Машиностроительные стали что такое

Конструкционная сталь,её классификация и особые свойства

Конструкционные стали используются для производства различных деталей, конструкций и механизмов в строительстве и машиностроении, они обладают особыми физико-механическими и эксплуатационными качествами. По сути, это один из типов металлического сплава, состав и метод производства которого подобран согласно необходимым техническим параметрам.

Конструкционная сталь бывает двух видов: машиностроительная и арматурная (строительная), они отличаются хорошей свариваемостью. Качество сплава определяется содержанием в материале серы и фосфора, которые влияют на хрупкость.

В зависимости от количества вредных элементов в сплаве (обозначается буквой «Ш») сталь бывает следующего качества:

• обычная (не более 0,05%);
• качественная (0,035%);
• высококачественная (0,025%);
• особо высокого качества (0,015%).

Каждый из видов находит широкое применение в различных сферах деятельности.

Машиностроительная конструкционная сталь общего назначения

Эти разновидности сплавов могут быть средне- и малоуглеродными, низко- и среднелегированными, их главные свойства – вязкость, надежность и эластичность.

В большинстве конфигураций конструкционные стали, назначение которых отвечать потребностям машиностроения в качественном металле, относятся к перлитным сплавам (доэвтектоидным). В их составе никель и молибден, улучшающие вязкость. Реализуются в виде необработанных листов или с закалкой, благодаря чему укрепляется верхний слой.

Марки и особенности машиностроительных сталей спецназначения

Химические и технологические свойства конструкционных сталей определяют сферу их использования. Сплавы бывают:

1. Жаростойкие. Выдерживают высокие температуры, не окисляются и не поддаются коррозии. Предназначены для изготовления деталей труб, емкостей для цементации, поршневых двигателей.
2. Криогенные. Сплавы с малым количеством углерода, отличающиеся улучшенными параметрами за счет дополнительной обработки.
3. Антикоррозионные. Отличаются высоким содержанием хрома, который защищает металл от коррозии. Применяются для производства труб, деталей гидравлического оборудования, турбин, карбюраторных валов.
4. Износоустойчивые. Высокоуглеродистые, высоколегированные сплавы, отличающиеся повышенной стойкостью к механическому износу и коррозии. Используются для производства наносного и измельчающего оборудования, траков.
5. Автоматные. Отличаются легкой обрабатываемостью и средней прочностью, из них изготавливают автомобильные детали высокой нагрузки, например, болты, гайки и шпильки.
6. Пружинные. Высокопрочные стали, они используются в производстве рессор и пружинных механизмов.

Классификация конструкционных сталей по назначению позволяет определить разновидность металла для конкретного производства.

Конструкционные стали широко применяются в производстве:

• гвоздей и проволоки;
• фасонного проката;
• элементов креплений;
• слабо нагруженных осей и валов;
• важных деталей конструкций и машин;
• труб цельнотянутых;
• сварных узлов;
• запчастей для машин и станков, подвергающихся интенсивным нагрузкам и др.

Хорошие технические параметры определяют надежность и долговечность службы металлов.

Сталь строительная – особенности и характеристики

Технологические свойства конструкционных сталей для производства арматуры такие:

• малое количество углерода (0,1–0,3%);
• ковкость;
• отличная свариваемость;
• высокая текучесть;
• ударная вязкость;
• твердость.

Для применения в строительстве используются малолегированные и углеродистые стали хорошей свариваемости. Легирование улучшает закалку металла и повышает предел его текучести.

Конструкционная сталь для строительства производится в виде проката, широких полос, прутков, поковок, листов. Нередко металл используется в качестве армирующего материала при обустройстве кровли, перекрытий, для сооружения различных инженерных конструкций.

Выбор марки стали, высокий класс точности изготовления и чистота обработки поверхностей, а также повышение их твердости (термическая обработка) – это важнейшие факторы, которые способствуют надежности и долговечности работы деталей.

Источник

Конструкционные

Конструкционные стали

Производство стали на протяжении нескольких десятилетий является важнейшей отраслью, без которых не может существовать промышленная и строительная деятельность. Все виды конструкционных сталей имеют целесообразность использования в различных сферах деятельности.

Конструкционные стали. Особенности, разновидности и их назначение

Для начала нужно рассмотреть само понятие конструкционные стали и что они могут из себя представлять. Любая разновидность стали – это особый сплав, у которого есть определенные свойства технологической направленности.

Разновидности конструкционной стали по типу материала

Конструкционные стали можно условно разделить и по типу сплава на 2 самостоятельные группы. Качественную конструкционную сталь следует отнести к первой группе и углеродистую ко второй. Углеродистая сталь в свою очередь подразделяется на сталь обыкновенного качества, качественную высококачественную и особо высококачественную. По степени окисления конструктивные углеродистые стали делятся на спокойные, полу спокойные и спокойные.

Легированные конструкционные стали

Конструкционно легированная сталь в своем составе содержит несколько химических веществ. К ним можно отнести марганец, никель, а также хром. Но они могут содержать не все три компонента, а только один химический показатель. Именно поэтому произошло разделение: на низколегированную сталь, где число различных добавок не дошло превышать свыше 2.5%; на средне легированную сталь, где показатель примесей можно увеличить только до 10%, высоколегированную сталь, в которой добавочные элементы могут быть свыше 10%.

Низколегированная конструкционная сталь

Низколегированная сталь нашла свое применение в производстве вагонов, подвижных составов, локомотивов, в технике для сельскохозяйственного и промышленного назначения. Любые изделия из низколегированной стали способны выдерживать очень большие и тяжелые нагрузки. Они не имеют какие-либо ограничения.

У легированной стали маркировка может быть следующей: две цифры (содержание углерода), буквы без цифр (легирующий элемент), буква и цифра (легирующий элемент в процентах) и буква в конце маркировки (показатель очень высокого качества стали).

Углеродистые конструкционные стали

Углеродистую конструкционную сталь можно также разделить на несколько условных разновидностей: автоматная, строительная и котельная. Из автоматной стали делают крепежные элементы. Она не подходит для сварочных работ, и все детали обрабатываются на специальных станках. Котельная сталь нужна для производства котлов, сосудов и других емкостей, которые предназначены выдерживать слишком высокие температурные режимы. Машиностроительная сталь используется при производстве автомобильной технике.

У углеродистой стали может быть следующей маркировка: ст. (обозначение стали), СП/ПС/КП (степень раскисления), буква Г (марганец — повышенное содержание). Примером может служить сталь 08ПС, Ст2пс, Ст3сп5, Ст20, Ст35, Ст40, Ст45, Ст3пс и другие.

Разновидности конструкционных сталей по типу назначения

Все конструкционные стали полежат разделению на машиностроительные и арматурные типы. Арматурные стали особенно популярны и пользуются большим спросом ввиду того, что их сварка отличается надежностью, легкостью и простотой. Можно услышать в кругах, что арматурные стали называют еще строительными. Это связано с их активным применением в строительных и производственных объемных работах. Сплавы разделяют на типы общего назначения и специального.

При производстве любого типа конструкционной стали, в ее сплав добавляется обязательно различные химические элементы и компоненты. Очень часто, в некоторые марки стали, могут входить составы, которые считаются вредными и опасными. К опасным элементам прежде всего, можно отнести химические компоненты: серу, фосфор. Именно он делают стальную продукцию слишком податливой и ломкой.

Арматурные типы (строительные)

У арматурного типа есть отличный показатель – ковкость, жидкая текучесть, твердость, прочный предел, ударная вязкость. Такие конструкционные стали обладают небольшим уровневым показателем статистического легирования. Сварка выполняется двумя основными способами. Процесс легирования нужен только для увеличения закаливаемости. За счет этого повышается показатель текучести. Здесть распространены стали 25Г2С, 35ГС, Ст3пс

Машиностроительные типы

Характеристики по общему назначению

Конструкционные сплавы, общего назначения делятся на две основные группы. Первая — среднелегированная и низколегированная. Вторая группа — среднеуглеродистая и малоуглеродистая.

При производстве сплава общего значения подвергается строгой проверке. Происходит контроль продукции и испытания на многие показатели. Особое внимание уделяется пластичности материала, проверяется прочность и надежность, материал проходит испытание на ударную вязкость. В зависимости от классификации металла, сферы его применения могут учитываться и другие не менее важные показатели. Их очень много и их также проверяют по некоторым важным характеристикам и свойствам.

Если рассматривать первую группу среднелегированных низколегированная, то они изготавливаются для машиностроителей. Такие сплавы относят к доэвтектоидным перлитным сталям. Для вязкости в этих марках используют никель и молибден. К таким сталям относят 40ХН2СМА, 40ХГТ, 40ХГР, 30Х3МФ, 45ХН2МФА, 25Х2ГНТРА, ЗОХГСН2А, 08Х15Н5Д2Т

Конструкционные сплавы, которые производятся для машиностроительной отрасли могут подразделяться с учетом метода их упрочнения. Таким образом, такую сортовую сталь можно подразделить на сплав с упрочнением верхнего слоя, без обработки и с упрочнением по всему объему.

Многие конструкционные стали применяются без термообработки. То есть они производятся и отпускаются потребителям в обычных листах металла. Для такой продукции есть одно важное условие – минимальное количество углерода и кремния. Именно небольшое количество кремния и углерода обеспечивают отличную стяжку материалу в холодном виде. То есть конструкционная сталь легко поддается нужной деформации. Среди этих сталей распространены такие марки как Ст3сп5, 08пс, 08Ю, Ст20, Ст30, Ст40 и другие

Если происходит выпуск качественной сортовой стали, то в свою очередь она должна пройти несколько вариантов термообработки: закалку, после которой можно проводить отпуск продукции, стандартную закалку металла с обязательным отпуском (наиболее эффективная сварка готовой продукции), и последний вариант нормализацию.

Характеристики по специальному назначению

Конструкционные стали специального назначения делят также на классы. Их изготовление может происходить на основе никеля или железо никеля. Классификация сплавов выглядит следующим образом: литейные, износостойкие, автоматные, жаропрочные, криогенные, пружинные, жаростойкие, шарикоподшипниковые и коррозионностойкие.

Если состав жаростойкий, то в нем допускает присутствие кремния, но только в небольших количествах. Такие сплавы могут эксплуатироваться при температуре свыше 550°С. Есть у жаростойкого сплава и ряд других преимуществ, например, стали, относящиеся к специальному назначению не подвержены окислению, коррозии. Однако у них также есть небольшой минус – возникновение ползучести при воздействии сильных нагрузок. Трубы, элементы поршневых двигателей и емкостей для цементации стали производят из сплавов специального назначения. В состав жаростойких конструкционных сталей входят марки: 12Х17, 12Х18Н9, 08Х18Н10Т, 10Х18Н10Т, 12Х13, 14Х17Н2, 12Х18Н9, 06Х12Н3Д и другие.

Раннее уже упоминалось, что стали (низко углеродная и высоколегированная) обладают прекрасными свойствами. К ним можно отнести вязкость, мягкость и пластичность материала (криогенные сортовые сплавы). Криогенные сортовые сплавы в эксплуатации показывают отличные результаты по ползучести. Они устойчивы, имеют хорошую сопротивляемость к коррозии. Жаропонижающую сталь используют в производстве многих материалов, оборудования, например, паротурбинного или газового. То есть применение жаропрочной стали нужно для оборудования, которое работает при температуре свыше 400°С.

Например, коррозионностойкие металлы в своем составе имеют свыше 12% хрома. Такой показатель позволяет сплавы использовать для производства продукции, которая в дальнейшем будет использована в коррозионных средах. К таким антикоррозионным средам можно отнести – иглы, лопатки турбин, карбюраторные иглы, трубы, компоненты гидравлической аппаратуры и другие аналоги. Коррозионную сталь можно условно разделить на мартенситно-стареющую, астеничную, ферритную и мартенситную.

Если рассматривать износостойкие сплавы, то они бывают высоколегированными. В них содержится малое количество углерода. Свое применение такие сплавы нашли в лопастях насосного оборудования, дробилках и траков. Они очень стойкие по отношению к механическому воздействию и изнашиванию, а также к коррозии.

