Легированные и углеродистые стали – Углеродистые и легированные стали

alexxlab | 23.02.2017 | 0 | Вопросы и ответы

Содержание

Углеродистые и легированные стали

Р Е Ф Е Р А Т

на тему: «Углеродистые и легированные стали»

Углеродистой сталью называется сплав железа с углеродом (содержание углерода до 2%) с примесями кремния, серы и фосфора, причем главной составляющей, определяющей свойства, является углерод. Процентное содержание элементов в стали примерно следующее: Fe – до 99,0; С – 0,05-2,0; Si – 0,15-0,35; Mn – 0,3-0,8; S – до 0,06; P – до 0,07. В зависимости от содержания углерода углеродистые стали подразделяют на низкоуглеродистую (до 0,25% С), среднеуглеродистую (0,25-0,6% С) и высокоуглеродистую (более 0,6% С). Различают углеродистые стали обыкновенного качества и качественную конструкционную. К первой группе относится горячекатаная (сортовая, фасонная, толстолистовая, тонколистовая, широкополосная) и холоднокатаная (тонколистовая) сталь; во вторую входят горячекатаные и кованые заготовки диаметром (или толщиной) до 250 мм, калиброванная сталь и серебрянка. Углеродистая сталь – наиболее распространённый вид чёрных металлов.

Конструкционной углеродистой сталью называется сталь, содержащая углерода до 0,65-0,70% (в виде исключения производят конструкционные стали с содержанием 0,85% углерода). Конструкционная сталь идет для изготовления деталей машин и конструкций. Она должна обладать достаточной прочностью, хорошо сопротивляться удару и в то же время хорошо обрабатываться.

По качеству конструкционная сталь делится на три группы:

– обыкновенного качества;

– повышенного качества;

– качественная.

Сталь обыкновенного качества – сталь широкого потребления, идет для строительных конструкций, крепежных деталей, листового проката, заклепок, труб, арматуры, мостов, профильного проката.

Сталь повышенного качества идет для паровозных и вагонных осей, бандажей, котлов, проволоки и т.д.

Качественная сталь идет для деталей, требующих более высокой пластичности, сопротивления удару, работающих при повышенных давлениях: для зубчатых колес, труб, винтов, болтов, для деталей, подлежащих цементации, для сварных изделий.

Инструментальной углеродистой сталью называется сталь с содержанием углерода от 0,7% и выше. Эта сталь отличается высокой твердостью и прочностью и применяется для изготовления инструмента. Инструментальная углеродистая сталь делится на качественную и высококачественную. Содержание серы и фосфора в качественной инструментальной стали – 0,03% и 0,035%, в высококачественной – 0,02% и 0,03% соответственно.

Выпускается по ГОСТ 1435-90 следующих марок: У7; У8; У8Г; У9; У10; У11; У12; У13; У7А; У8А; У8ГА; У9А; У10А; У11А; У12А; У13А. Стандарт распространяется на углеродистую инструментальную горячекатаную, кованую, калиброваную сталь, серебрянку.

К группе качественных сталей относятся марки стали без буквы А, к группе высококачественных сталей, более чистых по содержанию серы и фосфора, а также примесей других элементов – марки стали с буквой А. Буквы и цифры в обозначении этих марок стали означают: У – углеродистая, следующая за ней цифра – среднее содержание углерода в десятых долях процента, Г – повышенное содержание марганца.

Применение инструментальной углеродистой стали

К недостаткам углеродистой стали относятся:

– отсутствия сочетания прочности и твердости с пластичностью;

– потеря твердости и режущей способности при нагревании до 200°C и потери прочности при высокой температуре;

– низкая коррозионная устойчивость в среде электролита, в агрессивных средах, в атмосфере и при высоких температурах;

– низкие электротехнические свойства;

– высокий коэффициент теплового расширения;

– увеличение веса изделий, удорожание их стоимости, усложнение проектирования вследствие невысокой прочности этой стали.

Легированные стали:

Легированной называется сталь, в которой наряду с обычными примесями имеются легированные элементы, резко улучшающие ее свойства: хром, вольфрам, никель, ванадий, молибден и др., а также кремний и марганец в большом количестве. Примеси вводятся в процессе плавки.

По химическому составу (ГОСТ 5200) легированная сталь делится на три группы:

– низколегированная сталь – не более 2,5% примесей;

– среднелегированная – 2,5-10%;

– высоколегированная – свыше 10%.

Легированная сталь обладает ценнейшими свойствами, которых нет у углеродистой стали, и не имеет ее недостатков. Применение легированной стали повышает долговечность изделий, экономит металл, увеличивает производительность, упрощает проектирование и потому в прогрессивной технике приобретает решающее значение. По назначению легированные стали делят обычно на конструкционные стали, инструментальные стали и стали с особыми свойствами (электротехнические, нержавеющие, жаропрочные и др.).

Конструкционная легированная сталь делится на качественную, высококачественную А и особовысококачественную Ш (электрошлакового переплава).

