К какой группе материалов относится сплав марки а 20
Обновлено: 15.09.2024
ГОСТ Р 54384-2011
(EH 10020:2000)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Определение и классификация по химическому составу и классам качества
Steel. Definition and classification by chemical composition and classes of quality
Дата введения 2012-03-01
Цели и принципы стандартизации в Российской Федерации установлены Федеральным законом от 27 декабря 2002 г. N 184-ФЗ "О техническом регулировании", а правила применения национальных стандартов Российской Федерации - ГОСТ Р 1.0-2004 "Стандартизация в Российской Федерации. Основные положения"
Сведения о стандарте
1 ПОДГОТОВЛЕН Федеральным государственным унитарным предприятием "Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии им. И.П.Бардина" (ФГУП "ЦНИИчермет им. И.П.Бардина") на основе собственного аутентичного перевода на русский язык стандарта, указанного в пункте 4
2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 375 "Металлопродукция из черных металлов и сплавов"
4 Настоящий стандарт является модифицированным по отношению к европейскому региональному стандарту ЕН 10020:2000* "Определение и классификация марок стали" (EN 10020:2000 "Definition and classification of grades of steel") путем изменения отдельных фраз и слов, которые выделены в тексте курсивом**; путем включения дополнительных технических требований, которые выделены вертикальной линией, расположенной на полях текста.
* Доступ к международным и зарубежным документам, упомянутым в тексте, можно получить, обратившись в Службу поддержки пользователей. - Примечание изготовителя базы данных.
** В оригинале обозначения и номера стандартов и нормативных документовт приводятся обычным шрифтом. - Примечание изготовителя базы данных.
Наименование настоящего стандарта изменено относительно наименования указанного европейского регионального стандарта для приведения в соответствие с ГОСТ Р 1.5-2004 (подраздел 3.5).
Указанные технические отклонения направлены на учет особенностей национальной классификации сталей. Объяснение причин внесения технических отклонений приведено в дополнительном приложении ДА
5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ
Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодно издаваемом информационном указателе "Национальные стандарты", а текст изменений и поправок - в ежемесячно издаваемых информационных указателях "Национальные стандарты". В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ежемесячно издаваемом информационном указателе "Национальные стандарты". Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет
1 Область применения
Настоящий стандарт устанавливает определение термина "сталь" (раздел 2) и подразделяет стали:
- по химическому составу - на нелегированные, нержавеющие и другие легированные стали (раздел 3);
- по основным свойствам или области применения нелегированных, нержавеющих и других легированных сталей - на классы качества (раздел 4).
2 Термины и определения
В настоящем стандарте применен следующий термин с соответствующим определением:
2.1 сталь: Материал (сплав железа с углеродом), в котором массовая доля железа больше, чем массовая доля какого-либо другого элемента, а массовая доля углерода составляет менее 2%, и в состав которого входят также и другие химические элементы.
У небольшого количества хромистых сталей массовая доля углерода может превышать 2%. Обычно массовая доля углерода, равная 2%, является границей раздела между сталью и литейным чугуном.
3 Классификация стали по химическому составу
3.1 Эквивалентная массовая доля легирующих элементов
Классификация стали устанавливается стандартами или другими техническими документами на поставку продукции независимо от того, какая сталь фактически произведена, при условии, что ее химический состав удовлетворяет требованиям соответствующего стандарта.
3.1.1 Классификация стали основывается на предусмотренном конкретными стандартами или техническими документами химическом составе по анализу ковшевой пробы (маркировочному анализу) и устанавливается, исходя из нижнего предела массовой доли каждого химического элемента.
3.1.2 Когда по конкретному химическому элементу, входящему в состав стали, кроме марганца, стандартом или другими техническими документами для анализа ковшевой пробы (маркировочного анализа) установлен только верхний предел массовой доли, классификацию стали по таблицам 1 и 2 необходимо выполнять, принимая во внимание только 70% верхнего предела. В отношении марганца следует руководствоваться сноской а) к таблице 1.
3.1.3 Когда в стандарте или других технических документах данные о химическом составе стали базируются на результатах анализа готовой продукции, химический состав стали по анализу ковшевой пробы (маркировочному анализу) следует рассчитывать на основе предельных отклонений, установленных конкретным стандартом или другими техническими документами на продукцию.
В том случае, когда в стандарте или других технических документах на продукцию данные по химическому составу базируются на результатах анализа готовой продукции, а предельные отклонения между анализом ковшевой пробы (маркировочным анализом) и готовой продукции отсутствуют, классификация основывается на анализе готовой продукции.
3.1.4 При отсутствии стандарта или других технических документов на продукцию и если точный химический состав стали не задан, классификация основывается на фактическом анализе ковшевой пробы (маркировочном анализе), заявленном изготовителем.
3.1.5 Массовая доля химических элементов по анализу готовой продукции может отличаться от заданной для анализа ковшевой пробы (маркировочного анализа) на значение предельных отклонений, установленных соответствующим стандартом или другими техническими документами. Предельные отклонения от заданной массовой доли элементов на разделение стали на нелегированную и легированную не влияют.
Если по результатам контрольного анализа готовой продукции сталь следует отнести к другому классу, в отличие от предусмотренного, первоначально присвоенный класс должен быть отдельно и достоверно подтвержден.
3.1.6 Многослойная продукция или продукция с покрытием классифицируются в соответствии с химическим составом продукции, на которую наносилось покрытие или которую плакируют.
3.1.7 Для каждого легирующего элемента заданная, расчетная или фактическая массовая доля по анализу ковшевой пробы (маркировочному анализу) должна быть выражена с таким же количеством десятичных знаков, которое указано в таблице 1. Например, заданный диапазон массовой доли 0,3%-0,5% соответствует диапазону 0,30%-0,50%. Заданную массовую долю 2% следует оценивать как 2,00%.
3.2 Определение классов по химическому составу
3.2.1 Нелегированные стали
К нелегированным сталям относятся такие стали, у которых определяемая в соответствии с 3.1 массовая доля любого химического элемента менее указанной в таблице 1.
Таблица 1 - Предельные значения массовой доли для разграничения между нелегированными и легированными сталями по анализу ковшевой пробы (маркировочному анализу)
Конструкционная легированная хромистая сталь 20Х используется для изготовления цементуемых деталей с высокой твердостью поверхности и низкой прочностью сердцевины, работающих при трении на износ – шестерни, втулки, гильзы, обоймы, плунжеры, диски, рычаги, другая продукция.
Сталь 20Х – отечественные аналоги
| Марка металлопроката | Заменитель |
| 20Х | 12ХН2 |
| 15Х | |
| 18ХГТ | |
| 20ХН |
Характеристики
| Марка | ГОСТ | Зарубежные аналоги | Классификация |
| 20Х | 8731–87 | есть | Сталь конструкционная легированная |
| 4543–71 | |||
| 10702–78 |
Материал 20Х – технологические свойства
| Флокеночувствительность | Свариваемость | Способы сварки | Склонность к отпускной хрупкости |
| малочувствительна | без ограничений | КТС, РДС | не склонна |
Марка 20Х – химический состав
Массовая доля элементов не более, %:
| Кремний | Марганец | Медь | Никель | Сера | Углерод | Фосфор | Хром |
| 0,17–0,37 | 0,5–0,8 | 0,3 | 0,3 | 0,035 | 0,17–0,23 | 0,035 | 0,7–1 |
Сталь 20Х – механические свойства
| Сортамент | ГОСТ | Размеры – толщина, диаметр | Термообработка | KCU | y | d5 | sT | sв |
| мм | кДж/м2 | % | % | МПа | МПа | |||
| Трубы | 8731–87 | 16 | 431 | |||||
| Пруток | 4543–71 | 15 | Закалка. Отпуск | 590 | 40 | 11 | 635 | 780 |
Материал – твердость, Мпа
| Сортамент | ГОСТ | HB 10-1 |
| Прокат после отжига | 4543–71 | 179 |
| нагартован. | 229 | |
| Пруток горячекатан. | 10702–78 | 163 |
Марка – температура критических точек, 0С
| Критические точки | Ac1 | Ac3 | Ar1 | Ar3 | Mn |
| Температура | 750 | 825 | 665 | 755 | 390 |
Сталь 20Х – физические свойства
| Т | R 109 | E 10-5 | l | a 106 | r | C |
| Град | Ом·м | МПа | Вт/(м·град) | 1/Град | кг/м3 | Дж/ (кг·град) |
| 20 | 2.16 | 42 | 7830 | |||
| 100 | 2.13 | 42 | 10.5 | 7810 | 496 | |
| 200 | 1.98 | 41 | 11.6 | 7780 | 508 | |
| 300 | 1.93 | 40 | 12.4 | 525 | ||
| 400 | 1.81 | 38 | 13.1 | 7710 | 537 | |
| 500 | 1.71 | 36 | 13.6 | 567 | ||
| 600 | 1.65 | 33 | 14 | 7640 | 588 | |
| 700 | 1.43 | 32 | 626 | |||
| 800 | 1.33 | 31 | 706 |
Материал 20Х – точные и ближайшие зарубежные аналоги
О химическом составе и физических свойствах стали 20х
Как это можно определить по названию данной марки, этот металл имеет 0,20% углерода и около 1% хрома. Это не единственные химические элементы, которые обеспечивают сплаву его отличные свойства:
- Fe – около 97%
- Cr – 0,7-1,0%
- C – 0,17-0,23%
- Mn – 0,5-0,8%
- Ni – до 0,3%
- Si – 0,17-0,37%
- S – не более 0,035%
- P – не более 0,035%
- Cu – не более 0,3%
Такой набор элементов позволяет получать сталь, которая малочувствительна к образованию флокенов, не склонна к отпускной хрупкости и обладает твердостью в HB 10-1=179МПа. Кроме того, сталь 20х может подвергаться сварке практически без ограничений: исключение составляют лишь химико-термически обработанные изделия.
