Содержание страницы
Сталь является наиболее распространенным материалом в машиностроении. Создание новых более совершенных машин стимулирует создание марок сталей со свойствами, отвечающими современным требованиям в машиностроении. При этом ранее созданные марки сталей, с учетом новых технологий их производства, продолжают быть востребованы конструкторами при создании новых и совершенствовании действующих машин. Принято выделять следующие группы сталей:
- углеродистые стали, которые в общем объеме составляют примерно 80%,
- легированные стали конструкционные и инструментальные,
- стали с особыми свойствами специального назначения и др.
1. Стали углеродистые обыкновенного качества
Относятся к числу наиболее дешевых и широко применяемых. Из них получают до 70% всего проката — горячекатаного, сортового и фасонного толсто- и тонколистового, широкополосного и холоднокатаного тонколистового. Из этих сталей изготовляют трубы, поковки, штамповки, ленту, проволоку, металлические изделия (метизы): гвозди, канаты, сетки, болты, гайки, заклепки, а также мало- и средненагруженные детали; штифты, шайбы, шпонки, крышки, кожухи, а из стали номеров 4-6 — валы, винты, зубчатые колеса и шпиндели. Стали обыкновенного качества хорошо свариваются.
В зависимости от назначения углеродистые стали обыкновенного качества подразделяют (ГОСТ 380- 94) на три группы:
- А — поставляемые по механическим свойствам,
- Б — поставляемые по химическому составу,
- В — поставляемые по механическим свойствам и химическому составу.
В зависимости от нормируемых показателей (прочностная характеристика, химический состав) сталь каждой группы подразделяют на категории:
- группа А — 1, 2 и 3-я;
- группа Б — 1, 2,-я;
- группа В — 1, 2, 3, 4, 5, 6-я.
Буквы Ст означают «сталь», цифры от 0 до 6 — условный номер марки, характеризующий механические свойства стали. С увеличением номера марки повышаются предел прочности σв и предел текучести σт и уменьшается относительное удлинение δ. Для обозначения степени раскисления после номера марки ставятся индексы: кп — кипящая, пс — полуспокойная, сп — спокойная (например: СтЗкп, СтЗпс, СтЗсп; табл. 1 и 2).
Механические свойства углеродистой стали обыкновенного качества группы А и примерное назначение углеродистой стали обыкновенного качества приведены в табл. 1.
Таблица 1. Стали углеродистые, их механические свойства и назначение
| Марка стали | Свойства | Примерное назначение | ||
| σв, МПа | σт, МПа | δ, % | ||
| Ст0 | Не менее
300 |
— | 23 | Неответственные строительные конструкции,
прокладки, шайбы, кожухи. Свариваемость хорошая |
| Ст1кп
Ст1пс, Ст1сп |
300-390
310-410 |
—
— |
35
34 |
Малонагруженные детали металлоконструкций —
заклепки, шайбы, шплинты, прокладки, кожухи. Свариваемость хорошая |
| Ст2кп
Ст2пс, Ст2сп |
320-410
330-430 |
215
225 |
33
32 |
Детали металлоконструкций — рамы, оси, ключи,
валики, цементируемые детали. Свариваемость хорошая |
| СтЗкп СтЗпс, СтЗсп СтЗГпс
СтЗГсп |
360-460
370-480 370-490 390-570 |
235
245 245 — |
27
26 26 — |
Рамы тележки, цементируемые и цианируемые детали,
от которых требуется высокая твердость поверхности и невысокая прочность сердцевины, крюки кранов, кольца, цилиндры, шатуны, крышки |
| Ст4кп
Ст4пс, Ст4сп |
400-510
410-530 |
255
265 |
25
24 |
Валы, оси, тяги, пальцы, крюки, болты, гайки,
детали при невысоких требованиях к прочности |
| Ст5пс, Ст5сп
Ст5Гпс |
490-630
540-590 |
285
285 |
20
20 |
Валы, оси, звездочки, крепежные детали, зубчатые
колеса, шатуны, детали при повышенных требованиях к прочности |
| Ст6пс
Ст6сп |
Не менее
590 |
315
315 |
15
15 |
Валы, оси, бойки молотов, шпиндели, муфты
кулачковые и фрикционные, цепи, детали с высокой прочностью |
Для возможности распознания марок стали при складировании, прокат маркируют несмываемой краской. Для этого, независимо от группы и степени раскисления стали, используют краску цветов, указанных в табл. 2.
Таблица 2. Цвет маркировки стали углеродистой обыкновенного качества
| Марка стали | Цвет маркировки | Марка стали | Цвет маркировки |
| Ст0 | Красный и зеленый | СтЗГпс | Красный и синий |
| Ст1 | Белый и черный | Ст4 | Черный |
| Ст1Гпс | Белый и красный | Ст4Гпс | Черный и красный |
| Ст2 | Желтый | Ст5 | Зеленый |
| Ст2Гпс | Желтый и красный | Ст6Гпс | Зеленый и белый |
| Ст3 | Красный | Ст6 | Синий |
2. Стали углеродистые качественные конструкционные
Являются основным металлом для изготовления деталей машин (валов, шпинделей, осей, зубчатых колес, шпонок, муфт, фланцев, фрикционных дисков, винтов, гайек, упоров, тяг, цилиндров гидроприводов, эксцентриков, звездочек цепных передач и др.), которые при взаимодействии в работающей машине воспринимают и передают различные по величине нагрузки. Эти металлы хорошо обрабатываются давлением и резанием, льются и свариваются, подвергаются термической, термомеханической и химико-термической обработке.
Различные специальные виды обработки обеспечивают вязкость, упругость и твердость сталей, позволяют делать из них детали, вязкие в сердцевине и твердые снаружи, что резко увеличивает их износостойкость и надежность. Из углеродистых качественных конструкционных сталей производят прокат, поковки, калиброванную сталь, сталь серебрянку, сортовую сталь, штамповки и слитки.
Таблица 3. Основные свойства стали углеродистой качественной конструкционной
| Марка | Механические свойства | Физические свойства | Технологические свойства | ||||||||||
| σт | σв | δ, % | ан Дж/см2 | НВ | γ, г/см3 | λ, Вт/(м ·°С) | α·106 ,1/°С | обрабаты-
ваемость резанием |
сварива-
емость |
интервал
температур ковки,°С |
пластичность
при холодной обработке |
*горяче-
катаная **отож- женная |
|
| МПа | |||||||||||||
| 08 | 196 | 324 | 33 | — | 126 | 7,83 | 811 | 11,6 | В | ВВ | 800-1300 | ВВ | * |
| 10 | 206 | 321 | 31 | — | 140 | 7,83 | 811 | 11,6 | В | ВВ | 800-1300 | ВВ | * |
| 15 | 225 | 373 | 27 | — | 145 | 7,82 | 770 | 11,9 | В | ВВ | 800-1250 | ВВ | * |
| 20 | 245 | 412 | 25 | — | 159 | 7,82 | 770 | 11,1 | В | ВВ | 800-1280 | В | * |
| 25 | 274 | 451 | 23 | 88 | 166 | 7,82 | 732 | 11,1 | В | ВВ | 800-1280 | В | * |
| 30 | 294 | 490 | 21 | 78 | 175 | 7,817 | 732 | 12,6 | В | В | 800-1250 | В | * |
| 35 | 314 | 529 | 20 | 69 | 203 | 7,817 | 732 | 11,09 | В | В | 800-1250 | В | * |
| 40 | 321 | 568 | 19 | 59 | 183 | 7,815 | 596 | 12,4 | В | У | 800-1250 | У | ** |
| 45 | 363 | 598 | 16 | 49 | 193 | 7,814 | 680 | 11,649 | В | У | 800-1250 | У | ** |
| 50 | 373 | 627 | 14 | 38 | 203 | 7,811 | 680 | 12,0 | У | У | 800-1250 | У | ** |
| 55 | 382 | 647 | 13 | — | 212 | 7,82 | 680 | 11,0 | У | Н | 800-1250 | Н | ** |
| 60 | 402 | 676 | 12 | — | 224 | 7,80 | 680 | 11,1 | У | Н | 800-1240 | Н | ** |
| Примечание. Н — низкая, У — удовлетворительная, В — высокая, ВВ — весьма высокая. | |||||||||||||
Качественные конструкционные стали обладают более высокими механическими свойствами (ГОСТ 1050-88), чем стали обыкновенного качества, за счет меньшего содержания в них фосфора, серы и неметаллических включений. По видам обработки их делят на горячекатаную, кованую, калиброванную и серебрянку (со специальной отделкой поверхности).
Обозначение марки стали составляют из слова «Сталь» и двузначной цифры, которая указывает на среднее содержание углерода в сотых долях процента. Например, Сталь 25 содержит 0,25% углерода (допустимое количество углерода — 0,220,30 %), Сталь 60-0,60 % (допустимое количество -0,57-0,65%). Степень раскисления в марках спокойных сталей не отражается, а в марках полуспокойных и кипящих сталей, как и сталей обыкновенного качества, обозначается буквами «пс» и «кп» соответственно. В качественных конструкционных сталях всех марок допускается содержание серы не более 0,040% и фосфора — не более 0,035%.
Основные свойства углеродистой качественной конструкционной стали приведены в табл. 3, основное назначение — в табл. 4. Цвета маркировки приведены в табл. 5.
Таблица 4. Стали углеродистые качественные конструкционные, их основное назначение
| Марка стали | Основное назначение |
| Сталь 08кп, 10 | Детали, изготовляемые холодной штамповкой и холодной высадкой, трубки, прокладки, крепеж, колпачки. Цементируемые и цианируемые детали, не требующие высокой прочности сердцевины (втулки, валики, упоры, копиры, зубчатые колеса, фрикционные диски) |
| Сталь 15, 20 | Малонагруженные детали (валики, пальцы, упоры, копиры, оси, шестерни). Тонкие детали, работающие на истирание, рычаги, крюки, траверсы, вкладыши, болты, стяжки и др. |
| Сталь 30, 35 | Детали, испытывающие небольшие напряжения (оси, шпиндели, звездочки, тяги, траверсы, рычаги, диски, валы) |
| Сталь 40, 45 | Детали, от которых требуется повышенная прочность (коленчатые валы, шатуны, зубчатые венцы, распределительные валы, маховики, зубчатые колеса, шпильки, храповики, плунжеры, шпиндели, фрикционные диски, оси, муфты, зубчатые рейки, прокатные валики и др.) |
| Сталь 50, 55 | Зубчатые колеса, прокатные валики, штоки, бандажи, валы, эксцентрики, малонагруженные пружины и рессоры и др. Применяют после закалки с высоким отпуском и в нормализованном состоянии |
| Сталь 60 | Детали с высокими прочностными и упругими свойствами (прокатные валки, эксцентрики, шпиндели, пружинные кольца, пружины и диски сцепления, пружины амортизаторов). Применяют после закалки или после нормализации (крупные детали) |
Таблица 5. Цвета маркировки стали углеродистой качественной
| Группа | Цвет краски |
| Сталь 08, 10, 15, 20 | Белый |
| Сталь 25, 30, 35, 40 | Белый и желтый |
| Сталь 45, 50, 55, 60 | Белый и коричневый |
3. Стали углеродистые инструментальные
Из инструментальных углеродистых сталей получают горячекатаную, кованую и калиброванную сталь, сталь серебрянку, сталь для сердечников, а также слитки, листы, ленту, проволоку и другую продукцию. Из этих сталей изготовляют режущий инструмент для обработки металлов, дерева и пластмасс, измерительный инструмент, штампы для холодного деформирования.