В зависимости от основных легирующих элементов эта сталь подразделяется на группы:

Хромистая сталь имеет очень широкое применение. Хром оказывает положительное влияние и является недорогой примесью. Сталь марок 15Х, 20Х, 30ХА применяются для деталей автотракторной и автомобильной промышленности. Хромистые стали с высоким содержанием углерода (0,9-1,1%) и хрома (0,8-1,65%) идут на изготовление колец, шариков и роликов шарикоподшипников. Их марки: ШХ6, ШХ9, ШХ15СГ, ШХ10. Обладают хорошей твердостью.

Марганцевая сталь после соответствующей химико-термической обработки приобретает высокую твердость, не снижая пластичности. Обрабатывается лучше, чем углеродистая. В производстве широко применяется сталь марок 15Г, 20Г, 30Г и др. Высокая износоустойчивость.

Хромоникелевая сталь является одной из самых распространенных конструкционных сталей, так как после термообработки приобретает высокую твердость, прочность, упругость и сопротивление ударным нагрузкам; ее марки – 20ХНА, 12Х2Н4А, 12ХН3А

Хромокремнистая сталь обладает высокой твердостью и упругостью после термической обработки и широко применяется для изготовления рессор и пружин.

Хромомарганцевая сталь частично заменяет хромоникелевую (в целях экономии никеля). Широко применяется сталь марок 20ХГ, 20ХГР, 40ХГР, 30ХСС, 18ХГТ; последняя идет для автомобильных деталей.

Хромомарганцевокремнистая сталь (хромансиль) является заменителем хромомолибденовых сталей. При малом содержании углерода хорошо штампуется и сваривается. Марка – 25ХГСД, 14ХГСА, 30ХГСА.

Хромованадиевая сталь обладает высокой прочностью, пластичностью, твердостью, упругостью. Сталь марки 50ХВА идет для ответственных пружин, марки 15ХФ – для валов, шестерен, муфт.

Хромомолибденовая сталь обладает высокой пластичностью и хорошей свариваемостью, многие из этих сталей теплоустойчивы при температурах 400-500°C. Сталь марок 30ХМА служит для изготовления роторов, осей, зубчатых колес.

Хромоникелевольфрамовая и хромоникелемолибденовая стали предназначаются для нагруженных деталей машин, зубчатых колес, коленчатых валов, высоконагруженных шатунов. Марки этой стали – 30ХНВА, 40ХНВА, 40ХНМА, 25Х2Н4ВА.

Инструментальная легированная сталь. Эта сталь идет для изготовления различного инструмента: ударно-штампового, измерительного, режущего. Она имеет ряд преимуществ перед инструментальной углеродистой сталью. Штампы из углеродистой стали обладают высокой твердостью и прочностью, но плохо сопротивляются удару. Метчики, развертки и другие длинные и тонкие инструменты из углеродистой стали при закалке получаются хрупкими, они ненадежны в работе и часто ломаются.

mirznanii.com

Углеродистые и легированные стали

Категория: Выбор стройматериалов

Углеродистые и легированные стали

Металлические конструкции, арматуру для железобетона, трубы, крепежные детали и другие строительные изделия изготовляют, как правило, из конструкционных углеродистых сталей; конструкционные легированные стали используют только для особо ответственных металлличе-ских конструкций и арматуры для предварительно напряженного бетона. Однако благодаря эффективности объем ис-иользования легированных сталей постоянно расширяется.

Углеродистые стали — это сплавы, содержащие железо, углерод, марганец и кремний, а также вредные примеси — серу и фосфор, снижающие механические свойства стали (их содержание не должно превышать 0,05…0,06 ). В зависимости от содержания углерода такие стали делятся на низко (до 0,25 углерода), средне- (0,25…0,6%) и высокоуглеродистые (свыше 0,65%). С повышением содержания углерода уменьшается пластичность и повышается твердость стали; прочность ее также возрастает, но при содержании углерода более 1% вновь снижается. Повышение прочности и твердости стали объясняется увеличением содержания в стали твердого компонента — цементита.

Углеродистые стали по назначению подразделяют на сталь общего назначения и инструментальные.

Углеродистую сталь общего назначения подразделяют на три группы: А, Б и В.

Из стали марок Ст1 и Ст2, характеризующейся высокой пластичностью, изготовляют заклепки, трубы, резервуары и т. п.; из стали СтЗ и Ст5 — горячекатаный листовой и фасонный прокат, из которого выполняют металлические конструкции и большинство видов арматуры для железобетона. Эти стали хорошо свариваются и обрабатываются.

Стали группы Б (БСтО, БСт1, БСтЗ и т. д. до БСтб) поставляют с гарантированным химическим составом; стали группы В — с гарантированными химическим составом и механическими свойствами. Благодаря определенности химического состава стали групп Б и В можно подвергать термической обработке.

Легированные стали помимо компонентов, входящих в углеродистые стали, содержат так называемые легирующие элементы, которые повышают качество стали и придают ей особые свойства. К легирующим элементам относятся: марганец — Г, кремний — С, хром — X, никель — Н, молибден — М, медь — Д и другие элементы. Каждый элемент имеет свое назначение: марганец повышает прочность, износостойкость стали и сопротивление ударным нагрузкам без снижения ее пластичности, кремний — упругие свойства, никель и хром улучшают механические свойства, повышают жаростойкость и коррозионную стойкость; молибден улучшает механические свойства стали при нормальной и повышенной температурах.

Легированные стали по назначению делят на конструкционные, инструментальные и стали со специальными свойствами (нержавеющие, жаростойкие и др.). Для строительных целей применяют в основном конструкционные стали.

Конструкционные низколегированные стали содержат не более 0,6% углерода. Основные легирующие элементы низколегированных сталей: кремний, марганец, хром, никель. Другие легирующие элементы вводят в небольших количествах, чтобы дополнительно улучшить свойства стали. Общее содержание легирующих элементов не превышает 5%.

Низколегированные стали обладают наилучшими механическими свойствами после термической обработки.

При маркировке легированных сталей первые две цифры показывают содержание углерода в сотых долях процента, следующие за ним буквы — условное обозначение легирующих элементов. Если количество легирующего элемента составляет 2% и более, то после буквы ставят еще цифру, указывающую это количество. Например, марка стали 25ХГ2С показывает, что в ней содержится 0,25% углерода, около 1% хрома, 2% марганца и около 1% кремния. При маркировке высококачественных легированных сталей (с низким содержанием серы и фосфора) в конце ставится буква А.

В строительстве применяют легированные стали 10ХСНД, 15ХСНД для изготовления ответственных металлических конструкций (ферм, балок), 35ХС, 25Г2С, 25ХГ2СА, ЗОХГСА и 35ХГСА — для изготовления арматуры для предварительно напряженного бетона.

Прочность на растяжение таких сталей в 2…3 раза выше, чем обыкновенных углеродистых сталей СтЗ и Ст5. Так, у стали ЗОХГСА предел прочности при растяжении не менее 1100 МПа, а у стали 35ХГСА — не менее 1600 МПа (у стали Ст5 — 500…600 МПа). Такие высокие прочностные показатели позволяют получать из легированных сталей более легкие конструкции при сохранении необходимой несущей способности. Это, в свою очередь, снижает расход металла и уменьшает массу здания.

Выбор стройматериалов – Углеродистые и легированные стали

gardenweb.ru

Углеродистые и легированные стали – часть 2

Режущий инструмент – резцы, фрезы, сверла из углеродистой стали при незначительном нагреве (около 200°C) теряют свою твердость, поэтому применение их при обработке металла с большой скоростью резания невозможно. При введении определенных легирующих примесей сталь приобретает красностойкость, износоустойчивость, получает глубокую прокаливаемость; она имеет высокую прочность, твердость и хорошо противостоит ударным нагрузкам.

Важнейшие легирующие примеси инструментальной легированной стали: хром, вольфрам, молибден, марганец, кремний. Содержание углерода в этой стали может быть ниже, чем в углеродистой, и колеблется от 0,3 до 2,3%.

В отдельную группу выделяют быстрорежущие стали. Они применяются для изготовления режущего инструмента – резцов, сверл, фрез. Важнейшие свойства этой стали – высокая твердость и красностойкость до 600°C (такой нагрев вызывается высокой скоростью резания). Благодаря применению быстрорежущей стали повышается стойкость инструмента и увеличивается производительность обработки. Важнейшими легирующими элементами являются вольфрам (в количестве не менее 9%), ванадий (1-2%), хром (не менее 4%). Кроме того, в быстрорежущей стали могут находиться молибден, кобальт и в небольшом количестве – никель.

В настоящее время широко применяются стали марок Р18, Р9, Р9Ф5, Р18Ф2, Р9К5, Р9К10, Р10К5Ф5, Р18М, Р9М, Р6М5 и др. Буква Р обозначает быстрорежущую сталь. Цифра, стоящая за буквой Р, показывает среднее содержание вольфрама в процентах.

Применение инструментальных легированных сталей

Легированная сталь с особыми физическими и химическими свойствами .

К группе сталей с особыми физическими и химическими свойствами относятся: магнитные и немагнитные, обладающие высоким электрическим сопротивлением, особыми тепловыми свойствами, нержавеющие жаропрочные и окалиностойкие. В такой стали особенно нуждается авиационная промышленность, электротехническая, турбинная, химическая промышленность, ракетная техника и др.

Магнитные сплавы и стали. Эти сплавы и стали широко применяются для изготовления постоянных магнитов, сердечников трансформаторов, электроизмерительных приборов, электромагнитов. Магнитная сталь делится на две группы, резко отличающаяся по магнитным свойствам: магнитотвердые и магнитомягкие.

