Маркировка металлических материалов машиностроения

Для решения задач по составлению или расшифровке марки материала рекомендуется использовать учебное пособие [10], в котором сконцентрированы правила маркировки распространенных систем металлических материалов машиностроения, действующие в течение последнего десятилетия.

Марка материала – условное символическое (цифрами и/или буквами) обозначение, несущее информацию о классификационных признаках и, если возможно, степени количественного выражения признаков. К числу универсальных классификационных признаков металлических сплавов относятся следующие: ■ качество,

■ химический состав,

■ назначение,

■ особенности способа производства материала или заготовок

и деталей из него,

■ структура в равновесном состоянии,

■ традиционный способ упрочнения

Правила маркировки сталей с различными классификационными признаками представлены в табл. 4.

Таблица 4

Система маркировочных групп, правила маркировки и примеры марок сталей

Качество стали определяется в первую очередь содержанием вредных примесей – серы и фосфора – и характеризуется по 4-м категориям (см. табл. 5).

Категория «обыкновенного качества» включает только углеродистые (по химическому составу) стали. Все остальные категории качества могут относиться к любым по степени легирования сталям.

Таблица 5

КАТЕГОРИИ КАЧЕСТВА СТАЛИ

По химическому составу стали условно разделяют на углеродистые (нелегированные) стали и легированные.

Углеродистые стали не содержат специально введенных легирующих элементов. Содержащиеся в углеродистых сталях элементы, кроме углерода, относятся к числу так называемых постоянных примесей. Их концентрация должна находиться в пределах, определяемых соответствующими государственными стандартами (ГОСТами). В табл. 6 даются усредненные предельные значения концентрации некоторых элементов, позволяющие относить эти элементы к разряду примесей, а не легирующих элементов. Приводимые значения хотя и близки к реальным, но в данном контексте играют «дидактическую» роль, т.е. предназначены для выполнения упражнений. Конкретные пределы содержания примесей в углеродистых сталях дают ГОСТы.

Таблица 6

ПРЕДЕЛЬНЫЕ КОНЦЕНТРАЦИИ НЕКОТОРЫХ ЭЛЕМЕНТОВ, ПОЗВОЛЯЮЩИЕ СЧИТАТЬ ИХ ПОСТОЯННЫМИ ПРИМЕСЯМИ

УГЛЕРОДИСТОЙ СТАЛИ

Легирующие элементы (см. табл. 7), иногда называемые легирующими добавками или присадками, специально вводятся в сталь для получения требуемой структуры и свойств.

Легированные стали подразделяются по суммарной концентрации легирующих элементов, кроме углерода, на низколегированные (до 2,5 мас.%), легированные (от 2,5 до 10 мас.%) и высоколегированные (более 10 мас.%) при содержании в последних железа не менее 45 мас.%. Обычно вводимый легирующий элемент дает легированной стали соответствующее название: «хромистая» – легированная хромом, «кремнистая» – кремнием, «хромокремнистая» – хромом и кремнием одновременно и т.д.

Таблица 7

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ ЛЕГИРУЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ

В МАРКАХ ЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ И ЧУГУНОВ

По назначению стали подразделяют на конструкционные и ин-струментальные.

Конструкционными считаются стали, применяемые для изготовления различных деталей машин, механизмов и конструкций в машиностроении, строительстве и приборостроении. Должны обладать необходимой прочностью и вязкостью, а также, если требуется, комплексом специальных свойств (коррозионной стойкостью, парамагнетизмом и т. д.). Как правило, конструкционные стали являются низко- (или мало-) и среднеуглеродистыми. Твердость не является для них решающей механической характеристикой.

Инструментальными называются стали, применяемые для обработки материалов резанием или давлением, а также для изготовления измерительного инструмента. Должны обладать высокой твердостью, износостойкостью, прочностью и рядом других специфических свойств, например, теплостойкостью. Необходимым условием получения высокой твердости является повышенное содержание углерода, поэтому инструментальные стали, за редким исключением, всегда являются высокоуглеродистыми.

Внутри каждой из групп имеет место более детальное деление по назначению. Конструкционные стали подразделяют на строительные, машиностроительные и стали специального применения (с особыми свойствами – жаропрочные, жаростойкие, коррозионностойкие, немагнитные).

Инструментальные стали разделяют на стали для режущего инструмента, штамповые стали и стали для измерительного инструмента.

Общим эксплуатационным свойством инструментальных сталей является высокая твердость, обеспечивающая сопротивляемость инструмента деформации и истиранию его поверхности. В то же время к сталям для режущего инструмента предъявляется специфическое требование – сохранять высокую твердость при повышенных температурах (до 500…600ºС), которые развиваются в режущей кромке при больших скоростях резания. Указанная способность стали называется ее теплостойкостью (или красностойкостью). По указанному критерию стали для режущего инструмента подразделяют на нетеплостойкие, полутеплостойкие, теплостойкие и повышенной теп-лостойкости. Две последние группы известны в технике под названием быстрорежущих сталей.

От штамповых сталей, помимо высокой твердости, требуется большая вязкость, так как штамповый инструмент работает в условиях ударного нагружения. Кроме того, инструмент для горячей штамповки, соприкасаясь с нагретыми металлическими заготовками, при длительной работе может разогреваться. Поэтому стали для горячей штамповки должны быть еще и теплостойкими.

Под металлургическими особенностями производства в настоя-щее время при классификации сталей подразумевают степень раскисления стали перед разливкой.

К особенностям способа производства сталей относят степень раскисления. По степени раскисления (или раскисленности) стали подразделяют на кипящие, полуспокойные и спокойные. Соответственно, в конце марки стали ставятся буквосочетания «кп», «пс» и для углеродистых сталей обыкновенного качества – «сп».

Кипящей сталью называется нераскисленная сталь. Критерием для указанного разделения сталей служит содержание в них кремния (табл. 8).

Таблица 8

СОСТОЯНИЕ СТАЛИ ПОСЛЕ РАЗЛИВКИ

В ЗАВИСИМОСТИ ОТ РАСКИСЛЕНИЯ

Под равновесной микроструктурой стали понимают основную структуру, получаемую при охлаждении на воздухе образцов небольших сечений после высокотемпературного нагрева (~900°С). В зависимости от структуры стали подразделяют на перлитные, бейнитные, мартенситные, ферритные, аустенитные и ледебуритные. Перлитные стали (обычно углеродистые и низколегированные) делят также на доэвтектоидные, эвтектоидные и заэвтектоидные. Существуют также смешанные структурные классы.

Традиционный способ упрочнения. К традиционным (известным в течение тысячелетий) способам упрочнения относят закалку с высоким отпуском, известную как улучшение, цементацию, азотирование. Соответственно, различают стали улучшаемые, цементуемые, азотируемые. В последние три-четыре десятилетия появились стали с другими способами (механизмами) упрочнения – дисперсионно-твердеющие, мартенсито-стареющие и др.

Традиционный способ получения заготовок или деталей как классификационный критерий позволяет выделять стали для холодной штамповки (или глубокой вытяжки), стали повышенной обрабатываемости (автоматные), а также иногда литейные.

Стали для холодной штамповки, производимые обычно в виде листа, в качестве технологического свойства должны иметь повышенную пластичность и вязкость при невысокой прочности. Достигается это при весьма низком содержании углерода (не более 0,20 мас.%) и кремния (не более 0,10 мас.%). В связи с последним замечанием понятно, что стали для холодной штамповки не должны раскисляться кремнием, и, значит, будут разливаться как кипящие.