Физические и механические свойства хромированного сплава марки 20х представлены в следующих таблицах:
Условные обозначения
Механические свойства
| HB | KCU | y | d5 | sT | sв |
| МПа | кДж / м2 | % | % | МПа | МПа |
| Твердость по Бринеллю | Ударная вязкость | Относительное сужение | Относительное удлинение при разрыве | Предел текучести | Предел кратковременной прочности |
Свариваемость
| Без ограничений | Сварка с ограничениями | Трудносвариваемая | |
| Подогрев | нет | до 100–1200С | 200–3000С |
| Термообработка | нет | есть | отжиг |
Ключевые особенности стали 20Х13
Сталь данного типа свариваемая ограниченно, такие функции, как подогрев сплава или термообработка доступны в зависимости от применяемого метода сварки, а также вида и назначения конструкции.
Сталь 20Х13 применяется как жаропрочный материал при температурах до 550 градусов и как жаростойкий до 700 градусов соответственно.
Главный легирующий элемент стали этого типа — это хром. Именно благодаря ему она устойчива к коррозии во время работы в окислительной среде. Также устойчивость к коррозии объясняется наличием на стали очень плотной защитной пленки. Наивысшая степень устойчивости стали 20Х13 к коррозии достигается за счет термической обработки.
Технология сварки разных типов конструкционной стали
Более востребованной является конструкционная сталь, она используется для производства как мелких металлических деталей, так и габаритных станков. В эту категорию входят стали таких марок, как 40х, 30хгса, 35хгса и др.
В составе конструкционной стали присутствуют различные примеси, включая серу и фосфор. Большее количество этих компонентов уменьшает надежность материала.
Конструкционные типы стали делят на несколько групп:
- обыкновенная;
- качественная;
- высококачественная;
- особо высококачественная.
В последней группе присутствует минимальное количество примесей, поэтому сталь является наиболее прочной и качественной. Обычная конструкционная сталь, напротив, содержит высокий процент примесей, поэтому долговечностью не отличается. В названных группах существует деление на подгруппы в зависимости от присутствия в составе дополнительных химических элементов.
Технология сварки двухслойных (плакированных) видов стали
За счет двухслойной стали снижается использование высоколегированных материалов, при этом работоспособность конструкций не снижается. Из таких металлов изготавливают оборудование, эксплуатируемое в коррозионной среде.
Облицовочный слой толщиной до 12 мм, устойчивый к коррозии и контактирующий с агрессивной средой, выполняется из следующих металлов:
- высоколегированных хромоникелевых аустенитных (12Х18Н10Т, 08Х18Н10Т, 12Х18Н12Т, 08Х18Н12Б и др.);
- хромистых ферритных;
- мартенситно-ферритных (08X13, 12X13 и др.).
Основной слой, толщина которого достигает 150 мм, более устойчив к силовым нагрузкам. Для его изготовления используются углеродистые низколегированные металлы (Ст3, 20К, 15ХМ и др.). Сварные соединения при этом должны иметь:
- Однородность облицовочного слоя с высокой коррозионной стойкостью сварного шва.
- Отсутствие комплексных сплавов с низкими механическими характеристиками в месте соединения облицовочного и основного слоев. Для этого необходимо использовать подходящие материалы и технологию сварки сталей, разделывать кромки и последовательно проводить работы.
Расшифровка марки
Сплав относится, согласно ГОСТу 1050-88, к конструкционным углеродистым качественным сталям, к которым предъявляются более жесткие требования по составу и условиям производства.
Маркировка свидетельствует об усредненном содержании главного компонента (углерода) в сотых долях процента – 0,20%. С увеличением его концентрации повышается поверхностная твердость материала, но одновременно снижается пластичность. Диапазон допустимых концентраций углерода в металле нормативами установлен в пределах 0,17-0,24%.
Марганец и кремний используются в качестве раскислителей. Они способствуют удалению из металла кислорода и других газов, повышающих пористость его структуры. Содержание кремния находится в пределах 0,17-0,35%, марганца – 0,35-0,60%.
В малых количествах в сплаве содержатся и другие элементы, оказывающие положительное влияние на его свойства. Однако их концентрации слишком малы:
- никеля – до 0,3%;
- хрома – 0,2%;
- меди – 0,3%.