Магнитотвердые сплавы и стали применяются для изготовления постоянных магнитов. Сталь для постоянных магнитов обозначается буквой Е. Она содержит высокий процент хрома или кобальта. Согласно ГОСТ 6862, установлены следующие марки этой стали: ЕХ, ЕХ3, Е7136, ЕХ9К15М.

Магнитомягкие сплавы и стали должны обладать очень высокой магнитопроницаемостью. Их этих сталей и сплавов делают сердечники трансформаторов, электроизмерительных приборов, электромагнитов. Обозначается электромагнитная сталь буквой Э. Марки её: Э1, Э2, Э3, Э4, Э1АА. Она содержит высокий процент кремния. Эта сталь идет для изготовления магнитопроводов, роторов, статоров.

Источники:

1. www.elecmet.ru

mirznanii.com

Углеродистые и легированные стали (определение и маркировка).

Углеродистой называют нелегированную сталь, содержащую 0,04…2 % углерода. Кроме того, в состав стали входят постоянные примеси – кремний и марганец, а также вредные -фосфор и сера (их содержание не должно превышать 0,05…0,06 %). В зависимости от содержания углерода такие стали делятся на низко- (до 0,25 % углерода), средне- (0,25…0,6 %) и высокоуглеродистые (свыше 0,65 %).

По назначению углеродистые стали подразделяют на конструкционные и инструментальные.

Сталь углеродистую обыкновенного качества подразделяют на группы А, Б, В, учитывающие условия поставки. Сталь группы А поставляют потребителям по механическим свойствам: пределам прочности и текучести, относительному удлинению, способности к изгибу в холодном состоянии. В стали группы Б нормируют химический состав, а группы В – одновременно химический состав и механические свойства.

Маркировка сталей. Каждая группа включает несколько марок стали – от СтО до Стб. С увеличением номера возрастает прочность стали и уменьшается ее пластичность. Сталь марок от Ст1 до Ст4 выпускают кипящей, полуспокойной, спокойной, марок Ст5 и Стб – полуспокойной и спокойной. Указание о степени раскисления делают в-виде индекса: кп – кипящая, пс -полуспокойная, сп – спокойная. Стали марок СтЗГпс, СтЗГсп и Ст5Гпс содержат повышенное количество марганца, на что указывает буква Г. СтО содержит углерода не более 0,23 %, СтЗ – от 0,14 до 0,22 %, а Стб – от 0,38 до 0,49 %.

Сталь группы Б изготовляют тех же марок, что и сталь группы А, но в начале обозначения марки вводят букву Б, например сталь БСт1кп. Для сталей группы А букву впереди марки не ставят.

В обозначении марок сталей всех групп вводят также цифры от 1 до 6, характеризующие категорию стали. Категория определяется совокупностью механических свойств стали либо особенностями ее химического состава. Цифру 1 в сталях первой категории не указывают.

Примеры обозначения марок стали: СтЗкп – группа А, сталь 3, кипящая, категория 1; БСт2пс2 – группа Б, сталь 2, полуспокойная, категория 2; ВСт2спЗ – группа В, сталь 2, спокойная, категория 3.

В строительстве используют стали всех групп. Наиболее пластичные Ст1 и Ст2 применяют в конструкциях резервуаров, трубопроводах, для заклепок. Из СтЗ, Ст4 и Ст5 изготовляют строительные конструкции, а также арматуру для железобетона. В большом количестве углеродистая сталь обыкновенного качества расходуется на изготовление листового, круглого, швеллерного, двутаврового проката.

Легированные стали кроме железа, углерода и нормальных примесей, содержат легирующие элементы, например хром, никель, молибден, ванадий, вольфрам, титан, которые повышают качество стали и придают ей специальные свойства. К таким элементам относят также марганец и кремний, если их содержание в стали превышает 1 %. Легирующие элементы образуют с железом химические соединения и твердые растворы замещения, которые играют роль упрочняющей фазы. Кроме того, большинство легирующих элементов образуют с углеродом простые и сложные карбиды, являющиеся, как и цементит Fe3C, хрупкими и твердыми веществами. В результате изменяется строение и существенно улучшаются механические свойства сталей.

Стали, применяемые для изготовления арматуры железобетонных конструкций, содержат в качестве легирующих элементов чаще всего марганец, кремний, хром. Марганец и кремний увеличивают прочность легированной стали, но снижают ее ударную вязкость. Хром и никель повышают не только прочность, но и ударную вязкость. Практически все легирующие элементы улучшают термическую обрабатываемость сталей. По химическому составу различают низко-, средне- и высоколегированную сталь. По назначению легированные стали разделяют на конструкционные, инструментальные и стали с особыми свойствами.

