лос, лент для горячего прессования профилей, трубных заготовок, прутков с последующим их холодным волочением. К таким сплавам относят: альтмаг – сплав алюминия с магнием (2,8%); авиаль – сплав алюминия с медью (до 2,6%), магнием (0,8%), кремнием (1,2%) и марганцем (до 0,8%); дюралюминий – сплав алюминия с медью (до 5,5%), магнием (до 0,8), кремнием (до
0,8%) и марганцем (до 0,8%).
10.5. КЛАССИФИКАЦИЯ И МАРКИРОВКА ЧЕРНЫХ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ
10.5.1. Классификация конструкционных сталей
Стали классифицируют по химическому составу, качеству, степени раскисления, структуре, прочности и назначению.
По химическому составу стали классифицируют на углеродистые и легированные. В зависимости от концентрации углерода те и другие подразделяют на низкоуглеродистые (<0,25% С),
среднеуглеродистые (0,25-0,6% С) и высокоуглеродистые (>0,6%
С). При увеличении содержания углерода в стали твердость ее увеличивается, а пластичность – уменьшается. Стали, содержащие менее 0,25% углерода, могут быть подвержены цементации. Легированные стали в зависимости от введенных элементов под-
разделяют на хромистые, марганцовистые, хромоникелевые, марганцевые.
По качеству стали классифицируют на стали обыкновен-
ного качества, качественные, высококачественные и особо высококачественные.
Под качеством стали понимают совокупность свойств, определяемых металлургическим процессом их производства. Однородность химического состава, строения и свойств, а также ее технологичность во многом зависят от содержания газов (кислорода, водорода, азота) и вредных примесей – серы и фосфора.
Стали обыкновенного качества содержат от 0,005% S и 0,040% Р, качественные – не более 0,04% S и 0,035 Р, высококачественные – не более 0,025% S и 0,025% Р, особо высококачественные – не более 0,015% S и 0,025% Р.
Углеродистые конструкционные стали выпускают двух видов: обыкновенного качества и качественные.
231
По степени раскисления и характеру затвердевания стали классифицируют на спокойные, полуспокойные и кипящие.
Раскисление – процесс удаления из жидкого металла кислорода, проводимый для предотвращения хрупкого разрушения стали при горячей деформации.
Спокойные стали раскисляют марганцем, кремнием и алюминием. Они содержат мало кислорода и затвердевают спокойно без газовыделения. Кипящие стали раскисляют только марганцем. Полуспокойные стали по степени раскисления занимают промежуточное значение между спокойными и кипящими.
При классификации стали по структуре учитывают особенности ее строения в отожженном и нормализованном состояниях. По структуре в отожженном состоянии конструкционные стали разделяют на четыре класса: доэвтектоидные, имеющие в структуре избыточный феррит; эвтектоидные, структура которых состоит из перлита; аустенитные и ферритные.
Углеродистые стали могут быть первых двух классов, легированные – всех классов.
По прочности, оцениваемой временным сопротивлением, конструкционные стали с некоторой условностью можно разде-
лить на стали нормальной прочности (σв <1000 МПа), повышенной прочности (σв <1500 МПа) и высокопрочные (σ в >1000 МПа).
10.5.2.Классификация чугунов
Взависимости от того, в какой форме присутствует углерод в сплавах, различают белые, серые, высокопрочные чугуны,
чугуны с вермикулярным графитом и ковкие чугуны.
Белыми называются чугуны, в которых весь углерод нахо-
дится в связанном состоянии в виде цементита (Fe3 C).
Белые чугуны по содержанию углерода разделяются: на
доэвтектические (до 4,3%), эвтектические (4,3%) и заэвтекти-
ческие (более 4,3%).
Белые чугуны отличаются от серых наличием в структуре химически связанного углерода в виде цементита. Из-за большого количества цементита они твердые, хрупкие и для изготовления деталей машин не используются. Из белого чугуна изготав-
232
ливают прокатные валки, тормозные колодки и другие детали, работающие в условиях износа.
В промышленности широко применяют серые, высокопрочные и ковкие чугуны, в которых весь углерод или часть его находится в форме графита. Графит обеспечивает пониженную твердость, хорошую обрабатываемость резанием. Вместе с тем включения графита (особенно пластинчатой формы) снижают прочность и пластичность. Серые, высокопрочные и ковкие чугуны различаются условиями образования графитных включений и их формой, что отражается на механических свойствах.
Серыми называются чугуны с пластинчатой формой графита. Серые чугуны используются в конструкциях, работающих на статическую сжимающую нагрузку (колонны, фундаментные плиты, опорные плиты под фермы, канализационные трубы, люки, задвижки).