Неизбежно присутствие в металле минимальных количеств вредных примесей, ухудшающих его механические свойства:
Основные характеристики и свойства
Физические и технологические свойства стали марки СТ20 описаны в таблицах №1 и №2.
| Технологические свойства | |
| Ковка | Начальная температура ковки составляет 1280 °С, конечная – 750 °С. Охлаждение производится на воздухе |
| Свариваемость | Сваривается без ограничений. Исключение составляют только некоторые детали, которые подвергались химической и термической обработке |
| Обрабатываемость резанием | В горячекатаном состоянии при НВ 126 – 131 и Q = 450 – 490 Мпа. Кv твердый сплав равен 1,7, Кv быстрорежущая сталь составляет 1,6 |
| Флокеночувствительность | Не чувствительна |
| Склонность к отпускной хрупкости | Не склонна |
| Физические свойства | Испытательная температура в °С | |||||||||
| 20 | 100 | 200 | 300 | 400 | 500 | 600 | 700 | 800 | 900 | |
| Модуль нормативной упругости (Е, ГПа) | 212 | 208 | 203 | 197 | 189 | 177 | 163 | 140 | – | – |
| Модуль упругости при сдвиге кручением (G, ГПа) | 78 | 77 | 76 | 73 | 69 | 66 | 59 | – | – | – |
| Плотность (Pn? Кг/куб.м) | 7859 | 7835 | 7803 | 7770 | 7736 | 7699 | 7659 | 7617 | 7624 | 7600 |
| Теплопроводность (Вт/(м*К) | – | 51 | 49 | 44 | 43 | 39 | 36 | 32 | 26 | 26 |
| Электросопротивление (р, нОм*м) | – | 219 | 292 | 38 | 487 | 601 | 758 | 325 | 1094 | 1135 |
| 20-100 | 20-200 | 20-300 | 20-400 | 20-500 | 20-600 | 20-700 | 20-800 | 20-900 | 20-1000 | |
| Линейное расширение | 12,3 | 13,1 | 13,8 | 14,3 | 14,8 | 15,1 | 15,2 | – | – | – |
| Удельная теплоемкость (с, Дж/(кг*К)) | 486 | 498 | 514 | 533 | 555 | 584 | 636 | 703 | 703 | 695 |
Химические
Химические свойства стали СТ 20 таковы, что она не обладает устойчивостью к кислотным соединениям, и при повышенном их влиянии может окисляться.
Вода, попадающая на изделие, оставляет на месте своего воздействия характерные ржавые следы. Тем не менее, эти факторы не являются причинами резкого ухудшения внешнего вида и прочности состава.
Для защиты от коррозионных разрушений рекомендуется наносить на сталь гальванические покрытия в виде хрома, цинка и других аналогичных по составу соединений.
Физические
Плотность равна 7850 кг/куб.м. Температура начала процесса плавления составляет 1500 °С. Чтобы перевести сталь в жидкое состояние нужно соблюсти температурный предел в 1600 °С. СТ 20 легко отдает тепло, проводит его благодаря отличной способности его же и отдавать.
Справка. При повышении температурных режимов изделие быстро расширяется. Сталь этой марки отлично проводит электричество.
Механические
Высокопластичная сталь имеет средние показатели прочности и обладает хорошей твердостью. Упругий модуль достигает 200 Мпа. Разрыв возможен при достижении максимального удлинения в 23 – 26%, сужение при этом имеет еще больший показатель – 55%. Очень вязкая и стойкая к ударным воздействиям.
Повышение прочности производится путем проведения процедуры наклепа. Может осуществляться прокатывание роликами. Эта процедура имеет своеобразное название механического воздействия на структуру стали. Может осуществляться нормализация или отжиг упрочнения. В данном случае речь идет о термическом варианте воздействия.
Технологические
Высокотехнологичный сплав отлично обрабатывается давлением и выдерживает любой тип резания. Штамповка производится чаще в горячем, чем в холодном виде. Сталь не трескается при обработке паром или под мощным давлением. По свариваемости сталь принадлежит к первой группе. Перед сваркой совершенно не нужно проводить подготовительные работы. К тому же, нагрев и термическая обработка вообще не подразумевается.
Этот сплав принадлежит к группе цементируемых изделий. Частички углерода имеют свойство оседать на изделие и помещаться в его внутреннем составе. Нагрев производят в специально подобранной атмосфере насыщения стали углекислым газом. Химическое и термическое воздействие придают дополнительную прочность и увеличивают срок эксплуатации материала при постоянном и превышенном воздействии на него нагрузок извне.
Внимание. Сварные швы плотные по своим свойствам, поэтому при проведении сварочных работ по своим характеристикам схожи с куском цельного металла.
Сталь легированная – это сложный многокомпонентный сплав на основе железа (Fe) и углерода (C), в котором массовая доля C составляет не более 2,14% и присутствуют специально введенные легирующие примеси в количестве 2,5 и более процентов. Добавление легирующих компонентов позволяет формировать необходимые характеристики и добиваться улучшенной чистоты и однородности их металла. Производятся такие стали качественными, высококачественными и особовысококачественными.
Классификация по степени легирования
Из-за разнообразия химических, механических и технологических свойств на легированные стали классификация и маркировка очень обширна. С учетом количественного содержания легирующих примесей их разделяют на низко-, средне- и высоколегированные.
Первая группа, имеющая низколегированный состав, существенно отличается не только по химическим, но и по физико-механическим и технологическим свойствам, поэтому ее рассматривают как отдельную категорию.