Для обозначения марок легированной стали по ГОСТу используют буквенно-цифровую систему. В начале обозначения приводят цифры, указывающие содержание углерода в сотых долях процента. Далее ставят буквы, обозначающие легирующий элемент: Ю – алюминий, Р – бор, Ф – ванадий, В – вольфрам, С – кремний, Г – марганец, Д – медь, М – молибден, Н -никель, Т – титан, X – хром, Ц – цирконий. Наконец, цифра, стоящая за буквами, указывает содержание легирующего элемента в процентах. Если содержание легирующего элемента не превышает 1 %, то цифру не ставят. При содержании I …1,5 % ставят цифру 1, свыше 1,5 до 2 % – цифру 2.

Например, марка стали 20ХГ2С означает: легированная сталь с содержанием углерода 0,20 %, хрома – менее 1 %, марганца – 2 %, кремния – менее 1 %.

Сталь для металлических конструкций обладает высокими пластичностью и ударной вязкостью, причем эти свойства незначительно ухудшаются при отрицательных температурах (до -40…50 °С). Основная характеристика такой стали – предел текучести – составляет в среднем 350 МПа, в то время как у углеродистой стали он равен 225 МПа.

students-library.com

Углеродистая или легированная сталь: сравнение и что лучше

Существует около 700 марок сталей, у каждой из которых характерные именно для неё качества, но ежегодно разрабатываются новые. Разнообразие свойств сплавов определяется: наличием легирующих элементов, количеством углерода (С), процентом вредных примесей. В зависимости от содержания последних, в первую очередь серы и фосфора, сплавы разделяют на качественные и обычного качества.

По степени содержания кислорода стали бывают: кипящие (кп), полуспокойные (пс), спокойные (сп). Первые хрупкие, подвержены коррозии, имеют плохую свариваемость. Полуспокойные обладает промежуточными характеристиками между марками сп и кп. Сплавы под маркировкой сп более однородные, отлично свариваются, имеют повышенное сопротивление ударным нагрузкам. Наиболее значимым веществом, изменяющим характеристики стали, является углерод.

Углеродистые стали

Углерод, усиливая твёрдость, одновременно делает сплав более хрупким. Процентное содержание элемента отражается в маркировке — по ней можно определить, какой материал перед вами. Учтите, две первые цифры отражают наличие сотых долей процента элемента, одна – в десятых долей. Если углерода до 0,25 %, то сталь низкоуглеродистая, а следовательно – недорогая, легко сваривается. Если от 0,3 до 0,55 %, то сплав среднеуглеродистый, такие активно применяются в машиностроении. Количество элемента в диапазоне 0,6-2 %, показывает, что материал высокоуглеродистый, потому свариваемость и жидкотекучесть его низка, но твёрдость высокая.

Структура низкоуглеродистых сплавов обеспечивает пластичность, но относительно малую прочность материала. Увеличения содержания углерода приводит к потере пластичности, но заметно усиливает прочность. Так, высокоуглеродистая сталь — очень твёрдый, прочный сплав, для которого применение сварки стараются по возможности избегать. Из него выпускают проволоку, подшипники, пружины, штампованные детали.

Легированные стали

Добавляя в состав стальных сплавов некоторые вещества можно добиться необходимых свойств, эту операцию называют легированием. Так, например:

Хром — увеличивает твердость, прочность, стойкость к коррозии, но ухудшает пластичность.
Никель – повышает пластичность, стойкость к коррозии, но может снижать твёрдость, зачастую применяется вместе с марганцем.
Вольфрам, молибден – придают твердость, усиливает жаропрочность, снижают хрупкость при отпуске.
Марганец — оптимизирует стойкость к ударным нагрузкам, твердость, не уменьшая пластичности.
Алюминий – улучшает жаростойкость, а также окалиностойкость, коррозионную стойкость.
Кремний – делает металл прочным, сохраняя вязкость. Улучшает электросопротивление, упругость, кислостойкость. По сравнению с остальными легирующими элементами менее дорог.

Легированные стали, обладая уникальными качествами, используются для производства изделий, где их нельзя заменить иными материалами. Они классифицируются по назначению, структуре, проценту легирующих элементов, химическому составу.

Области применения

Любая сталь состоит из железа, углерода, примесей — но каждая марка разработана для решения определённых, иногда специфических задач. Характеристики материалов специализированы, и к выбору марки следует подойти ответственно. Стоит учесть, что:

Включение легирующих добавок расширяют спектр возможных применений металла, однако значительно повышает цену. Потому, выбирая марку, руководствуются не только улучшением характеристик металла, а ещё экономической целесообразностью, стоимостью добычи, дефицитностью легирующих элементов.
Свариваемость низкоуглеродистых сталей высока, а для легированных и высокоуглеродистых это – трудоёмкая операция, предполагающая квалификацию исполнителя.
У инструментальной углеродистой стали есть серьёзный минус – при нагревании она теряет твердость и режущую способность. Потому, если режущий инструмент нагревается, то предпочтительнее легированный металл. Многие легированные стали исключительны по своим свойствам, есть марки стали: магнитные, магнитотвёрдые, с повышенным электросопротивлением, жаропрочные, нержавеющие, окалиностойкие. Они незаменимы в авиационной, химической, военной промышленности.

