Специальные стали и сплавы

     СПЕЦИАЛЬНЫЕ СТАЛИ И СПЛАВЫ 

     Число Ме сплавов, применяемых в технике, очень значительно и измеряется многими тыс шт. Оно постоянно  возрастает в соответствии с возникающими новыми и разнообразными требованиями многих обл пром-ти.

     Не  удаётся хар-ть эти сплавы по одному признаку, одинаковому по всем сплавам, т. к. их свойства и значения различны. Кл-ция Ме сплавов по хим. составу основана на указании гл компонента сплава и пригодна лишь для деления сплавов на неб число осн классов Общепринятым явл распределение на:

     стали

     чугун

     медные  сплавы

     Al

     Mg

     Ti

     Оловянистые и 

     свинцовистые  стали 

     В более огр пределах применяются  сплавы на осн Ni, Mo Cr, о также спекаемые окислы и сплавы Ме с окислами и нитридами и т.д.

     Для дальнейшей хар-ки этих многочисленных сплавов внутри каждого класса классификация, основанная на указании гл комп-та, непригодна. Не удаётся также кл-ти все сплавны в пределах каждого из классов по одному или группе близких св-в. Их св-ва хар-ны и наиб важны для иных сплавов и часто ял-ся второстепенными для др. Напр., для констр сплавов (КС) яв-ся прокаливаемость мех свойства, а для нек инстр (ИС) эти свойства второстепенны. Поэтому рационально охарактеризовать стали и сплавы по свойству, наиб характерному только для отд гр Ме в пределах каждого из классов. Распределение внутри группы чаще всего требуется по принципу применения сплава в технике, а в нек случаях по хим составу или свойствам. Для выбора такой, на первый взгляд, разнородной классификации, служить один принципиальный подход – дайте такую кл-цию, кот указывает наиб хар-ные особенности, свойства или применение данного сплава или неск сплавов. 

     Основные  понятия и определения. 

     Спецстали – это сплавы на основе Фе, отличающиеся особыми свойствами, обусловленные либо их хим составом, либо особым видом производства либо обработки. В больш-ве случаев содержат лег элементы. ЛЭ наз хим элементы, спец введённые в сталь для получения требуемых строения, структуры, физ-хим и мех свойств.

     Осн ЛЭ являются Mg, Cr, Si, Ni, Mn, W, Co, Cu, Ti, V, Zr, Nb, Al, B. В нек сталях ЛЭ также мб: F, S, N, Se, Te, Pb, La и др.. Реречисленные элементы, а также H, C, Sr, Sb (сурьма), As и Bi мб также и примесями в сталях.

     Содежание ЛЭ м колебаться от 1000 долей до 10%

     Примесями наз хим элементы, перешедшие в состав стали в проц его производства как технол добавки или как составляющие шихтовых материалов.

     Содержание  примесей в сталях:

 

     Примесями и ЛЭ мб одни и те же элементы. Отношение  их к той или иной группе зависит  от рассматриваемых сталей.

     Легированные  стали – это сплавы на основе Fe, в хим состав кот спец введены элементы, обеспечивающие при определённых способах обработки требуемые свойства путём формирования «оптимальной структуры». 

     Нек ЛЭ: W, Nb, Zr, B могут оказывать сущ влияние на структуры и свойства стали при содержании их в 0,01долях%. Такие стали иногда наз микролегированные 

     Понятие спецстали более широкое, чем лег стали, т.к. к спец сталям, кроме лег, м относиться и углеродистые стали, если они обладают спец свойствами, достигнутыми посредством опр способов производства и обработки.

     Основы  классификации сталей

     Стали как широкоприменяемый материал представлены в совр технике наиб числом марок или составом и классифицируются по след признакам:

1. По хим составу. Преим применяется для констр сталей (КС) и различают стали углеродистые, хромистые или более сложные: хромникелевые, хромокремниевые, и ещё более сложные. Для других сталей – инстр, жаропрочных, с особыми физ или хим свойствами, классификация по хим составу используется меньше. Прежде всего, это вызвано тем, что в наст время всё более широко используют стали, лег не одним или двумя элементами, а 3,4, или даже 5,6. В связи с этим число только одних подгрупп, по кот надо классифицировать донные стали по хим составу, возрастает до многих дес. и даже сотен. Кроме того, кл по хим составу оказывается недостаточно характерна. Многие из сталей имеют близкие свойства и из применяют в технике для одинаковых целей. Хотя они обладают разл хим составом, при использовании этой классификации эти близкие стали приходится искусственно разделять по разным подгруппам.
2. По способу производства. Это классификация определяет условия Ме производства и, прежде всего, содержание вредных примесей.

     -обыкновенного качества, или паровые. По хим составу это углеродистые стали, сод до 0,6% С. Эти стали выплавляются в конверторах с применением кислорода или в больших мартен печах. Разливают в крупные слитки, а также способом непр разливки и являются поэтому более дешёвыми. Процесс производства предопределяет особенности этих сталей. Они м иметь повыш содержание S (до 0,06%), P (до 0,07%) . Ликвация в сталях этого класса значительней, чем в др классах. Повыш содержание неме включений, кроме того, в горячекатаном состоянии для этих сталей характерна полосчатость вдоль направления прокатки. Она отчётливо выявляется макро и микроанализом. По мех свойствам уступают сталям др классов. Осн элементом, опрелеляющим мех свойства, является С. С повышением его содержания растут прочностные свойства: σ_в и σ_т, но при этом снижается пластичность δ, ψ. В соотв с ГОСТ 380-2005 сталь обыкновенного качества поставляется по хим составу. В более ранней редакции стандарта входили требования по мех свойствам. Стали обыкновенного качества дел по способу призводства на спокойные, полуспок, кипящие.

     Спокойные раскисляют в процессе плавки не только Mn, но и Si, FeSi, как более активным раскислителем, и поэтому сп ст содержат пониж количества С и разл окислов. При этом содержание Si в сп ст не об менее 0,2% (0,15…0,35%). В присутствии Si даже в отн малых количествах повышается σ_т и снижается пластичность.

     Кипящие не раскисляют Si, они содержат его только в качестве примеси, т.е. менее 0.1%. Частичное удаление растворённого кислорода происходит при затвердевании засчёт его взаимодействии с С стали. Образующиеся при этом пузырьки СО частично всплывают в верхнюю часть слитка, увеличивая объём ме и вызывая кипение и частично остаются литой стали. Окись С уходит из пузырьков через разл микропоры и микротрещины. При дальнейшей гор деформации эти пустоты завариваются. Кип ст по сравн со сп ст имеют более низкий σ_т(т.к. Si нет) при одинаковом пределе прочности и в связи с этим лучше применять холл прокатку, а затем вытяжку с большей степенью деформации. Применяют в виде листов, подвергаемых глубокой вытяжке в авто и др обл промышленности. Однако эти стали более склонны к хрупкому разрушению, их используют при меньших напряжениях и дин нагрузках.

     Поскольку повыш пластичность значительна  при меньшем содержании С, то для  кип сталей устанавливается С  до 0,425%, кроме того, при пониж содержании С лучше завариваются пустоты. Кип  ст обозначаются «кп» и указываются  в конце марки

     ПС содержат до 0,17% Si и занимают по мех свойствам промежуточное значение. Они превосходят по пределу σ_т кп и имеют более низкие температуры хрупкости. Используют, в частности, для хол выдавливания уголков и др деталей. «пс» в конце марки.

     Углеродистые  стали обыкновенного качества изготавливают из след марок сталей: Ст0, Ст1кп, Ст1пс, Ст1сп, Ст2кп, Ст2пс, Ст2сп, Ст3кп, Ст3пся. Ст3сп, Ст3Гсп, Ст4кп, Ст4пс, Ст4сп, Ст5пся. Ст5Гпс, Ст5сп, Ст6пс, Ст6сп. (Г – Mn при его масс доле в стали 0,8% и более) 

     Хим состав перечисленных сталей:

      
 Стали качественные

     По  хим составу это С или лег  стали, выплавляемые преимущественно  в основных март печах с соблюдением более строгих требований к составу шихты, процессам выплавки и разливки. Обычно содержание S и P в кач стали не д превышать 0,035 каждого элемента, соотв, н.в. в этих сталях меньше, чем в сталях обыкновенного кач. Колебание содержания С в пределах марки не д превышать 0,08%. Кач стали, назначаемые для глубокой вытяжки и поставляемые в листах, выплавляются для хол высадки, как п.с. 

     Высококач стали

     По  хим составу это, гл обр., более  лег стали, выплавляемые преим в  Ме и кислых печах. Содержание S и P в высококач ст ещё меньше и не превышает 0,025% массового элемента. Имеют также повыш чистоту по н.в. Колебания %С в пределах марки д.б. не более 0,07%,т.е. в более узких пределах, чем для кач ст. 

     Особовысококач  стали

     Выплавляются  в эл.печах с применением эл шлакового переплава или др совершенных методов переплава и, соотв, имеют наим содержание S до 0,015%. Содержание С и ЛЭ токое же, как и в соответств марках высококач сталей. В рез эл шлакового переплава, помимо снижения содержания S, уменьшается содержание газов в стали при более выс прочности, НВ. 

     Кач, высококач, особовысококач стали предусмотренными стандартами обычно маркируются  по-разному. 

     Обозначение марок сталей

     Нет единой маркировки. В нашей стране принята буквенно-цифровая система  обозначения марок сталей и сплавов.

     Углеродистые  констр кач стали обозн двузначным числом, указывающим сред содержание в 0,01%

     ! 05,08,10,15,20…85 

     Для кач сталей полностью не раскисленных при содержании С меньше 0,20% в  обозначение добавляются индексы  кп, пс. Для сп индекс не указывается.

     Углеродистые  инстр стали обозн буквой У  и след за ней цифрой, указывающей  ср содержание %С в 0,1% :   У7 (0,7%С), У8…У13 (1,3%С)

     В лег сталях осн л.э. обозначают буквами: