6.7 Классификация и маркировка углеродистых сталей

Углеродистые стали классифицируют по различным признакам, в том числе – по способу выплавки (мартеновские, конверторные и электростали), по способу раскисления (кипящие, полуспокойные и спокойные), по качеству (обыкновенного качества и качественные), по структуре (доэвтектоидные, эвтектоидные и заэвтектоидные), по назначению (конструкционные и инструментальные).

Конструкционные углеродистые стали выпускают в соответствии с двумя стандартами. Стали обыкновенного качества (ГОСТ-380 – 88) и качественные стали (ГОСТ-1080 – 88). Что касается сталей обыкновенного качества, то следует учитывать, что в предыдущем варианте стандарта предусматривалось деление этих сталей на категории А, Б, В. В новом варианте это деление отсутствует и стали поставляются в соответствии с химическим составом (содержанием углерода и основных примесей). Этому соответствуют определенные механические свойства, указанные в таблице ГОСТа. Это обстоятельство указано далеко не во всех более поздних по сроку издания учебниках.

Маркируются стали обыкновенного качества буквами «Ст» и цифрами от 0 до 6. После цифры указывают способ раскисления. Если стоят буквы «кп», значит сталь кипящая, «пс» - полуспокойная, отсутствие букв - спокойная. Надо отметить, что цифры в маркировке имеют косвенное отношение к содержанию углерода. Они не показывают его содержание, но, чем цифра больше, тем больше углерода (табл.6.2).

Таблица 6.2 – Содержание углерода в сталях обыкновенного качества

Марка стали	С	Марка стали	С
Ст0	0,23
Ст1кп, Ст1сп	0,06 - 0,12	Ст4кп, Ст4сп	0,18 – 0,27
Ст2кп, Ст2сп	0,09 – 0,15	Ст5пс,Ст5сп	0,28 – 0,37
Ст3кп, Ст3пс, Ст3сп	0,14 – 0,22	Ст6пс, Ст6сп	0,38 – 0,49

Качественные углеродистые конструкционные стали маркируются только числами, причем число показывает среднее содержание углерода в стали в сотых долях процентов. Например, 08 – сталь с содержание углерода 0,08%, 25 – содержание углерода 0,25% и т.д.

Инструментальные углеродистые стали - это стали высокоуглеродистые, чтобы выполнить требования предъявляемые к инструменту, используются для изготовления инструментов, которые во время работы не нагреваются до температур выше 150 - 200°С и не испытывают больших ударных нагрузок. Маркируются буквой У и числом, показывающим содержание углерода в десятых долях процентов. Обычно применяют стали от У7 до У13. Если после числа следует буква А, значит сталь повышенного качества с более низким содержанием серы и фосфора.

6.8 Формирование структуры чугунов

Чугуны – это сплавы железа с углеродом с его содержанием более 2%, т.е. правее точки Е по диаграмме железо – углерод. В чугунах, в отличие от сталей, обязательно происходит эвтектическое превращение, значит высокоуглеродистая фаза (цементит или графит) образуется из жидкости, а это значительно облегчает образование стабильной фазы – графита. Поэтому в чугунах может, в зависимости от условий кристаллизации образоваться либо графит, либо цементит.

Если в чугуне весь углерод находится в связанном состоянии (в виде цементита), то такие чугуны называют белыми. Если в чугуне после окончания кристаллизации весь углерод находится в свободном состоянии (в виде графита), значит образовался серый чугун.

Вероятность образования того или иного чугуна зависит от условий кристаллизации – скорости охлаждения и химического состава чугуна. Поскольку цементит это фаза метастабильная и содержит гораздо меньше углерода, а графит – стабильная фаза и содержит 100% углерода, то чем меньше скорость охлаждения во время кристаллизации, тем больше вероятность образования графита, т.е. серого чугуна и чем выше скорость охлаждения при кристаллизации, тем выше вероятность образования белого чугуна.

Кроме того, есть химические элементы, которые способствуют образованию графита или карбидной фазы. Они так и разделяются на группы – карбидообразующие и графитизирующие. Наиболее характерным графитизирующим элементом является кремний. Чем больше кремния в составе чугуна, тем больше вероятность образования графита. Поэтому серые чугуны имеют в своем составе повышенное количество кремния – до 3 – 6%. Влияние этих факторов на формирование структуры отражено на структурных диаграммах для чугунов (рис 6.5).

5 7

4

6

3

5

2

І ІІ ІІІ ІV V І II ІII ІV V

1 4

0 1 2 3 4 5 6 7 0 25 50 75

а б

а – влияние содержания углерода и кремния на структуру чугуна при толщине стенки 50 мм;

б – влияние скорости охлаждения (толщины отливки) и суммы C + Si на структуру чугуна;

І – белые чугуны; ІІ - половинчатые; ІІІ – серые перлитные; IV - серые феррито-перлитные; V – серые ферритные

Рисунок 6.5 – Структурные диаграммы для чугунов

По характерным особенностям микроструктуры белые чугуны разделяют на доэвтектические, эвтектические и заэвтектические. Чугуны с графитом классифицируют по двум структурным особенностям – по форме графитных включений (пластинчатая, шаровидная и хлопьевидная) и по типу металлической основы (перлитная, ферритная и феррито-перлитная). Чугуны с пластинчатым графитом – это обычные серые чугуны, с шаровидным графитом называют высокопрочными, а с хлопьевидным – ковкими.