Самой часто используемой сталью является — низкоуглеродистая обыкновенного качества, под маркировкой Ст. Она нужна в строительстве, в машиностроении, на производстве. Из неё производят:

Крепёжные детали (Ст1)
Листовое железо (Ст3, Ст2)
Рельсы, кулачки (Ст6)
Валы, оси, клинья (Ст5)
Зубчатые колеса, фланцы (Ст3)
Проволоку (Ст2)

В целом, углеродистые стали уступают по большинству показателей легированным, но достаточно надёжны, качественны, дёшевы, потому востребованы. Выбирая марку материала, стоит изучить справочную литературу, достоинства и недостатки конкретной марки, учесть множество других параметров, включая – условия эксплуатации, требуемые: жёсткость, ковкость, пластичность, цену, доступность. Выбрать одну сталь и сказать, что она идеальная невозможно – каждая из них хороша для своего случая.

vchemraznica.ru

Углеродистые и легированные инструментальные стали.

Ранее других материалов для изготовления режущих инструментов начали применять углеродистые инструментальные сталимарок У7, У7А…У13, У13А. Помимо железа и углерода, эти стали содержат 0,2…0,4% марганца. Инструменты из углеродистых сталей обладают достаточной твердостью при комнатной температуре, но теплостойкость их невелика, так как при сравнительно невысоких температурах (200…250°С) их твердость резко уменьшается.

Легированные инструментальные стали,по своему химическому составу, отличаются от углеродистых повышенным содержанием кремния или марганца, или наличием одного либо нескольких легирующих элементов: хрома, никеля, вольфрама, ванадия, кобальта, молибдена. Для режущих инструментов используются низколегированные стали марок 9ХФ, 11ХФ, 13Х, В2Ф, ХВ4, ХВСГ, ХВГ, 9ХС и др. Эти стали обладают более высокими технологическими свойствами – лучшей закаливаемостью и прокаливаемостью, меньшей склонности к короблению, но теплостойкость их равна 250…270°С и поэтому они используются для изготовления ручных инструментов (разверток) или инструментов, предназначенных для обработки на станках с низкими скоростями резания (мелкие сверла, метчики).

Следует отметить, что за последние 15…20 лет существенных изменений этих марок не произошло, однако наблюдается устойчивая тенденция снижения их доли в общем объеме используемых инструментальных материалов.

4.3.2. Быстрорежущие стали.

В настоящее время быстрорежущие стали являются основным материалом для изготовления режущего инструмента, несмотря на то, что инструмент из твердого сплава, керамики и СТМ обеспечивает более высокую производительность обработки. Широкое использование быстрорежущих сталей для изготовления сложно-профильных инструментов определяется сочетанием высоких значений твердости (до HRC = 68 ед.) и теплостойкости (600…650°С) при уровне хрупкой прочности и вязкости, превышающих соответствующие значения для твердых сплавов. Кроме того, быстрорежущие стали обладают достаточно высокой технологичностью, так как хорошо обрабатываются давлением и резанием в отожженном состоянии. В обозначении быстрорежущей стали буква Р (Rapid) означает, что сталь быстрорежущая, а следующая за буквой цифра – содержание вольфрама в %. Следующие буквы обозначают: М – молибден, Ф – ванадий, К – кобальт, А – азот. Цифры за буквами, означают их содержание в %. Содержание азота составляет 0,05…0,1%.

Современные быстрорежущие стали можно разделить на три группы: нормальной, повышенной и высокой теплостойкости.

К сталям нормальной теплостойкостиотносятся вольфрамовая Р18 и вольфрамо-молибденовая Р6М5 стали (таблица 5.). Эти стали имеют твердость в закаленном состоянии 63…64 HRC, предел прочности при изгибе 2900.. .3400МПа, ударную вязкость 2,7…4,8Дж/м² и теплостойкость 600°…620°С. Указанные марки стали получили наиболее широкое распространение при изготовлении режущих инструментов. Объем производства стали Р6М5 достигает 80% от всего объема выпуска быстрорежущей стали. Она используется при обработке конструкционных сталей, чугунов, цветных металлов, пластмасс.

Стали повышенной теплостойкостихарактеризуются повышенным содержанием углерода, ванадия и кобальта. Среди ванадиевых сталейнаибольшее применение получила марка Р6М5ФЗ. Наряду с высокой износостойкостью, ванадиевые стали обладают плохой шлифуемостью из-за присутствия карбидов ванадия (VC), твердость которых не уступает твердости зерен электрокорундового шлифовального круга (Аl₂О₃). Шлифуемость – это важнейшее технологическое свойство, которое определяет не только особенности при изготовлении инструментов, но и при его эксплуатации (переточках).