Высокопрочными называют чугуны, в которых графит имеет шаровидную форму. Их получают модифицированием магнием, ферросилицием совместно с вторичным алюминием, которые вводят в жидкий чугун в количестве 0,02-0,08%. Модификация проводится с целью измельчения зерна графитных включений. Чугуны с шаровидным графитом обладают более высокой прочностью и некоторой пластичностью. Высокопрочные чугуны используют в конструкциях, подвергающихся динамической и вибрационной нагрузке и износу (полы промышленных зданий, фундаменты тяжелого кузнечно-прессового оборудования, подферменные опоры железнодорожных и автодорожных мостов, тюбинги для крепления транспортных тоннелей).
Ковкими называют чугуны, в которых графит имеет хлопьевидную форму. Их получают отжигом белых доэвтектических чугунов. Такой графит, в отличие от пластинчатого, меньше снижает механические свойства, вследствие чего ковкие чугуны о сравнению с серыми обладают более высокой прочностью, вязкостью и пластичностью. Из них изготавливают детали высокой прочности, способные выдерживать тяжелые условия износа, а также воспринимать ударные и знакопеременные нагрузки. Большая плотность отливок позволяет делать из ковкого чугуна детали водо- и газопроводных установок.
233
В чугунах с вермикулярным графитом структура форми-
руется под действием комплексного модификатора, содержащего магний и редкоземельные металлы. Графит приобретает шаровидную (до 40%) и вермикулярную – в виде мелких тонких прожилок - форму. По механическим свойствам эти чугуны занимают промежуточное положение между серыми и высокопрочными чугунами. Применяют в отливках, подвергаемых циклическим нагрузкам и частым теплосменам. Из них отливают блоки цилиндров, поршни, гильзы и т.д.
10.5.3. Маркировка сталей
Углеродистые стали обыкновенного качества
Углеродистые стали обыкновенного качества в зависимости от гарантируемых свойств объединены в группы А, Б, В. По группе А стали поставляют с гарантируемыми механическими свойствами, по группу Б – химическими, по группе В – с теми и другими одновременно.
В углеродистых сталях обыкновенного качества допускается повышенное содержание вредных примесей, а также газонасыщенность, так как их выплавляют по нормам массовой технологии. Эти стали преимущественно используются в строительстве как наиболее дешевые, технологичные и обладающие прочностью, достаточной для изготовления металлоконструкций различного назначения. Эти стали поставляют горячекатаными в виде проката (прутки, листы, уголки, швеллеры, трубы т.д.)
Стали группы А маркируют сочетанием букв «Ст» и цифрой (от 0 до 7), обозначающей номер марки. Степень раскисления обозначают добавлением в спокойных сталях букв «СП», в полуспокойных – «пс», в кипящих – «кп». Стали группы Б - тех же марок, что и сталь группы А, но перед маркой стали ставят букву Б; сталь группы В – ВСт2 – ВСт5. Например, Ст3сп, БСт3пс, ВСт3кп.
Спокойными и полуспокойными производят стали Ст1– Ст6, кипящими – Ст1 – Ст4.
234
Углеродистые качественные стали
Углеродистые качественные стали характеризуются более низким, чем у сталей обыкновенного качества содержанием вредных примесей и неметаллических включений. Их поставляют в виде проката, поковок и полуфабрикатов с гарантированным химическим составом и механическими свойствами. Маркируют их двухзначными числами: 08, 10, 15, 20,…60, обозначающими среднее содержание углерода в сотых долях процента. Например, сталь 10 содержит в среднем 0,10%, сталь 45–0,45% и т.д.
Спокойные стали маркируют без индекса, полуспокойные и кипящие с индексами соответственно «пс» и «кп». Кипящими производят стали 08кп,10кп, 15кп, 18кп, 20кп; полуспокойными - 08пс, 10пс, 15пс, 20пс.
Маркировка легированных сталей
Легированные стали производят и поставляют качественными, высококачественными и особо высококачественными.
Марка легированных сталей состоит из сочетания букв и цифр, обозначающих ее химический состав. По ГОСТ 4543-71 принято обозначать: хром – Х, никель – Н, марганец – Г, кремний
– С, молибден – М, вольфрам – В, титан – Т, ванадий – Ф, алюминий – Ю, медь – Д, ниобий – Б, бор – Р, кобальт – К.
Число в начале марки конструкционной легированной стали показывает содержание углерода в сотых долях процента. Число, стоящее после буквы, указывает на примерное содержание легирующего элемента в процентах. Если число отсутствует, то легирующего элемента меньше или около 1%. Например, сталь 20ХН3А в среднем содержит 0,20% углерода, 1% хрома, и 3% никеля.
Буква А в конце марки означает, что сталь высококачественная. Например, 20ХН3А.
Особо высококачественные стали имеют в конце марки букву Ш. Например, 30ХГС-Ш.
Буква А в начале марки означает, что сталь автоматная. Например, А, АС, АЕ (соответственно присутствие свинца С, селена Е).
235