Теплостойкость инструментальных углеродистых сталей не превышает 200°С, при нагревании выше этой температуры они теряют свою твердость, а следовательно режущие свойства и износостойкость.
Инструментальные углеродистые стали условно можно разделить на две группы (ГОСТ 1435-99):
- качественные стали У7, У8, У8Г, У9, У10, У11, У12 и У13;
- высококачественные марок У7А, У8А, У8ГА, У9А, У10А, У НА, У12А и У13А.
В качественных инструментальных углеродистых сталях допускается содержание 0,03% серы и 0,035% фосфора, в высококачественных — 0,02% серы и 0,03% фосфора. Стали, полученные методом электрошлакового переплава, содержат до 0,015% серы. В зависимости от содержания хрома, никеля и меди инструментальные углеродистые стали подразделяются на пять групп:
- 1-я — качественные стали всех марок, предназначенные для изготовления продукции всех видов (кроме патенти- рованной проволоки и ленты);
- 2-я — высококачественные стали всех марок, предназначенные для тех же целей, что и стали первой группы;
- 3-я — стали марок У10А и У12А для изготовления сердечников;
- 4-я — стали всех марок для производства патентированной проволоки и ленты;
- 5-я — стали марок У7÷У13 для изготовления горяче- и холоднокатаных листов и лент, в том числе термически обработанных толщиной до 2,5 мм (кроме патентированной ленты), а также стали этих марок для производства горячекатаной и кованой сортовой стали и холоднотянутой шлифованной стали (серебрянки).
Инструментальная сталь должна обладать высокой твердостью (63÷64 HRC3), значительно превышающей твердость обрабатываемого материала, износостойкостью и теплостойкостью (способностью сохранять свойства при высоких температурах).
Измерительный инструмент, изготовленный из такой стали, должен быть прочным (ав = 590÷640 МПа), длительное время сохранять заданные размеры и форму. Рабочие детали штампов и накатных роликов для холодного деформирования (вытяжки, гибки, высадки, пробивки отверстий, накатки, раскатки), сделанные из этой стали, должны иметь высокую твердость, обладать износостойкостью при достаточной вязкости. Все это достигается путем закалки с отпуском, а для измерительного инструмента и за счет искусственного старения. В табл. 6 приведены свойства углеродистой инструментальной стали, в табл. 7 — примерное назначение инструментальной углеродистой стали.
Таблица 6. Свойства стали углеродистой инструментальной (ГОСТ 1435 — 74)
| Марка стали | Механические свойства | ||||
| σт | σв
МПа |
δ, % | Дж/см3 | HRС | |
| У7А | 630 | 21 | — | 63 | |
| У8А | — | 590 | — | — | 63 |
| У10А | — | 590 | 23 | — | 63 |
| УНА | — | — | — | — | 63 |
| У12А | — | 640 | 28 | — | 64 |
| У13А | — | — | — | — | 64 |
Таблица 7. Примерное назначение стали углеродистой инструментальной
| Марка стали | Назаначение |
| У9 | Деревообрабатывающий режущий инструмент (сверла, фрезы, ножи) и ножовочные полотна для обработки стали |
| У10, У11 и У12 | Металлорежущий инструмент (фасонные резцы, сверла, метчики, плашки, развертки, фрезы, напильники и ходовые винты прецизионных станков) |
| У13 | Бритвенные ножи, лезвийный хирургический инструмент и напильники |
| У7 и У8 | Слесарные молотки, зубила, губки тисков, шаблоны, скобы |
| У8, У9 и У10 | Детали микрометрического инструмента, гладкие и резьбовые калибры, цанги, фрикционные диски, пружины и др. |
Как правило, изготовлению инструмента предшествует отжиг на зернистый цементит, который способствует лучшей обрабатываемости резанием и уменьшает коробление деталей при закалке.