать процессы гомогенизации,
рекристаллизации и снятия остаточных
напряжений.

Характерная особенность
этого вида отжига в том, что указанные
процессы происходят независимо от того,
протекают ли в сплавах при этой обработке
фазовые превращения(перекристаллизация)
или нет.

Поэтому отжиг I рода можно
проводить при температурах выше или
ниже температур фазовых превращений(критических
точек Ai и Лз).

1. Этот вид обработки
   в зависимости от температурных условий
   его выполнения устраняет химическую
   или физическую неоднородность, созданную
   на предшествующих стадиях передела.
2. Гомогенизация(диффузионный
   отжиг).
3. Диффузионному отжигу
   подвергают слитки легированной стали
   для уменьшения неоднородности.

Рекристаллизационный
отжиг. Под рекристаллизационным отжигом
понимают нагрев холоднодеформированной
стали выше температуры начала
рекристаллизации, выдержку при этой
температуре с последующим охлаждением.

Этот вид отжига чаще применяют как
промежуточную операцию для снятия
наклепа между операциями холодного
деформирования. Температура отжига для
достижения рекристаллизации по всему
объему и сокращения времени процесса
превышает температуру порога
рекристаллизации.

Для углеродистых
сталей с 0,08-0,2 % углерода, чаще подвергаемых
холодной деформации(прокатке, штамповке,
волочению), температура отжига находится
в интервале 680-700 °С.

Отжиг
нормализационный(нормализация).

84), непродолжительной
выдержке для прогрева садки и завершения
фазовых превращений и охлаждений на
воздухе.

Нормализация вызывает полную
фазовую перекристаллизацию стали и
устраняет крупнозернистую структуру,
полученную при литье или прокатке, ковке
или штамповке. Нормализацию широко
применяют для улучшения свойств стальных
отливок вместо закалки и отпуск.

Нормализация
горячекатаной стали повышает ее
сопротивление хрупкому разрушению, что
характеризуется снижением порога
хладноломкости и повышением работы
развития трещины.

Назначение нормализации
различно в зависимости от состава стали.
Для низкоуглеродистых сталей нормализацию
применяют вместо отжига. При повышении
твердости нормализация обеспечивает
большую производительность при обработке
резанием и получение более чистой
поверхности.

Для отливок из среднеуглеродистой
стали нормализацию с высоким отпуском
применяют вместо закалки и высокого
отпуска.

В этом случае механические
свойства несколько ниже, но детали будут
подвергнуты меньшей деформации по
сравнению с получаемой при закалке, и
вероятность появления трещин практически
исключается.

Закалка и отпуск
стали.

Закалка заключается
в нагреве стали на 30-50°С выше Ас3 для
доэвтектоидных сталей или Ac1 для
заэвтектоидных сталей, выдержке для
завершения фазовых превращений и
последующем охлаждении со скоростью
выше критической.

Чтобы уменьшить хрупкость
и напряжения, вызванные закалкой, и
получить требуемые механические
свойства, сталь после закалки обязательно
подвергают отпуску.

Инструментальную
сталь в основном подвергают закалке и
отпуску для повышения твердости,
износостойкости и прочности, а
конструкционную сталь — для повышения
прочности, твердости, получения
достаточной высокой пластичности и
вязкости; для ряда деталей также и
высокой износостойкости.

Объемной закалке и
отпуску подвергают многие детали
агломерационного, доменного,
сталеплавильного и прокатного
оборудования(разнообразные валы и оси,
правильные ролики и т. д.).

Отпуск стали.

Отпуск заключается
в нагреве закаленной стали до температуры
ниже Ас1 выдержке при заданной температуре
и последующем охлаждении с определенной
скоростью.

Отпуск является окончательной
операцией термической обработки, в
результате которой сталь получает
требуемые механические свойства.

Кроме
того, отпуск полностью или частично
устраняет внутренние напряжения,
возникающие при закалке. Эти напряжения
снимаются тем полнее, чем выше температура
отпуска.

Химико-термическая
обработка.

Химико-термической
обработкой называют поверхностное
насыщение стали соответствующими
элементами(например, углеродом, азотом,
алюминием, хромом и др.) путем его диффузии
в атомарном состоянии из внешней среды
при высокой температуре.

В отличие от
термической обработки химико-термическая
обработка изменяет не только структуру,
но и химический состав поверхностных
слоев, что позволяет в более широких
пределах менять свойства стали.

Процесс химико-термической
обработки состоит из трех элементарных
стадий: 1) выделения диффундирующего
элемента в атомарном состоянии в
результате реакций, протекающих в
насыщающей среде; 2) контактирования
атомов диффундирующего элемента с
поверхностью стального изделия и
проникновения(растворения) в решетку
железа(адсорбция); 3) диффузии атомов
насыщающего элемента в глубь металла.

Цементацией называется
процесс насыщения поверхностного слоя
стали углеродом. Различают два основных
вида цементации: твердыми углеродсодержащими
смесями(карбюризаторами) и газовую.

Цементацию с
последующей закалкой и отпуском применяют
для повышения работоспособности деталей
металлургических машин(всевозможные
шестерни, зубчатые муфты и втулки,
пальцы, втулки и ролики шлеп-перов и
т.д.), испытывающих в процессе эксплуатации
статические, динамические и переменные
нагрузки и подверженных изнашиванию.

Для цементации
обычно используют низкоуглеродистые
стали(0,1-0,18% углерода). Для крупногабаритных
деталей применяют стали с более высоким
содержанием углерода(0,2-0,3%). Выбор таких
сталей необходим для того, чтобы
сердцевина изделия, не насыщающаяся
углеродом при цементации, сохраняла
высокую вязкость после закалки.

Нитроцементация.

Нитроцементацией
называют процесс диффузионного насыщения
поверхностного слоя стали одновременно
углеродом и азотом при температуре
840-860°С в газовой среде, состоящей из
науглероживающего газа и аммиака.
Продолжительность процесса 4-10 ч. Основное
назначение нитроцементации — повышение
твердости, износостойкости и предела
выносливости стальных деталей.

Для нитроцементации
легированных сталей рекомендуется
использовать контролируемую эндотермическую
атмосферу, к которой добавляют
1,5-5,5%(объемы) необработанного природного
газа и 1,0- 3,5%(объемн.) NHg.

При оптимальных
условиях насыщения структура
нитроцементованного слоя должна состоять
из мелкокристаллического мартенсита,
небольшого количества мелких равномерно
распределенных карбонитридов и 25-30 %
остаточного аустенита.

Твердость слоя после
закалки и низкого отпуска HRC 58-60, НV5700-
6900 МПа. Высокое содержание остаточного
аустенита обеспечивает хорошую
прирабатываемость.

Азотирование.

Азотированием
называют процесс диффузионного насыщения
поверхностного слоя стали азотом при
нагреве ее в аммиаке. Азотирование
повышает твердость поверхностного
слоя, его износостойкость, предел
выносливости и сопротивление коррозии
в таких средах, как воздух, вода, пар и
т.д. Твердость азотированного слоя
заметно выше, чем цементуемой стали.

Азотирование широко
применяется для зубчатых колес, цилиндров
мощных двигателей, многих деталей
станков и других изделий.

Источник: https://studfile.net/preview/516525/page:9/

Углеродистая сталь. Применение углеродистой стали

Как известно каждому еще со школьной парты, сталь содержит в своем составе углерод и небольшой процент других примесей. Давайте разберемся, чем же отличается углеродистая сталь? Сама по себе сталь делится на два вида – с легирующими элементами и без них.

К первому виду относятся легированные, а ко второму – не легированные, углеродистые стали с очень малым количеством примесей. Это и есть основное и характерное отличие.

Если исходить из содержания углерода в сплаве, классификация углеродистой стали разделяет ее на три вида: высокоуглеродистую, среднеуглеродистую и низкоуглеродистую сталь. По назначению в зависимости от содержания углерода – на инструментальную и конструкционную сталь.

Классификация углеродистой стали

В своем составе высокоуглеродистая сталь содержит от 0,6 до 2 процентов углерода. К ней относятся инструментальные, штамповые и некоторые разновидности пружинных сталей. Из нее производят стальную канатную проволоку. Конструкционные стали редко делают из высокоуглеродистых в связи с их малой вязкостью.

При сварке изделий из высокоуглеродистой стали следует четко придерживаться определенных условий, иначе в зоне термического влияния появятся трещины. Высокоуглеродистая инструментальная сталь в свою очередь делится на качественную и высококачественную.

Высококачественная отличается пониженным содержанием вредных примесей (сера, фосфор) в сплаве.

Содержание углерода в среднеуглеродистой стали -0,25 – 06 %. Сварка среднеуглеродистых сталей связана с теми же трудностями, что и высокоуглеродистая – с большой вероятностью образования трещин в сварных швах и околошовной зоне.

Наименьшее процентное соотношение углерода в сплаве имеет низкоуглеродистая сталь. Она хорошо сваривается всеми способами сварки, имея невысокую прочность и твердость, и, в большинстве случаев, не требует термической обработки после нее.

Низкоуглеродистые стали относятся к мягким сталям, которые применяются чаще всего в отожжённом состоянии для изготовления деталей методом холодной штамповки, так как основной их особенностью является хорошая формообразующая способность в холодном состоянии.

Они хорошо куются, цементируются и используются для изготовления мелких деталей.

Применение углеродистой стали

Наличие некоторых недостатков делает применение углеродистой стали несколько ограниченным. Среди них – низкая коррозийная стойкость в агрессивной среде, чувствительность к перегревам и ухудшение прочности при повышенных температурах.

Преимущества – высокий выход готового продукта, относительная дешевизна. Обозначения маркировок стали – буквенно-цифровые. Цифры указывают на процентное содержание углерода встали. Буквенное обозначение будет разным для различных видов углеродистой стали.

Например, в сталях обычного качества применяют обозначение «Ст», в качественных – «Сталь». В инструментальных первая буква «У» указывает на принадлежность к углеродистым сталям, а наличие последней «А» – на ее высокое качество.

Источник: https://metallobaza.kiev.ua/faq/carbon-steel/