Марка качественной конструкционной стали - Блог - ЛипецкТехноЛит
☎ +7(961)604-81-20    info@drobemet48.ru

МАРКА КАЧЕСТВЕННОЙ КОНСТРУКЦИОННОЙ СТАЛИ


konstrukcionnye-stali

Главное назначение – прочность. Основное требование – обеспечить сочетание качеств и не делать ставку на одну характеристику. Материал должен быть пластичным, иметь хорошую сопротивляемость ударным нагрузкам, быть достаточно вязким, сопротивляться коррозии, износу и усталости.

Стоит принимать во внимание тот факт, что в деталях есть изъяны, в которых концентрируется напряжение, поэтому материалы должны оказывать противодействие хрупкому разрушению и увеличению трещин.

Любая марка качественной конструкционной стали обладает большими литейными свойствами, поддается обработке давлением, резанием и имеет хорошую свариваемость.

Еще один важный пункт – дешевая цена и отсутствие редких элементов.

 

ВИДЫ КОНСТРУКЦИОННЫХ СТАЛЕЙ

 

1. Углеродистые, автоматные

Идеальны для производства крепежа.

Сплавы хорошо обрабатываются резанием. Для этого увеличивают % серы и фосфора до 0,1 – 0,2%, добавляют селен и свинец. Обозначают металл литерой А и числами, которые указывают на дозу углерода в сотых долях %: А30, А20, А12.

При введении свинца от 0,15 до 0, 30% к маркировке добавляют букву С: АС11, АС14. При введении других легирующих элементов маркируют как обычные конструкционные сплавы: АС35Г2, АС38ГХМ.

 

2. Строительные

В них содержится 0,1 – 0,25% углерода. Легируют кремнием, марганцем, хромом, никелем, медью. За счет этого строительные прочнее углеродистых.

Основное требование – свариваемость. Строительные стали должны содержать не больше 0,25% углерода. В противном случае есть опасность образования холодных трещин.

Если металл содержит 1,5% Mn и 0,7% Si, предел текучести составляет σ0,2 = 360 Мпа. Это в 1,5 раза больше, чем в углеродистых марках обычного качества.

 

Марка качественной конструкционной стали. Область применения:

  • Армирование железобетона. Марки 25Г2С, 30ХГСА. C (углерод) = 0,3%.

  • Производство сварных конструкций. Низколегированные соединения 14Г2, 17ГС, 14ХГС, 15ХСНД с добавлением никеля и меди. Сплав не переходит в хрупкую фазу даже при температуре -60⁰С. Дополнительно упрочняют сталь, вводя до 0,1% ванадия и ниобия с азотом (0,015 – 0,025%) — 14Г2АФ, 17Г2АФБ. Их предел текучести σ0,2 = 450 Мпа. Применение прочных низколегированных марок снижает расход металла на 12 – 15%.

  • Возведение мостов. Сплавы с прочностью более σ0,2 ≥ 600 Мпа: 10 ХСНД, 15ХСНД, 10Г2С1Д, 16Г2АФ.

  • Производство вагонов и машин сельского хозяйства. Марки с большой прочностью σ0,2 ≥ 750 Мпа: 12Г2СМФ, 14ГСМФР.

  • Судостроение. Используются низкоуглеродистые стали типа АБ с пределом текучести 390 – 785 Мпа. Дополнительная прочность достигается путем добавления никеля, хрома, меди, ванадия.

  • Строительство магистральных нефте- и газопроводов. Применяют низколегированные стали с σВ ≥ 500 Мпа, σТ ≥ 300 Мпа, δ ≥ 16% с ударной вязкостью при температуре — 70⁰С не меньше 400 кДж/м2. Соединения с такими показателями также используют в условиях Севера.


3. Цементируемые сплавы

В составе не больше 0,2% углерода. Годятся для деталей, которые используются в условиях поверхностного износа и испытывают нагрузки. При цементации дополнительно упрочняется сердцевина. Много упрочняющих компонентов – больше прочность. Твердость готовой детали 20 – 40 HRC.

 

Выделяют 3 вида цементируемых сталей:


I. Неупрочняемая сердцевина.
Сюда причисляется марка качественной конструкционной стали 10, 15, 20. Ее используют для маленьких деталей и элементов с малой ответственностью.

II. Слабоупрочняемая сердцевина. Это хромистые сплавы с небольшим количеством упрочняющих компонентов: 15Х, 20Х.

III. Сильноупрочняемая сердцевина. Производят детали, которые испытывают ударные нагрузки, с большим сечением или непростой формой, а также конструкции, испытывающие знакопеременное напряжение. Такие сплавы содержат никель – 20Х4, 12ХНЗА, 12Х2Н4А. Часто элемент подменяют марганцем с добавлением титана и ванадия – 18ХГТ.

