Углеродистые стали.

Углеродистые стали относятся к числу самых распространенных конструкционных материалов. Объем их производства достигает 80 % от общей выплавки стали. Эти стали сочетают в себе высокую прочность и достаточную вязкость, хорошие технологические свойства, они экономичны и не дефицитны. Различают следующие углеродистые стали: конструкционные обыкновенного качества, качественные, специального назначения и инструментальные.

Углеродистые стали обыкновенного качества изготавливают следующих марок: Ст0, Ст1, Ст2, Ст3, Ст3Г, Ст4, Ст5, Ст5Г и Ст6. Цифры указывают номер стали, с увеличением которого возрастает содержание углерода, поэтому чем больше номер, тем выше прочность и ниже пластичность. Буква Г указывает, что сталь содержит марганец в количестве, превышающем примесную концентрацию этого элемента. По степени раскисления стали с номерами марок 1...4 выплавляют кипящими, полуспокойными и спокойными; с номерами 3Г, 5, 6 - полуспокойными и спокойными; 5Г - полуспокойной. Не разделяется по степени раскисления лишь сталь марки Ст0.

Углеродистые стали обыкновенного качества применяют для изготовления металлоконструкций и слабо нагруженных деталей машин и приборов (например, ограждений, перил, настилов, заклепок); фасонных профилей для вагонов, автомобилей, сельскохозяйственного машиностроения; крепежных деталей, ручек, тяг, рычагов, штырей и т.д.

Химический состав углеродистых сталей обыкновенного качества приведен в таблице 2.

Таблица 2.

Химический состав некоторых углеродистых сталей обыкновенного качества (ГОСТ 380-94)

Механические свойства углеродистых сталей обыкновенного качества приведены в таблице 3.

Таблица 3.

Механические свойства некоторых углеродистых сталей

обыкновенного качества

Углеродистые конструкционные качественные стали маркируются двузначными числами, показывающими среднее содержание углерода в сотых долях процента (например, 08,10,15, 20 и т.д. до 85).

Качественные стали производят и поставляют без термической обработки, термически обработанными и нагартованными. Механические свойства гарантируются после нормализации, закалки и отпуска, нагартовки и отжига.

Качественные стали находят широкое применение в технике, так как в зависимости от содержания углерода и термической обработки обладают различными механическими и технологическими свойствами. Из них изготавливают детали типа винтов, гаек, болтов, зубчатых колес, деталей автомобилей, кулачков, осей и другие.

Основным недостатком этих сталей является их малая прокали-ваемость и склонность к перегреву при термической обработке.

Характерной особенностью автоматных сталей является их хорошая обрабатываемость резанием, что достигается за счет повышенного содержания в стали серы (до 0,30 %) и фосфора (до 0,15 %), а также за счет добавок свинца (0,15…0,30 %) или его аналога, селена, в количестве до 0,1 %. Сера и фосфор облегчают процесс резания благодаря измельчению стружки, свинец и селен - за счет эффекта внутренней смазки, снижающего коэффициент трения в паре заготовка - инструмент. Роль внутренней смазки выполняют сами элементы, которые из-за крайне низкой растворимости в железе находятся в стали практически в свободном состоянии в виде включений. Автоматные стали маркируют буквой А (автоматная), за которой следует двузначное число, указывающее содержание углерода в стали в сотых долях процента. Буквы С и Е в обозначении стали указывают на наличие в ее составе, соответственно, свинца и селена. Широко используются следующие марки автоматных сталей: АН, А12, А20, А30, АС40, АС14, АС20ХГНМ и другие.

Автоматные стали по причине особенностей их химического состава обладают невысокими показателями пластичности и вязкости. Поэтому их используют для изделий неответственного назначения, изготовление которых в условиях массового и серийного производства осуществляется на станках-автоматах.

Углеродистые инструментальные стали маркируются буквой У в начале и цифрами, указывающими на среднее содержание углерода в десятых долях процента, и делятся на качественные (У7, У8, У9...У13) и высококачественные (У7А, У8А, У9А...У13А). Из них можно изготавливать инструмент, который в процессе работы не разогревается выше 150 ⁰С. Это ножовочные полотна, напильники, зубила, метчики, плашки и другой слесарный инструмент. Окончательная термическая обработка инструмента заключается в закалке и низком отпуске. Температура отпуска в зависимости от условий работы инструмента может находиться в пределах от 150 ⁰С (напильники) до 350 ⁰С (пилы для дерева).

Основными достоинствами инструментальной углеродистой стали по сравнению с легированными сталями являются:

□ возможность закалки с низких температур (750...820 ⁰С) и получения высокой твердости и износостойкости поверхностного слоя при сохранении вязкой сердцевины, что важно для ручных метчиков и штампов для высадки, которые работают на износ и с динамическими нагрузками;

□ низкая твердость в исходном (отожженном) состоянии, обеспечивающая хорошую обрабатываемость резанием и давлением, что позволяет применять накатку, насечку, плющение и другие высокопроизводительные методы изготовления инструмента;

□ низкая стоимость.

Вместе с тем низкая теплостойкость, небольшая прокаливаемость (10...15 мм при закалке в воде и 2...8 мм - в масле), чувствительность к перегреву и пониженная закаливаемость ограничивают область применения этих сталей.