Среднелегированные
Стали, содержащие легирующие примеси от 2,5 до 10 процентов, являются среднелегированными. Большинство из них мартенситные, а некоторые (малоуглеродистые) неплохо свариваются. Но в целом такая легированная сталь свойства прочности и износостойкости формирует в зависимости от характера термической обработки. Поэтому из-за вероятности образования закалочных структур сразу после сварки толстостенные металлоизделия из среднелегированных марок должны подвергаться термической обработке. Многие высокопрочные среднелегированные стали после отпуска около 300°С обнаруживают провал прочности при испытании на надрезанных образцах. Снижение ударной вязкости на этих же сталях обнаруживается при более высокой температуре отпуска.
Среднелегированные высокопрочные марки обладают пониженной вибрационной прочностью в условиях действия коррозионной среды. При работе с постоянными напряжениями у них также проявляется склонность к коррозии, а при насыщении поверхностного слоя азотом их металл может становиться хрупким.
Высоколегированные
Стали, в составе которых на массовую долю легирующих примесей приходится более 10 процентов, относят к высоколегированным. Их отличает однородная структура и повышенная прочность металла, особые или уникальные механические и технологические свойства.
Чем выше степень легирования, тем выше температура рекристаллизации не только α-, но и ƴ-фазы, следовательно, тем труднее измельчить зерно. Поэтому в результате длительного нагружения они могут проявлять склонность к деформационному старению.
Легированные стали – их классификация по назначению
В наши дни легированная сталь применение находит практически во всех сферах человеческой деятельности: от машиностроения и энергетики до космических и телекоммуникационных технологий. Согласно принятой классификации по назначению она может причисляться к одной из групп:
- конструкционные марки. К этой категории принято относить стали, использующиеся для производства ответственных деталей механизмов, устройств и конструкций. Большинство из них отлично работают в высокотемпературных средах, а многие характеризуются очень малой чувствительностью к концентрации напряжений;
- инструментальные марки. К этой категории относят в основном высокопрочные среднелегированные стали с повышенным содержанием хрома, марганца, кремния, вольфрама и молибдена. Для них также свойственна улучшенная прокаливаемость и низкое сопротивление ударной нагрузке. В качестве быстрорежущей стали для производства сверл, фрез и метчиков, как правило, принято использовать высоколегированные марки, характеризующиеся очень высокой твердостью и красностойкостью до 600°С. Другие легированные инструментальные марки стали чаще используются для лабораторного, измерительного и режущего инструмента, а также ударно-штамповой оснастки;
- стали с особыми физическими и химическими свойствами. В эту категорию входят материалы специализированного назначения. Из них производят изделия и детали для узкой сферы применения, к эксплуатационным качествам которых предъявляют особые требования.
Состав легированных марок сталей
Все элементы, входящие в легированные марки стали, взаимодействуют между собой, а те, что растворяются в железе, существенно влияют на температурный интервал полиморфного превращения и растворимость углерода в Fe. Соответственно их химический состав разрабатывается с учетом конкретных условий дальнейшей службы и эксплуатации.
Исходя из того, что такое легированная сталь и каково значение этого материала для промышленности, крайне важно использовать при выплавке доступные и недефицитные химические элементы. Подбор комплектующих осуществляется с учетом требуемых механических и технологических свойств и исходя из экономической целесообразности. Поэтому для легирования в первую очередь используется марганец, кремний, хром. При этом стали с таким составом могут в небольших количествах дополнительно легировать титаном, ванадием, ниобием, бором и молибденом.
Основные легирующие примеси для производства легированных марок сталей
Химический элемент (символ)
Свойства
Обеспечивает комплексный эффект: повышая параметры твердости и прочности практически не влияет на пластические свойства металла. Существенно улучшает антикоррозионные свойства, а при большой концентрации способен сделать стали нержавеющими
Один из основных компонентов. Раскисляет сталь, увеличивает упругость, кислото- и окалиностойкость. В количестве 1,0…1,5% повышает прочность без изменения параметров вязкости. При большей концентрации увеличивает электрическое сопротивление и магнитную проницаемость. Повышает активность серы и тем минимизирует содержание неметаллических включений
Способствует дегазации и увеличению плотности. Улучшает жаропрочность и пластичность. Увеличивает сопротивление динамическим нагрузкам
Основной раскислитель и легирующий элемент, увеличивающий твердость, износостойкость, стойкость к ударным нагрузкам и почти не снижает пластичность
Снижает растворимость водорода и образует высокопрочные карбиды, что обуславливает увеличение твердости. При нагреве нивелирует рост зерна и снижает склонность к отпускной хрупкости
Способствует формированию мелкого зерна. Значительно увеличивает твердость и прочность. Также положительно влияет на прокаливаемость и жаростойкость
Повышает антиокислительные свойства при высоких температурах. Увеличивает магнитную проницаемость и сопротивление ударным нагрузкам