Хромоникелевые стали упрочняют вольфрамом или молибденом – 18Х2Н4ВА, 18Х2Н4МА и используют для габаритных конструкций со сверхнагрузками – зубчатые колеса, оси.

 

Таблица № 1

Марка качественной конструкционной стали

 

 

4. Улучшаемые

В составе 0,3 – 0,5% углерода и не больше 5% упрочняющих элементов. Закаливаются в масле, отпускаются при 550 – 650 ⁰С. Эта марка качественной конструкционной стали отлично переносит ударные нагрузки.

Основные преимущества – прочная, вязкая, хорошо прокаливается, а также не реагирует на очаги напряжения. В сплавах, как правило, находится 0,17 – 0,37% кремния, 0,5 – 0,8% марганца и не больше 0,035% серы и фосфора.

 

Таблица № 2

Марка качественной конструкционной стали

 

 

Улучшаемые стали разбиты на 5 фракций:


Фракция 1.
Включает углеродистые сплавы 35, 40, 45. Критический диаметр D95 до 10 мм.

 

Фракция 2. Включает хромистые стали 30Х, 40Х. D95 = 15 – 20 мм. Расположены к отпускной хрупкости 2-ой степени. Сплавы нужно после отпуска незамедлительно охладить в масле, воде.

Фракция 3. Хромистые марки, в дополнение упрочненные несколькими компонентами – 30ХМ, 40ХГ, 30ХГТ. D95 = 20 – 25 мм. Чтобы она лучше прокаливалась, добавляют марганец (40ХГ) и бор (40ХР). Уменьшение отпускной хрупкости 2-го рода дает молибден (30 ХМ). Хромансили 20ХГС, 30ХГС отлично свариваются и имеют высокую прочность σВ = 1200 Мпа и KCU = 0,4 МДж/м2. Такие марки подвержены отпускной хрупкости 2-го рода.

Фракция 4. Включает в себя хромоникелевые стали, в которых до 1,5% Ni: 40ХН, 40ХНМ. D95 = 40 мм. В отличие от групп 1, 2, 3 при минусовых температурах имеют запас вязкости.

Фракцию 5 составляют комплексно легированные сплавы с 3 – 4% никеля: 38ХНЗМ, 38ХНЗМФА. Это лучшие марки представленного вида. Небольшая склонность к хрупкому разрушению при D95 ≥ 100 мм. Из нее изготавливают сложные детали, которые испытывают большие ударные нагрузки. Минусы – имеют тенденцию к флокенообразованию и их сложно обрабатывать резанием.

 

5. Высокопрочные

Сплавы с временным сопротивлением больше 1500 Мпа. Прочность достигается благодаря термомеханической обработке и использованию высокопрочных составляющих – мартенситно-стареющих сплавов (МСМ) и сталей с пластичностью, наведенной превращением (ПНП).

Прочность мартенситно-стареющих сталей В ≥ 2000 Мпа, вязкость и пластичность большие ≥ 50%, KCU≥ 5 МДж/м2. Углерод не превышает 0,03%, поэтому вероятность хрупких разрушений уменьшается.

Упрочняют сталь, совмещая мартенситное превращение и старение мартенсита. Ведущий легирующий компонент – никель (17 – 26%). Чтобы старение мартенсита было эффективнее, в стали добавляют титан, алюминий, молибден, ниобий, кобальт.

Широко распространена марка качественной конструкционной стали 03Н18К9М5Т. Она содержит не более 0,03% углерода, 17 – 19% никеля, 7 — 9% кобальта, 4 — 6% молибдена и 0,5% титана.

Ее закаливают при 800 – 850⁰C. После закаливания сталь имеет следующие свойства: σВ = 1200 Мпа, σ0,2 = 1000 Мпа, δ = 20%, ψ = 75%, KCU= 2,0 МДж/м2. Она отлично поддается сварке, обрабатывается давлением и резанием.

Мартенситно-стареющие стали применяют в самолето-, ракетостроении и криогенной технике.

ПНП-сплавы относят к аустенитным. Одна из марок содержит 0,3% углерода, по 8 – 10% хрома и никеля, 4% молибдена, 1 – 2,5% марганца и до 2% кремния. После закалки при 100 – 1100⁰С сталь деформируют при 450 -600 ⁰С. В итоге прочность ПНП-сталей σв ≥ 1200 Мпа, σ0,2 ≥ 1400 МПа, δ ≥ 30%.

 

6. Рессорно-пружинные

Основные требования – большой запас упругости, выносливости и релаксационной стойкости с сохранением упругих свойств длительное время. Сплавы также должны хорошо закаливаться и прокаливаться. Сплав обладает трооститной структурой и содержит 0,5 – 0,7% углерода. Закаливается со средним отпуском при 350 – 450 ⁰С.

Свойства углеродистых рессорно-пружинных сталей после термической обработки:

σ0,2 = 800 – 1000 МПа, σВ = 1000 — 1200 МПа, δ = 5 — 8%, ψ = 25 – 30%. Предел выносливости при изгибающей нагрузке 500 – 600 МПа, при кручении – 300 МПа. Предел усталости повышается в 1,5 – 2 раза после обработки дробеметным оборудованием.

 

Таблица № 3

Марка качественной конструкционной стали

 

При легировании возрастает прочность до σВ = 1300 — 1800 МПа, σ0,2 = 1100 – 1600 МПа при δ = 5 -8%, ψ = 25 – 30%.

Пружины из углеродистых, марганцевых, кремнистых соединений выдерживают температуру не больше 200 ⁰С. До 300 ⁰С применяют детали из марок 50 ХФА, до 500 ⁰С – 3Х2В8Ф, до 600 ⁰С – Р18.

При эксплуатации в агрессивных средах используют пружины марка качественной конструкционной стали 40Х13, 95Х18.

 

7. Подшипниковые стали

Для изготовления деталей в условиях циклической нагрузки (шарики, ролики, кольца подшипников, втулки) используют стали четырех типов:

I хромистые с высоким содержанием углерода;

II цементируемые низкоуглеродистые;

III коррозионностойкие высокоуглеродистые с высоким содержанием хрома;

IV теплостойкие с хромом и вольфрамом.

Подшипниковые стали должны выдерживать высокие нагрузки и сопротивляться контактной усталости. Их маркируют буквами Ш и Х. Цифра после Х указывает на долю хрома в десятых долях %. Углерода содержится около 1%.

 

Таблица № 4

Марка качественной конструкционной стали

 

Подшипники закаливают с 820 – 850 ⁰С с низким отпуском при 150 – 170 ⁰С. После закалки сохраняется 8 – 15% остаточного аустенита, он не оказывает воздействие на габариты деталей.

Прецизионные подшипники дополнительно обрабатывают низкими температурами -70/-80 ⁰С. Твердость готового проката HRC 60 – 64.

Подшипники для работы в агрессивных средах производят из высокохромистых сталей с 1% углерода.

 

Таблица № 5

Марка качественной конструкционной стали

 

Сталь 95Х18-III мартенситного класса применяют для подшипников средних и крупных размеров.

Коррозионностойкую с молибденом 11Х18М-ШД используют для маленьких подшипников, которые эксплуатируются с температурой до 350 ⁰С.

Марки 8Х4В9Ф2-Ш и 8Х4МВ2Ф1-Ш легируют вольфрамом и молибденом. Они выдерживают температуру 500 – 600 ⁰С.

 

8. Износостойкие

Твердость стали определяет растворенный при закалке углерод. Больше углерода — выше износостойкость, но при этом снижаются прочность и вязкость сплава.

Прокаливаемость, твердость и теплостойкость увеличивают легирующие элементы. Молибден, вольфрам и ванадий повышают сопротивление износу при больших температурах. А хром увеличивает износостойкость в условиях мокрого истирания и других видах коррозии.

В условиях ударно-абразивного изнашивания и повышенного давления используют аустенитные стали с высоким содержаниям марганца. Их часто применяют в литом состоянии.

Марка качественной конструкционной стали 110Г13Л содержит 0,9 – 1,4% углерода, 11,5 – 15% марганца, 0,5 – 1% кремния. После закалки при 1100 ⁰С малая твердость сплава 180 — 220 НВ, σВ = 780 – 980 МПа, σ0,2 = 255 – 390 МПа, δ = 40 – 50%, ψ = 40 — 50%. Соединение 110Г13Л плохо поддается резанию. Износостойкие стали используют для крестовин железнодорожных стрелок, зубьев экскаваторных ковшей, конусов и щек дробилок, звеньев гусеничных машин, бронефутеровочных плит разных мельниц.

 

Таблица № 6

Марка качественной конструкционной стали

 

 

Поделитесь статьей с друзьями↓