Таблица 5. Химический состав быстрорежущих сталей

Марка быстрорежу-щей стали	Содержание легирующих элементов, %
Углерод	Хром	Вольфрам	Ванадий	Кобальт	Молиб-ден	Азот
Стали нормальной теплостойкости
Р18	0,73…0,83	3,8…4,4	17,0…18,5	1,0…1,4	н.б. 0,50	н.б. 1,0	-
Р6М5	0,82…0,9	3,8…4,4	5,5…6,5	1,7…2,1	н.б. 0,5	4,8…5,3	-
Стали повышенной теплостойкости
11РЗАМЗФ2	1,02…1,12	3,8…4,3	2,5…3,3	2,3…2,7	н.б. 0,5	2,5…3,0	0,05…0,1
Р6М5ФЗ	0,95…1,05	3,8…4,3	5,7…6,7	2,3…2,7	н.б. 0,50	4,8…5,3	-
Р12ФЗ	0,95…1,05	3,8…4,3	12,0…13,0	2,5…3,0	н.б. 0,5	н.б. 0,5	-
Р18К5Ф2	0,85…0,95	3,8…4,4	17,0…18,5	1,8…2,2	4,7…5,2	н.б. 1,0	-
Р9К5	0,9…1,0	3,8…4,4	9,0…10,0	2,3…2,7	5,0…6,0	н.б. 1,0	-
Р6М5К5	0,94…0,92	3,8…4,3	5,7…6,7	1,7…2,1	4,7…5,2	4,8…5,3	-
Стали высокой теплостойкости
В11М7К23	0,1	-	11,0	0,5	23,0	7,0	-
В14М7К25	0,1	-	14,0	0,5	25,0	7,0	-

По шлифуемости быстрорежущие стали можно разделить на 4 группы:

Группа 1. Содержание ванадия до 1,4% и относительная шлифуемость 0,9…1 (за единицу принята «обрабатываемость при шлифовании» стали Р18, обладающей наилучшей шлифуемостью).

Группа 2. Содержание ванадия 1,7…2,2%, относительная шлифуемость 0,5…0,95, в эту группу входят стали Р6М5, Р6М5К5, Р2АМ9К5 и др.

Группа 3. Содержание ванадия 2,3…3,3%, относительная шлифуемость 0,3…0,5 (11РЗАМЗФ2, Р6М5ФЗ, Р12ФЗ, Р9, Р9М4К8 и др.)

Группа 4. Содержание ванадия более 4%, относительная шлифуемость 0,2…0,3 (Р12Ф4К5 и др.).

Порошковые быстрорежущие стали, независимо от содержания ванадия, относятся к группам 1 и 2, т.е. обладают хорошей шлифуемостью.

Стали с пониженной шлифуемостью склонны к прижогам, т.е. к изменению структуры поверхностных слоев стали после шлифования или заточки, появлению зон вторичного отпуска с пониженной твердостью. Следствием прижогов может быть значительное снижение стойкости инструмента.

Однако, проблема «шлифуемости» ванадиевых быстрорежущих сталей, успешно решается если при заточке и доводке режущих инструментов применяются абразивные круги с зернами из СТМ на основе кубического нитрида бора (КНБ).

Ванадиевые быстрорежущие стали находят применение для инструментов несложных форм при чистовых и получистовых условиях резания для обработки материалов, обладающих повышенными абразивными свойствами.

Среди кобальтовых сталейнаибольшее применение нашли марки Р6М5К5, Р9М4К8, Р18К5Ф2, Р9К5, Р2АМ9К5 и др. Введение кобальта в состав быстрорежущей стали наиболее значительно повышает ее твердость (до 66…68 HRC) и теплостойкость (до 640…650°С). Кроме того, повышается теплопроводность стали, так как кобальт является единственным легирующим элементом, приводящим к такому эффекту.

Это дает возможность использовать их для обработки жаропрочных и нержавеющих сталей и сплавов, а также конструкционных сталей повышенной прочности. Период стойкости инструментов из таких сталей в 3…5 раз выше, чем из сталей Р18, Р6М5.

Стали высокой теплостойкостихарактеризуются пониженным содержанием углерода, но весьма большим количеством легирующих элементов – B11M7K23, В14М7К25, ЗВ20К20Х4Ф. Они имеют твердость 69. ..70 HRC и теплостойкость-700…720°С. Рациональная область использования – резание труднообрабатываемых материалов и титановых сплавов. В последнем случае период стойкости инструментов в 60 раз выше, чем из стали Р18, и в 8…15 раз выше, чем из твердого сплава ВК8. Значительными недостатками этих сталей является их низкая прочность при изгибе (не выше 2400 МПа) и низкая обрабатываемость резанием в отожженном состоянии (38…40 HRC) при изготовлении инструмента.

Экономно легированные быстрорежущие стали.

В связи со все более возрастающим дефицитом вольфрама и молибдена – основных легирующих элементов,используемых при производстве быстрорежущей стали, все большее применение находят экономно легированные марки. Среди сталей этого типа наибольшее применение получила сталь 11РЗАМЗФ2, которая используется при производстве инструмента, так как обладает достаточно высокими показателями по твердости (HRC 63-64), прочности (σ_и-3400 МПа) и теплостойкости (до 620°С). Сталь 11РЗАМЗФ2 технологична в металлургическом производстве, однако, из-за худшей шлифуемости ее применение ограничено инструментами простой формы, не требующими больших объемов абразивной обработки (пилы по металлу, резцы и т.п.).