Увеличивает растворимость водорода. Повышает красностойкость, упругость, предел текучести, антикоррозийную стойкость при повышенных температурах
Способствует формированию мелкозернистой структуры и полноценному раскислению. Улучшает обрабатываемость с одновременным повышением параметров прочности. Увеличивает плотность
Сильно карбидообразующий элемент. Способствует образованию термически стойких карбидов, повышает стойкость металла к межкристаллической коррозии. Повышает прочность и твердость
Улучшает окалиностойкость и сопротивление деформационной усталости. Снижает температуру перехода в хрупкое состояние
Положительно влияет на коррозионную стойкость. Улучшает прокаливаемость, увеличивает предел текучести и пластичность
Снижает содержание кислорода и количество устойчивых оксидных включений. Повышает прочность и улучшает механические свойства
Измельчает зерно и образует с азотом нитриды, обладающие стойкостью при довольно высоких температурах. Увеличивает предел выносливости на воздухе и в коррозионной среде. Улучшает свариваемость
Отличный десульфатор. Улучшает процесс раскисления, снижает пористость и содержание неметаллических включений. Улучшает свойства теплопроводности и свариваемости
Способствует сокращению количества серы и улучшает магнитные свойства и качество поверхности
Перечисленные химические элементы по-разному влияют на различные технологические и механические свойства сталей. Но по степени вызываемого упрочнения их можно расположить в возрастающий ряд:
Cr – Co – V – Mo – W – Ni – Cu – Al – Mn – Ti – Si - P
Новые марки отличаются многокомпонентным легированием. Процесс их производства более сложный и дорогостоящий, но зато такие стали, хоть и имеют специализированное применение, максимально соответствуют жестким требованиям современного инжиниринга и отличаются долговечностью и надежностью.
Обозначение и маркировка
В отечественной практике на инструментальные и конструкционные легированные стали маркировка составляется на основе системы, предполагающей использование буквенно-цифрового обозначения. Две первые цифры обозначают среднюю массовую долю углерода, выраженную в сотых долях процента. Далее маркировка составляется с учетом качественных и количественных особенностей наиболее значимых легирующих примесей. Вначале принято указывать буквенный символ соответствующего компонента. И если количество химического элемента лежит в пределах 1%, цифра не прописывается, а если больше, то пишут число, выражающее его количественную массу в процентах.
- Р – быстрорежущие;
- Ш – шарикоподшипниковые;
- Э – электротехнические.
Обозначение легирующих элементов
Согласно традиционной системе при маркировке средне- и высоколегированных марок для легирующих элементов принято использовать стандартные обозначения на кириллице.
Пример расшифровки марки легированной стали
13Н5А
40ХС
Конструкционная сталь хромокремнистая, содержащая углерод около 0,4%. Легирована хромом (Cr ̴ 1,4%) и кремнием (Si ̴ 1,3%)
Специальные сплавы и стали
Стремительное развитие техники обусловило необходимость создания специальных сплавов, в том числе и сталей. Сегодня они выступают одним из основных материалов для ядерных реакторов, спецтехники, космических аппаратов, приборов и различной инструментальной оснастки. Для них характерен сложный многокомпонентный состав и заданные физико-механические свойства. Практически все специальные стали и сплавы относятся к группе высоколегированных конструкционных материалов и требуют применения специальной технологии выплавки и термообработки.
Прецизионные сплавы содержат практически те же элементы, что и стали, но отличаются их процентным содержанием. Например, массовая доля ванадия может доходить в них до 11%, кобальта – до 40%, в то время как на углерод может приходиться всего 0,05%.
Большинство специальных сплавов являются результатом новейших технических разработок и довольно дорогие в производстве. По основным свойствам их разделяют на 7 групп, среди них сверхпроводящие, магнитно-мягкие и магнито-твердые сплавы и термобиметаллы.
Классификация сталей специального назначения
Также, как углеродистые и легированные марки, специальные стали имеют многоуровневую классификацию по нескольким признаками. Рассмотрим основные из них.
По роду примесей
На основе комплекса наиболее значимых легирующих примесей специальные марки классифицируют более, чем на 10 групп. Среди них:
- хромованадиевые и хромокремнистые;
- хромомарганцовые и хромомолибденовые;
- никельмолибденовые и хромокремнемарганцовые;
- хромомолибденованадиевые и хромокремнемарганцовоникелевые;
- хромомарганцовоникелевые и хромомарганцовоникелевые с титаном и бором;
- хромоникельмолибденовые, хромоникельмолибденованадиевые и хромоникельванадиевые;
- хромоалюминиевые и хромоалюминиевые с молибденом;
- хромомарганцовоникелевые с молибденом и титаном;
- хромоникелевые и хромоникелевые с бором.
По назначению
В зависимости от целевого назначения и основных свойств стали специального назначения также делятся на несколько групп: хладостойкие, радиационностойкие, рессорно-пружинные, шарикоподшипниковые, жаропрочные, износостойкие, коррозионностойкие (нержавеющие), окалиностойкие и так далее. Причем из-за наличия нескольких легирующих компонентов они могут проявлять и другие физико-механические и технологические свойства. Например, теплостойкая легированная сталь марки 12Х1МФ характеризуется повышенной пластичностью, а 09Х15Н8Ю, 07Х16Н, 08Х17Н5М3 отлично зарекомендовали себя в условиях соляных сред.