У пружинных сталей завышенный предел прочности, упругости, пластичности и вязкости. Они подразделяются на среднеуглеродные и низколегированные. Такая сталь идет на изготовление рессоров и пружин.

Сплавы автоматные, которые считаются качественной конструктивной сталью своем составе содержат марганец, фосфор, серу и углерод. У них прекрасные физические и химические свойства. Они в разы увеличиваются при легировании их свинцом, селеном и кальцием. Свое применение такая сталь нашла в автомобильных деталях (шпильки, болты, шайбы и гайки).

Источник

Углеродистые конструкционные стали: классификация, свойства, применение

Углеродистые конструкционные стали можно с полным основанием назвать универсальным материалом, который успешно используется не только для производства деталей различных механизмов и машин, но и для изготовления элементов строительных конструкций. Возможность такого широкого использования этого материала обеспечивается целым набором качественных характеристик, которыми он обладает.

Конструкционная сталь марки 14 Г2АФ (квадрат) предназначена для изготовления ответственных изделий

Что собой представляет конструкционная сталь

К данной категории относятся углеродистые стали, которые должны обладать целым набором технологических характеристик, определяющих эффективную и длительную эксплуатацию изделий из них. Это возможно благодаря тому, что специалисты тщательно подбирают химический состав сплавов, постоянно совершенствуют методы упрочнения их поверхностного слоя, используют различные технологии термообработки, а также металлургические методы, позволяющие значительно повысить качество готового металла.

По назначению конструкционные стали делятся на два типа:

• сплавы для производства продукции в машиностроительной сфере;
• строительные конструкционные стали, которые также называют арматурными (они отличаются в том числе хорошей свариваемостью).

Углеродистые стали, которые называют конструкционными, могут быть общего или специального назначения. В их химическом составе, кроме полезных добавок, содержатся и вредные примеси, наиболее значимыми из которых являются сера и фосфор. Повышенное содержание данных элементов в составе стали делает изделия из нее очень хрупкими, а также значительно ухудшает их свариваемость.

Химический состав углеродистых конструкционных сталей

Именно из-за серьезного влияния таких вредных примесей, как сера и фосфор, на характеристики конструкционных углеродистых сталей в зависимости от количественного содержания данных элементов такие сплавы подразделяются на стали обыкновенного качества, качественные, высококачественные и особовысококачественные.

В конструкционных углеродистых сталях данных категорий сера и фосфор содержатся в следующих количествах:

• в сплавах обыкновенного качества (их можно отличить по маркировке «Ст») – не более 0,05%;
• качественных (обозначаются как «Сталь») – не более 0,035%;
• высококачественных (маркируются буквой «А») – не более 0,025%;
• отличающихся особо высоким качеством (маркировка – буква «Ш») – не более 0,015%.

Качественные углеродистые конструкционные стали и области их использования

Углеродистые стали, относящиеся к конструкционным, классифицируются и по другим признакам, о которых будет сказано ниже.

Конструкционные стали в машиностроительной отрасли

Особенности химического состава позволяют выделить в конструкционных сталях, используемых для производства машиностроительной продукции, две большие группы:

• мало- и среднеуглеродистые;
• низко- и среднелегированные.

Состав и свойства углеродистых машиностроительных сталей

Углеродистые стали, используемые для производства различной продукции в машиностроительной отрасли, должны соответствовать целому ряду качественных и механических характеристик, к самым значимым из которых относятся:

• ударная вязкость;
• пластичность;
• прочность.

Структура большей части конструкционных углеродистых сталей, используемых для производства машиностроительной продукции, относится к доэвтектоидному перлитному типу. Наиболее популярными марками таких сталей являются 30Х2ГСН2ВМ, 30ХГСН2А, 40ХН2СМА, 25Х2ГНТРА и др. Чтобы увеличить вязкость углеродистых сплавов данного типа, в их состав вводят молибден и никель.

Сталь марки 25Х2ГНТА используется для изготовления болтов, балок и сосудов

На различные типы машиностроительные конструкционные стали подразделяют еще и в зависимости от того, подвергнуты ли упрочнению изделия, которые из них изготовлены. Так, различают изделия:

• не подвергавшиеся упрочнению;
• у которых упрочнению подвергнут только поверхностный слой;
• у которых упрочнению подвергнут весь объем металла.

Отдельные марки машиностроительных конструкционных сплавов (08кп, 15кп, Ст3 и др.), из которых изготавливается преимущественно листовой металл, не подвергаются никакой термической обработке. Поскольку такой листовой металл используется для производства различных изделий методом деформирования в холодном состоянии, к его пластичности предъявляются повышенные требования. Такую пластичность обеспечивает минимальное количество кремния и углерода. Кроме способности хорошо деформироваться в холодном состоянии, стали данных марок характеризуются и отличной свариваемостью.

Химический состав штамповых сталей

Конструкционные стальные сплавы, относящиеся к категории качественных, в обязательном порядке подвергаются термической обработке:

• закалке поверхностного слоя, после которой может быть проведен отпуск металла;
• закалке, выполняемой по стандартной технологии, после которой в обязательном порядке проводится процедура отпуска (сочетание данных типов термообработки металла дает хорошую свариваемость изделий из него);
• нормализации металла.

Марки и характеристики машиностроительных конструкционных сплавов

Машиностроительные стали специального назначения могут иметь никелевую или железоникелевую основу. Кроме того, их подразделяют на следующие категории:

• используемые для производства изделий методом литья;
• так называемые автоматные;
• отличающиеся повышенной износостойкостью;
• с повышенной коррозионной устойчивостью;
• шарикоподшипниковые;
• пружинные;
• отличающиеся повышенной жаростойкостью;
• криогенные, не теряющие своих качественных характеристик при воздействии низких температур;
• жаропрочные.

Марки автоматных сталей

Жаростойкие стальные сплавы, в химическом составе которых содержится незначительное количество кремния, могут успешно эксплуатироваться при температурах, достигающих 5500 Цельсия. Такие углеродистые стали, кроме своей жаростойкости, отличаются целым рядом значимых характеристик: они успешно эксплуатируются в окислительных и науглероживающих средах, не подвергаются газовой коррозии. Есть у них и серьезный недостаток, проявляющийся в том, что под воздействием значительных нагрузок они начинают проявлять ползучесть.

К наиболее популярным маркам таких сталей относятся 12Х17, 15Х28, 15Х6СМ, 20Х20Н14С2 и др. Они используются преимущественно для производства:

• емкостей, в которых выполняется цементация стальных деталей;
• деталей двигателей поршневого типа;
• трубных изделий различного назначения.

Свойства жаропрочных сталей

К группе криогенных сплавов, которые отличаются высокой вязкостью и пластичностью, могут относиться как низкоуглеродистые, так и высоколегированные стали. Что характерно, ползучесть таких сталей повышается не только при понижении температуры их эксплуатации, но и при выполнении термической обработки, которая заключается в нормализации и последующем отпуске. Маркировка конструкционных сплавов данного типа регламентируется требованиями соответствующего ГОСТа (5632).

Конструкционные углеродистые стали, относящиеся к категории жаропрочных, обладают повышенной ползучестью. Их отличает и такое качество, как высокая сопротивляемость химической коррозии. Эти углеродистые стали оптимально подходят для производства труб, деталей газовых и паровых турбин, работающих при температурах в интервале 400–6500 Цельсия. Наиболее востребованными марками являются 15ХМ, 15Х5М, 12Х18Н9Т, ХН70Ю и др.

Цельнокованый ротор турбины, произведенный из стали 25Х1М1ФА

Конструкционные углеродистые стали, относящиеся к категории коррозионностойких, отличаются тем, что в их составе содержится более 12,5% хрома. Именно данный элемент дает возможность успешно использовать их для производства изделий, которые испытывают воздействие агрессивных сред (трубы различного назначения, карбюраторные валы, лопатки паровых турбин и др.). Такие стали могут быть нескольких типов:

• с мартенситной структурой (30Х13, 12Х13, 20Х17Н2, 95Х18);
• с мартенситно-стареющей (09Х15Н8Ю, 10Х17Н13М3Т);
• с аустенитной и ферритной (12Х18Н10Т, 15Х28 и др.).

Чтобы изделия из конструкционных углеродистых сталей всех указанных выше типов хорошо сваривались, их необходимо подвергнуть отпуску. Примечательно, что, несмотря на значительные различия в своих качественных характеристиках, жаропрочные, жаростойкие и криогенные стали принадлежат к коррозионностойким сплавам.

Особенности других типов конструкционных сталей

Конструкционные сплавы, относящиеся к категории износостойких, содержащие в своем составе значительное количество легирующих добавок, могут быть низко- и высокоуглеродистыми. Из таких сталей, отлично противостоящих не только механическому изнашиванию, но и кавитационной коррозии, производят элементы дробильного оборудования, траки, лопасти насосного оборудования и др. Наиболее популярными марками этих сплавов являются ОХ14АГ12, ОХ14АГ12М, 12Х18Н9Т, Г13.

Углеродистые стали, которые относятся к категории автоматных (А40Г, АЦ40Г2, АЦ45Х и др.), включают различные элементы: 0,6–1,5% марганца, 0,05–0,16% фосфора, 0,05–0,3% серы. Углерода в таких сплавах содержится до 0,45%. Значительно улучшить их качественные характеристики позволяет добавление таких элементов, как селен, свинец и кальций. Из этих конструкционных углеродистых сталей, не отличающихся высокой прочностью, изготавливают детали для автопрома: болты, шпильки, шайбы и др.

Сферы применения некоторых пружинистых сталей

Пружинистые стали (50ХФА, 55С2, 60С2ХФА, 65ГЮ, 70С2ХА и др.) в полном соответствии со своим названием отличаются хорошей вязкостью и пластичностью, также их характеризуют высокая прочность и упругость. Сюда относятся как низколегированные, так и среднеуглеродистые сплавы, в которых содержится 0,6–0,8% углерода. При их сваривании могут образовываться трещины. Такие стали используются для производства пружин и рессор различного назначения.

К категории улучшаемых относят конструкционные стали, внутреннюю структуру которых составляет мартенсит в форме мелких игл. В плотной структуре таких углеродистых сплавов отсутствуют неметаллические включения, а также карбидная ликвация и сетка. Главными достоинствами этих низколегированных и высокоуглеродистых сталей (содержание углерода – до 1,05%) являются повышенная твердость и износостойкость. Отличительной особенностью маркировки таких сплавов является то, что она всегда начинается с литеры «Ш» (ШХ4, ШХ15Ш, ШХ15СГ и др.).

Сталь марки ШХ15 применяется для производства изделий. от которых требуется износостойкость, высокая твердость и контактная прочность

Конструкционные стали в строительстве

Конструкционные углеродистые стали, используемые в строительстве, отличаются небольшим объемом легирующих элементов (хрома, марганца и кремния), а также содержанием углерода в пределах 0,1–0,2%. Такие стали, кроме хорошей свариваемости, наделены следующими характеристиками, которые особенно полезны при изготовлении строительных конструкций:

• хорошей ковкостью и жидкотекучестью;
• высокой твердостью и ударной вязкостью;
• оптимальными параметрами относительного удлинения и прочности.

При сооружении мостовых переходов и путепроводов используются стали 10ХСНД, 15ХСНДА, 16Д ГОСТ 6713-91 и другие

Изготовление изделий, используемых в строительной сфере, не из углеродистых, а из низколегированных сталей позволяет значительно сэкономить на используемом сырье (до 30%). Легирование таких сталей не только улучшает их закаливаемость, но и повышает предел их текучести.

Наиболее популярными марками рассматриваемых сталей, которые поставляются в виде сортового проката, листов, полос и прутков, являются:

Стали для строительных конструкций

Как уже отмечалось выше, стали данной категории легко поддаются сварке, а также другим методам обработки, что позволяет без особых трудозатрат создавать из них строительные конструкции любого размера и конфигурации.

Источник