Углеродистые и легированные стали?

Углеродистой называют нелегированную сталь, содержащую 0,04…2 % углерода. Кроме того, в состав стали входят постоянные примеси – кремний и марганец, а также вредные -фосфор и сера (их содержание не должно превышать 0,05…0,06 %). В зависимости от содержания углерода такие стали делятся на низко- (до 0,25 % углерода), средне- (0,25…0,6 %) и высокоуглеродистые (свыше 0,65 %). С повышением содержания углерода уменьшается пластичность и повышается твердость стали; прочность ее также возрастает, но при содержании углерода более 1 % вновь снижается. Повышение прочности и твердости стали объясняется увеличением содержания в стали твердого компонента – цементита.

По назначению углеродистые стали подразделяют на конструкционные и инструментальные.

Конструкционные стали содержат углерода не более 0,65 %. Их применяют для изготовления арматуры железобетонных конструкций. Используемые в строительстве конструкционные углеродистые стали подразделяют на стали обыкновенного качества, качественные и специальные.

Легированные стали, кроме железа, углерода и нормальных примесей, содержат легирующие элементы, например хром, никель, молибден, ванадий, вольфрам, титан, которые повышают качество стали и придают ей специальные свойства. К таким элементам относят также марганец и кремний, если их содержание в стали превышает 1 %.

Легирующие элементы образуют с железом химические соединения и твердые растворы замещения, которые играют роль упрочняющей фазы. Кроме того, большинство легирующих элементов образуют с углеродом простые и сложные карбиды, являющиеся, как и цементит Fe3C, хрупкими и твердыми веществами. В результате изменяется строение и существенно улучшаются механические свойства сталей.

По химическому составу различают низко-, средне- и высоколегированную сталь.

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

В строительстве наиболее часто применяют низколегированные (с суммарным содержанием легирующих элементов до 2,5 %) конструкционные стали. Их подразделяют на стали для металлоконструкций и стали для армирования железобетонных конструкций.

Сущность процесса резания?

Физическая сущность обработки металлов резанием заключается в удалении с заготовки поверхностного слоя металла в виде стружки, для того чтобы получить из заготовки деталь нужной формы, заданных размеров и обеспечить требуемое качество поверхности.

Для осуществления процесса резания необходимы два движения — главное и вспомогательное, совершаемые инструментом и заготовкой (или одним из них) относительно друг друга. В различных видах обработки резанием эти движения выражаются по-разному. Например, в токарной обработке главным движением (движением резания) является вращение заготовки, а вспомогательным (движением подачи) — поступательное движение резца; при фрезеровании движение резания — это вращение фрезы, а подача осуществляется поступательным движением заготовки.

Процесс резания — это скалывание частичек металла (элементов стружки) под действием силы, с которой режущая кромка резца вдавливается в срезаемый слой. Скалывание происходит в плоскости т.— т. Угол между этой плоскостью и поверхностью резания называется углом сдвига:

р1==30—40°. Внутри каждого элемента происходят межкристаллические сдвиги под углом 2=60 — 65°.

Отделяемая стружка под действием давления резца деформируется: она укорачивается по длине и увеличивается по толщине. Это явление называется усадкой стружки.

Внешний вид1 стружки зависит от механических свойств металла и условий резания. Если обрабатываются вязкие металлы (олово, медь, мягкая сталь и т.д.), то стружка представляет собой непрерывную ленту. Такая стружка называется сливной. При обработке менее вязких металлов, например твердой стали, стружка образуется из отдельных элементов, слабо связанных между собой. Она называется стружкой скалывания. Если обрабатывается хрупкий металл, например иугун или бронза, то отдельные элементы стружки надламываются и отделяются от заготовки и друг от друга, Эта стружка называется стружкой надлом а.

При обработке одного и того же материала тип стружки может изменяться в зависимости от скорости резания и других факторов

Совсем незначительная часть теплоты уходит в окружающую атмосферу. Хотя резец по сравнению со стружкой нагревается меньше, но сходящая по нему горячая стружка дополнительно нагревает его. Под влиянием температуры нагрева твердость режущего инструмента уменьшается, износ увеличивается. Это вызывает необходимость менять режущий инструмент или затачивать его и вновь устанавливать.

Время непрерывной работы режущего инструмента до затупления называется стойкостью инструмента и измеряется в минутах.

Стойкость режущих инструментов зависит от многих факторов и в первую очередь от материала, из которого изготовлен инструмент. Наиболее стойким будет инструмент, материал которого допускает высокую температуру нагрева без значительной потери твердости (пластинки твердого сплава, минералокерами-ческие пластины, быстрорежущая сталь и др.).

infopedia.su

TOP HEADLINES