19. Конструкционные стали

Конструкционные стали представляют собой особые виды сплавов, которые применяются для изготовления различных конструкций, деталей и механизмов, используемых при производстве станков, машин, всевозможного оборудования, а также при строительстве объектов. Свойства, физические и механические качества конструкционных сталей обусловлены составом сплавов, в которых нередко сдержатся всевозможные вредные примеси. Самыми опасными из химических элементов, влияющих на прочностные характеристики конструкционных сталей, являются сера и фосфор, которые придают сплавам хрупкость и ломкость. В зависимости от количества их содержания конструкционные стали подразделяются на обыкновенные, качественные, высококачественные и особовысококачественные. Содержание вредных примесей в них колеблется от 0,05 до 0,015%. Конструкционные обыкновенные стали имеют несколько подгрупп, классификация по которым осуществляется не только по наличию тех или иных химических компонентов, но и на основании технических характеристик получаемых сплавов. Основное их предназначение – изготовление балок, швеллеров, заклепок, уголков, болтов, труб, гвоздей и проволоки, т.е. тех деталей и предметов, которые при эксплуатации не подвержены повышенным физическим и механическим нагрузкам. Конструкционные качественные стали имеют гораздо меньше химических добавок и механических вкраплений. При их производстве допустимый уровень таких вредных примесей, как сера и фосфор, не может превышать 0,04%. Качественные конструкционные стали имеют более широкую область применения. В частности, из них методом холодной штамповки изготавливают различные детали, используемые в машиностроении, а также всевозможные пружины и рессоры. Следует отметить, что обыкновенные и качественные конструкционные стали являются углеродистыми, однако содержание этого химического вещества в них является незначительным. Именно этим объясняется их мягкость и легкость в механической обработке. К высококачественной конструкционной группе относятся практически все виды легированных сталей, которые отличаются повышенными прочностными характеристиками. Они используются в тяжелом и легком машиностроении, применяются для изготовления инструментов, различных строительных конструкций, востребованы при изготовлении всевозможных деталей для сельхозтехники. При этом высококачественные конструкционные стали имеют более десятка различных подргупп, классификация по которым осуществляется на основе их физико-химических свойств и области применения. Так, высококачественные конструкционные стали могут быть арматурными, строительными, цементируемыми. Кроме этого, существуют стали, предназначенные исключительно для холодной штамповки или же обладающие свойствами улучшения прочностных характеристик при термической обработке. Тем не менее, изделия, изготовленные и высококачественной конструкционной стали, не рассчитаны на повышенные нагрузки. Для этих целей применяются различные виды особовысококачественной конструкционной стали, которые обладают уникальными характеристиками. К наиболее распространенной группе особовысококачественных конструкционный сталей относятся так называемые мартенисто-стареющие сплавы, обладающие повышенным пределом выносливости. Основная их область применения заключается в изготовлении высоконагруженных деталей, а также тросов и крепежей. К числу особовысококачественный видов также относятся шарикоподшипниковые конструкционные стали и специальные сплавы, обладающие повышенной износостойкостью, жаростойкостью и пониженной чувствительностью к коррозии. Кроме этого, для работы в агрессивной среде нередко применяются двухслойные стали, в состав которых входит никель и хром. Следует также отметить, что к особовысококачественным видам относятся криогенные виды конструкционной стали, которые не утрачивают своих прочностных характеристик при низких температурах, поэтому могут использоваться в условиях вечной мерзлоты при строительстве объектов, а также для изготовления особо прочных емкостей, применяемых при транспортировке сжиженных газов. 

20. Классификации инструментальных сталей и сплавов

По структурному признаку различают:

а) стали, содержащие С сверх эвтектоидной концентрации и имеющие после закалки твердую металлическую основу (мартенсит), в которой распределены еще более твердые включения (карбиды); б) доэвтектоидные стали с повышенным содержанием С, получающие после закалки мартенситную структуру и высокую твердость; в) аустенитные сплавы с пониженным содержанием С (0,1-0,4%), приобретающие высокую твердость вследствие карбидного и интерметаллидного упрочнения; г) стали, устойчивые против коррозии и имеющие повышенное содержание С.

Cтали неглубокой прокаливаемости.

Стали для режущих и измерительных инструментов по технологическим свойствам подразделяются на стали неглубокой прокаливаемости и стали глубокой прокаливаемости.

Cтали неглубокой прокаливаемости подразделяются на углеродистые и легированные с небольшим содержанием хрома (до 0,7%) и ванадия V, а также мало прокаливающиеся вольфрамовые стали, не содержащие других легирующих элементов.

Быстрорежущие стали

Быстрорежущие стали обладают высокой твердостью, прочностью, износостойкостью и красностойкостью. Применяются для высокоскоростного резания.

Стали глубокой прокаливаемости

Стали для режущих и измерительных инструментов по технологическим свойствам подразделяются на стали неглубокой прокаливаемости и стали глубокой прокаливаемости.

Стали глубокой прокаливаемости обладают большей устойчивостью переохлажденного аустенита; при закалке они приобретают мартенситную структуру и высокую твердость. В закаленном состоянии эти стали сохраняют больше остаточного аустенита, чем стали неглубокой прокаливаемости, что уменьшает объемные изменения и деформацию.

Легированные стали для ударного инструмента

Химический состав и назначение легированных сталей для ударного инструмента приведен в таблице.

Легированные стали для штампов холодного деформирования.

Эти стали должны обладать твердостью и прочностью, большими, чем твердость и прочность деформируемого металла; высокой износостойкостью; достаточной вязкостью; соответствующей прокаливаемостью; незначительными объемными изменениями при закалке.

Твердые сплавы

Применение специальных твердых сплавов дает возможность вести обработку металлов со сверхвысокими скоростями резания, поскольку эти сплавы обладают очень высокой твердостью, износоустойчивостью и красностойкостью. Основу твердых сплавов составляют карбиды тугоплавких металлов: WC, TiC, VC, TaC, NbC, CrC и др., которые имеют высокие температуры плавления, повышающие температуры плавления исходных металлов.

Легированные стали для штампов горячего деформирования

Легированные стали для штампов горячего деформирования применяют при попеременном нагреве и охлаждении рабочей поверхности штампов. Эти стали должны обладать высоким сопротивлением пластической деформации (большим, чем у обрабатываемого металла), обеспечивающим сохранение форм и размеров штампа; высокой теплостойкостью, обеспечивающей сохранение механических свойств и износостойкости при значительном нагреве; высокой разгаростойкостью (сопротивлением термической усталости при переменном нагреве и охлаждении рабочей поверхности). При этом разгаростойкость тем больше, чем ниже содержание С (а также W), меньше твердостьстали и выше температуры критических точек. При весьма низком содержании С и недостаточной твердости снижаются прочностные характеристики штамповых сталей.