На сегодняшний день для применения в сварных металлических конструкциях наиболее перспективными считаются термически упрочненные марки специальных сталей высокой прочности и имеющие предел текучести более 600 МПа.
По структуре
В легированной стали образуются все типы соединений (твердые растворы, химические соединения, механические примеси), но наибольшее практическое значение имеют твердые растворы, так как с железом их образуют почти все легирующие примеси. Основная масса многих сложнолегированных сплавов – тройные, четверные и более сложные твердые растворы железа и различных элементов и в зависимости от микроструктуры они могут быть разделены на несколько групп.
После нормализации выделяют два основных класса средне- и высоколегированных сталей: аустенитный и мартенситный. По равновесной структуре их разделяют на доэвтектоидные, заэвтектоидные и ледебуритные. Перлитная и эвтектоидная структура характерна для низколегированных марок.
* Здесь и далее в скобках приведены старые обозначения алюминиевых литейных сплавов.
По химическому составу в зависимости от основного легирующего компонента алюминиевые литейные сплавы подразделяют на пять групп:
I - на основе системы Аl-Si-Mg;
II - на основе системы Аl-Si-Cu;
III - на основе системы Аl-Cu;
IV - на основе системы Аl-Mg;
V - на основе системы Аl - прочие компоненты.
Алюминиевые литейные сплавы по стандарту обозначаются буквой А в начале марки, затем приводятся обозначения основных элементов следующими буквами: К кремний, Мг - магний, М - медь, Мц - марганец, Ц - цинк, Кд - кадмий, Н - никель.
Цифры после букв указывают среднее содержание элемента в процентах. Буквы в конце марки обозначают:
- ч - чистый;
- ич - повышенной чистоты;
- оч - особой чистоты;
- л -литейные сплавы;
- с - селективный.
Рафинированные сплавы в чушках обозначают буквой р, которую ставят после обозначения марки сплава. Сплавы, предназначенные для изготовления изделий пищевого назначения, обозначают буквой П, которую также ставят после обозначения марки сплава.
Алюминиевые литейные сплавы в чушках (металлошихта) и в отливках изготовляют для нужд народного хозяйства и на экспорт по ГОСТ 1583-93.
Для изготовления изделий пищевого назначения применяют сплавы АК7, АК5М2, АК9, АК12.
Применение других марок сплавов для изготовления изделий и оборудования, предназначенных для контакта с пищевыми продуктами и средами, в каждом отдельном случае должно быть разрешено органами здравоохранения.
В алюминиевых сплавах, предназначенных для изготовления изделий пищевого назначения, массовая доля свинца должна быть не более 0,15 %, мышьяка - не более 0,015 %, цинка - не более 0,3 %, бериллия - не более 0,0005 %.
В алюминиевых сплавах, предназначенных для изготовления изделий пищевого назначения, массовая доля свинца должна быть не более 0,15 %, мышьяка - не более 0,015 %, цинка - не более 0,3 %, бериллия - не более 0,005 %.
Аналоги алюминиевых литейных сплавов по ГОСТ 1583-93, стандартам США, Германии, Японии и Франции (табл. 97) подобраны путем сравнения массовой доли основных компонентов.
При этом учтено следующее: наличие примесей, способы литья, режимы термической обработки, механические свойства и области применения.
97. Алюминиевые литейные сплавы-аналоги по стандартам разных стран
319.0
SG 64D
326
328.0
SG 82A
327
Механические свойства алюминиевых литейных сплавов по ГОСТ 1583-93 должны соответствовать приведенным в табл. 98. Механические свойства сплавов-аналогов даны в табл. 98а.
98. Механические свойства некоторых алюминиевых литейных сплавов по ГОСТ 1583-93
- Условные обозначения способов литья:
- 3 - литье в песчаные формы;
- В - литье по выплавляемым моделям;
- К - литье в кокиль;
- Д - литье под давлением;
- ПД - литье с кристаллизацией под давлением (жидкая штамповка);
- О - литье в оболочковые формы;
- М - сплав подвергается модифицированию.
- Условные обозначения видов термической обработки:
- T1 - искусственное старение без предварительной закалки;
- Т2 - отжиг;
- Т4 - закалка;
- Т5 - закалка и кратковременное (неполное) искусственное старение;
- Т6 - закалка и полное искусственное старение;
- Т7 - закалка и стабилизирующий отпуск;
- Т8 - закалка и смягчающий отпуск.
- Механические свойства, указанные для способа литья В, распространяются также на литье в оболочковые формы.
98а. Механические свойства алюминиевых литейных сплавов-аналогов
- Обозначение способов литья см. примечание к табл. 98.
- Обозначения режимов термической обработки приведены в табл.99
99. Обозначения и рекомендуемые режимы термической обработки алюминиевых литейных сплавов-аналогов
Старение 300 °С, 2 ч
Закалка с 535 °С, 9 - 16 ч, вода (20 - 100 °С)
Закалка с 545 °С, 10 - 14 ч, вода (20 - 100 °С)
Старение 170 °С, 6 - 10 ч
Закалка с 535 °С, 10 - 16 ч, вода (20 - 100 °С)
Старение 175 °С, 5 - 17 ч
Старение 175 °С, 5 - 17 ч
Закалка с 545 °С, 10 - 14 ч, вода (80 - 100 °С)
Старение 250 °С, 3 - 10 ч
Двухступенчатый нагрев: 505 °С, 4 - 6 ч; 515 °С, 4 - 8 ч, вода (200 - 100 °С)
Старение 230 °С, 3 - 5 ч
Без термической обработки
По стандартам США состояние без термообработки обозначается буквой F, в стандарте Франции - Y-30.
В стандарте Франции приняты следующие обозначения видов термообработки:
- Y-33 - закалка и искусственное старение (соответствует Т6);
- Y-35 - стабилизирующий отпуск (соответствует Т7).
Особенности маркировки алюминиевых литейных сплавов в стандартах США, Японии, Германии и Франции приведены ниже.
США (ASTM В 85, В 26, В 108)
В общегосударственных и оборонных спецификациях для алюминиевых литейных сплавов наиболее широко используется система обозначений Алюминиевой Ассоциации (АА).
В этой системе сплавы имеют трехзначное обозначение. Сплавы сгруппированы в серии, которые относятся к определенным системам легирования. Первая цифра каждой серии указывает основную систему сплава.
| Серия | Основная система сплавов |
|---|---|
| 2ХХ | Al-Cu |
| 3ХХ | Al-Si-Mg, Al-Si-Cu |
| 4ХХ | Al-Si |
| 5ХХ | Al-Mg |
| 7ХХ | Al-Zn |
| 8ХХ | Al-Sn |
Промышленных литейных сплавов серий 6ХХ и 9ХХ не существует. В маркировке, принятой АА, обозначение XXX.0 используется для отливок, т.е. для всех литейных сплавов.
В некоторых обозначениях сплавов, принятых АА, цифрам предшествует буква. Буквы используют для того, чтобы различить сплавы с одинаковым химическим составом по основным легирующим элементам, но отличающимся друг от друга только содержанием примесей или малых добавок, например сплав 356.0 и А 356.0.
SAE-система Общества инженеров автомобильной промышленности. Марки сплавов имеют цифровое трехзначное обозначение. Например, сплав марки АК7ч (АЛ9) (ГОСТ 1583) имеет аналог по стандартам США: 356.0 (по АА), SG70A (по ASTM B26) и 323 (пo SAE).
ЯПОНИЯ (JIS H5202)
В обозначении марок всех литейных алюминиевых сплавов вначале стоит буквенное выражение АС (алюминиевый литейный сплав): последующие цифры 1, 2. . обозначают группу сплавов, относящихся к определенной системе легирования; буквы А, В, С, D, стоящие после цифр, - символ определенного сплава в данной группе.
| Группа | Сплавы системы |
| 1 | Al-Cu |
| 2 | Al-Cu-Si |
| 3 | Al-Si |
| 4А | Al-Si-Mg |
| 4В | Al-Si-Cu |
| 4С | Al-Si-Mg |
| 4СН | Al-Si-Mg |
| 4D | Al-Si-Cu |
| 5А | Al-Cu-Ni-Mg |
| 7В | Al-Mg |
| 8В | Al-Si-Cu-Mg |
ГЕРМАНИЯ (DIN 1725T.2)
Перед обозначением марок литейных алюминиевых сплавов указывают метод литья:
- G - литье в землю или песчаные формы;
- GK - литье в кокиль;
- GD - литье под давлением.
Далее идут символы элементов и цифры, указывающие их среднее содержание. В конце обозначения марки сплава указывается его термическая обработка:
- g - закалка, соответствует состоянию Т4;
- wa - обработка на твердый раствор, закалка и искусственное старение - соответствует состоянию Т6.
Один и тот же сплав может маркироваться как с указанием метода литья и термообработки, так и без него. Обозначение марки сплава с указанием метода литья и термообработки ставится в скобках.
Для литейных сплавов с повышенным допустимым содержанием меди, которая не является легирующим элементом, краткое обозначение дополняется стоящим в скобках символом Cu, например GD-AlSi12(Cu).
ФРАНЦИЯ (А57-702)
Первой в обозначении всех литейных алюминиевых сплавов стоит буква А (алюминиевый сплав), далее через тире стоят символы легирующих элементов с цифрами, указывающими их среднее содержание, последним стоит символ основного легирующего элемента.
Например, A-S5U3G:
S5 - кремния 5 %; U3 -меди 3 %; G - магний - основной легирующий элемент.
Читайте также: