Стали конструкционные нелегированные и легированные.

Отливки из конструкционной нелегированной и легированной стали изготавляются по ГОСТ 977-75, ГОСТ 1050-75. В зависимости от назначения и требования, предъявляеых к отливкам. Они разделяются на три группы:

I – отливки общего назначения;

II - отливки ответственного назначения;

III - отливки особо ответственного назначения.

Контролируемыми параметрами для отливок группы I являются внешний вид, размеры, химический состав; группы II – внешний вид, размеры, химический состав, механические свойства (предел текучести или временное сопротивление и относительное удлинение); группы III – внешний вид, размеры, химический состав, механические свойства, относительное удлинение и ударная вязкость. В число контролируемых параметров могут быть включены: твердость, герметичность, микроструктура, порисость и т.д., указанные в нормативно-технической документации на продукцию.

В обозначениях марок сталей первые цифры обозначаю среднее содержание углерода в сотых долях процента, цифры, следующие за буквенными обозначением, - примерное среднее содержание элемента в процентах, буквы – условное обозначение легирующих элементов:

С - кремний

Г – марганец,

Х – хром,

Н – никель,

Д – молибден,

В – вольфрам,

Ф – ванадий,

Т – титан.

Буква Л означает литейную сталь.

Отливки должны подвергаться термической обработке: отжигу и нормализации, высокому отпуску, закалке.

Увеличение содержания углерода повышает прочность стали, но заметно снижает её пластические свойства и ударную вязкость, при этом возрастает твердость. Поэтому углеродистые стали марок 40 Л – 50 Л применяют реже, чем более мягкие стали марок 25 – 30 Л. Очень мягкие стали марок 15 Л и 20 Л имеют пониженную жидкотекучесть и нуждаются в большем перегреве для заполнения форм со сложными и узкими полостями.

Влияние кремния и марганца на механические свойства стали проявляются в том, что при увеличении их содержания возрастает прочность стали и несколько снижается пластичность и ударная вязкость.

Но оба эти элемента раскисляют сталь, то есть понижают содержание в ней вредной примеси – кислорода, находящегося в химическом соединении с железом в виде закиси железа FeO. Раскисленная сталь имеет лучшие механические свойства, менее склонна к образованию газовых раковин в отливках. Кроме того, благодаря действию марганца объясняет тем, что сера, находящаяся в стали в виде FeS, может быть частично удалена из стали в результате образования химического соединения марганца с серой MnS, которое мало-растворимо в стали. Кроме того, MnS не образует в стали пленок между кристаллами (как FeS), ухудшающих её механические свойства. Учитывая это соображение, содержание Mn и Si в стали для отливок поддерживают в пределах 0,3 – 0,9 и 0,2 – 0,52 соответственно.

Фосфор в стали ухудшает её пластические свойства и облегчает образование холодных трещин в отливках, особенно при повышенном содержании углерода. Чем сложнее отливки, тем ниже должно быть содержание вредных примесей – фосфора, серы, закиси железа.

Структура нелегированной стали определятся практически только содержанием в ней углерода, так как влияние остальных элементов из – за их небольшого содержания очень незначительно.

Практически в нелегированных сталях для отливок массовая доля углерода не превышает 0,6% и поэтому структура таких сталей состоит из феррита и перлита. С увеличением массовой доли углерода в сталях вызывает уменьшение с структуре феррита и увеличение перлита.

Появление в структуре стали цементита вызывает её хрупкость.

В тех случаях, когда по предъявляемым к отливкам требованиям нелегированная сталь оказывается неудовлетворительной, применяют различные легированные стали. Введение легирующих элементов может существенно изменить строение стали при одном и том же содержании в ней углерода.

Большое влияние на структуру стали оказывает так же и характер термической обработки.

Большинство низколегированных сталей имеет ферритно – перлитное строение, но перлит в таких сталях представляет собой очень тонкую смесь легированного феррита и цементита, придающую стали повышенные прочностные свойства. Получение той или иной структуры легированной стали в зависимости от предъявляемых к ней требований обеспечивается введением в сталь надлежащего количества легирующих элементов и последующей термической обработкой отливок.

Основным преимуществом легированных сталей нужно считать то, что они имеют (особенно после закалки и отпуска) более ввысоке значения предела прочности, чем нелегированные стали при тех же пластических свойствах.

Увеличение предела текучести легированных сталей приводит к тому, что можно допускать гораздо большие напряжения при работе литых деталей или применять их для определенных условий работы более тонкостенные детали, имеющие меньшую массу. Весьма важным свойством является так же и способность большинства легированных сталей обеспечивать одинаковую структуру и равномерные механические свойства по всему поперечному сечению отливок, при которых можно надежно и уверенно изготовлять даже толстостенные отливки и подвергать их закалке, способствующей повышению прочностных свойств стали. Некоторые из элементов в легирующих сталях (например Mn, Gr, Si) увеличивают износостойкость стали, т.е. способствуют уменьшению износа литых деталей, работающих в условиях трения.

Большое распространение получили хромоникелевые стали, обладающие наилучшим сочетанием прочностных и пластических свойств, которые хорошо сохраняются в сложных и тонкостенных отливках. Учитывая дороговизну никеля, молибдена, вольфрама и ванадия, часто никелевые стали заменяют на другие или в других сталях содержание никеля стремятся уменьшить, заменив его иным легирующим элементом (например, марганцем). Никель в настоящее время сохраняется только в сталях, из которых получаются ответственные литые детали, работающие в условиях большой ударной нагрузки, особенно при низкой температуре (ниже 0^оС).

Такое же положение имеет место и в отношении применения молибдена, вольфрама и ванадия. Так стали, содержащие наряду с другими легирующими элементами молибден и вольфрам, применяются преимущественно для изготовления литых деталей, длительно работающих при повышенных температурах (400-600^оС), т.к. эти элементы способствуют сохранению высоких значений предела текучести.

Стали, сохраняющие механические свойства при повышенных температурах, называются стойкими против ползучести (против возникновения остаточных удлинений при длительных нагрузках, меньших, чем предел текучести стали).

В сталях марок 35ХМЛ, 30ХНМЛ молибден может заменяться вольфрамом (из расчета три части вольфрама взамен одной части молибдена).

По своим литейным свойствам легированные стали мало отличаются от нелегированных, за исключением несколько повышенной склонности к возникновению трещин, что требует принятия надлежащих мер к уменьшению препятствий усадке отливок со стороны литейных форм и стержней.

Легированные стали отличаются от не легированных не только повышенными прочностными свойствами, но и лучшими физическими и химическими свойствами. Например, сталь с массовой долей никеля около 5% обладает высокой стойкостью в условиях морской воды и других средах, вызывающих растворение составляющих сплава, поэтому может в отдельных случаях заменять медные сплавы с оловом (бронзы).

Постоянно растущая потребность в отливках, обладающих такими свойствами, как коррозионная стойкость, жаростойкость, жаропрочность, износостойкость и т.д. при условии обеспечения необходимых механических свойств, привела к заметному расширению производства литых деталей из высоколегированных сталей. Эти стали согласно ГОСТ 2176-77 разделяют на шесть классов:

I класс – мартенситные стали (стали, имеющие кристаллическую решетку мартенсита – твердого раствора в альфа-железе)

марки: 20Х5МЛ, 20Х5ТЛ, 20Х8ВЛ, 20ХВЛ, 10Х14НДЛ, 09Х16Н4БЛ, 09Х17Н3СЛ, 40Х9С2Л, 10Х12НДЛ И 20Х12ВНМФЛ.

II класс – мартенситно – форритная сталь марки 15Х13Л

III класс – ферритная сталь марки 15Х25ТЛ

IV класс – аутенситно – мартенситные стали марок 08Х14Н7МЛ и 14Х18Н4Г4Л.

V класс – аустенитно-ферритные стали марок: 12Х25Н5ТМФЛ, 25Х25Н7СЛ, 40Х24Н12СЛ, 20Х20Н14С2Л, 16Х18Н12С4ТЮЛ, 10Х18Н3Г3Д2Л.

VI класс – аустенитные стали марки: 07Х18Н9Л, 10Х18Н9Л, 12Х18Н9ТЛ, 10Х18Н11БЛ, 12Х18Н12М3ТЛ, 55Х18Г14С2ТХ, 15Х23Н18Л, 20Х25Н19С2Л, 18Х25Н19СЛ, 45Х17Г13Н3ЮЛ, 15Х18Н22В6М2Л, 08Х17Н34В5Т3Ю2Л, 20Х21Н46В8Л, 35Х18Н24С2Л, 31Х19Н9МВБТЛ, 12Х18Н12БЛ, 110Г13Л, 120Г13Х2БЛ, 130Г14ХМФАЛ, 10Х17Н10Г4МБЛ.