Классификация сталей. Термическая обработка сталей

1.

2. КЛАССИФИКАЦИЯ СТАЛЕЙ.

I.
II.
Сталь - деформируемый
сплав железа с углеродом и
другими элементами.
Сплав железа с углеродом,
содержащий более 2,14%
углерода, называют чугуном.

3.

Сталь
классифицируют по:
- химическому составу;
- по микроструктуре;
- способу производства
и качеству
(содержанию вредных
примесей);
- по назначению.

4. Классификация стали по назначению

5. Конструкционные стали

принято
делить на строительные, для холодной
штамповки, цементируемые,
улучшаемые, высокопрочные,
рессорно-пружинные,
шарикоподшипниковые, автоматные,
коррозионно-стойкие, жаростойкие,
жаропрочные, износостойкие стали.

6. Строительные стали

К строительным сталям
относятся углеродистые стали
обыкновенного качества, а
также низколегированные
стали. Основное требование к
строительным сталям - их
хорошая свариваемость.

7. Стали для холодной штамповки

Для холодной штамповки
применяют листовой прокат из
низкоуглеродистых качественных
марок стали 08Ю, 08пс и 08кп.

8. Цементируемые стали

применяют для
изготовления деталей, работающих в
условиях поверхностного износа и
испытывающих при этом динамические
нагрузки. К цементируемым относятся
малоуглеродистые стали, содержащие
0,1-0,3% углерода, а также некоторые
легированные стали.

9. Улучшаемые стали

К улучшаемым сталям относят стали,
которые подвергают улучшению термообработке, заключающейся в
закалке и высоком отпуске. К ним
относятся среднеуглеродистые стали,
хромистые стали, хромистые стали с
бором, хромоникелевые,
хромокремниемарганцевые,
хромоникельмолибденовые стали.

10. Высокопрочные стали

- это стали, у
которых подбором химического
состава и термической обработкой
достигается предел прочности
примерно вдвое больший, чем у
обычных конструкционных сталей.
Такой уровень прочности можно
получить в среднеуглеродистых
легированных сталях.

11. Пружинные стали

Пружинные (рессорно-пружинные) стали
сохраняют в течение длительного времени
упругие свойства, поскольку имеют высокий
предел упругости, высокое сопротивление
разрушению и усталости. К пружинным
относятся углеродистые стали (65, 70) и
стали, легированные элементами, которые
повышают предел упругости - кремнием,
марганцем, хромом, вольфрамом, ванадием,
бором.

12. Подшипниковые стали

Подшипниковые (шарикоподшипниковые)
стали имеют высокую прочность,
износоустойчивость, выносливость. К
подшипниковым предъявляют повышенные
требования на отсутствие различных
включений, макро- и микропористости.
Обычно шарикоподшипниковые стали
характеризуются высоким содержанием
углерода (около 1%) и наличием хрома.

13. Автоматные стали

используют для
изготовления неответственных деталей
массового производства (винты, болты, гайки
и др.), обрабатываемых на станкахавтоматах. Эффективным металлургическим
приемом повышения обрабатываемости
резанием является введение в сталь серы,
селена, теллура, а также свинца, что
способствует образованию короткой и ломкой
стружки, а также уменьшает трение между
резцом и стружкой. Недостаток автоматных
сталей - пониженная пластичность.

14. Износостойкие стали

применяют для
деталей, работающих в условиях
абразивного трения, высокого давления
и ударов (крестовины железнодорожных
путей, траки гусеничных машин, щеки
дробилок, черпаки землеройных
машин, ковши экскаваторов и др.).
Пример износостойкой стали высокомарганцовистая сталь.

15. Коррозионно-стойкие (нержавеющие) стали

легированные стали с большим содержанием хрома
(не менее 12%) и никеля. Хром образует на
поверхности изделия защитную (пассивную)
оксидную пленку. Углерод в нержавеющих сталях нежелательный элемент, а чем больше хрома, тем
выше коррозионная стойкость. Структура для
наиболее характерных сплавов этого назначения
может быть: ферритно-карбидной и мартенситной для слабых агрессивных сред (воздух, вода, пар);
ферритной (15X28) - для растворов азотной и
фосфорной кислот; аустенитной - в морской воде,
органических и азотной кислотах, слабых щелочах;
мартенситно-стареющей - в фосфорной, уксусной и
молочной кислотах.

16. Коррозионностойкие стали и сплавы

Коррозионно-стойкие стали классифицируют
в зависимости от агрессивности среды, в
которой они используются, и по их основному
потребительскому свойству на собственно
коррозионно-стойкие, жаростойкие,
жаропрочные и криогенные. Изделия из
собственно коррозионностойких сталей
(лопатки турбин, клапаны гидравлических
прессов, пружины, карбюраторные иглы,
диски, валы, трубы и др.) работают при
температуре эксплуатации до 550°С.

17. Жаропрочные стали

способны работать
в нагруженном состоянии при высоких
температурах в течение определенного
времени и при этом обладают
достаточной жаростойкостью. Данные
стали и сплавы применяются для
изготовления труб, клапанных, паро- и
газотурбинных деталей (роторы,
лопатки, диски и др.).

18.

Для жаропрочных и жаростойких
машиностроительных сталей используются
малоуглеродистые и высоколегированные.
Жаропрочные стали и сплавы в своем составе
обязательно содержат никель, который обеспечивает
существенное увеличение предела длительной
коррозионной прочности при незначительном
увеличении предела текучести и временного
сопротивления, и марганец. Они могут дополнительно
легироваться молибденом, вольфрамом, ниобием,
титаном, бором, йодом и др. Так, микролегирование
бором, а также редкоземельными и некоторыми
щелочноземельными металлами повышает такие
характеристики, как число оборотов при кручении,
пластичность и вязкость при высоких температурах.
Рабочие температуры современных жаропрочных
сплавов составляют примерно 45-80% от температуры
плавления.

19. Эти стали классифицируют по температуре эксплуатации: - при 400-550°С - при 500-600°С - при 600-650°С - Жаростойкие стали

20.

Жаростойкие (окалиностойкие) стали обладают
стойкостью против химического разрушения
поверхности в газовых средах, в том числе
серосодержащих, при температурах +550-1200°С в
воздухе, печных газах, окислительных и
науглероживающих средах и работают в
ненагруженном или слабонагруженном состоянии,
так как могут проявлять ползучесть при
приложении больших нагрузок. Жаростойкие стали
характеризуют по температуре начала
интенсивного окисления. Величина этой
температуры определяется содержанием хрома в
сплаве. Так, при 15% Cr температура эксплуатации
изделий составляет +950°С, а при 25% Сг до
+1300°С. Жаростойкие стали также легируют
никелем, кремнием, алюминием.

21. Криогенные стали

Криогенные машиностроительные стали и
сплавыпо химическому составу являются
низкоуглеродистыми и высоколегированными
сталями аустенитного класса. Основными
потребительскими свойствами этих сталей
являются пластичность и вязкость, которые с
понижением температуры (от +20 до -196°С) либо
не меняются, либо мало уменьшаются, т.е. не
происходит резкого уменьшения вязкости,
характерного при хладноломкости. Криогенные
машиностроительные стали классифицируют по
температуре эксплуатации в диапазоне от -196 до
-296°С и используют для изготовления деталей
криогенного оборудования.

22. Инструментальные стали

по
назначению делят на стали для
режущих, измерительных
инструментов, штамповые
стали.

23. Стали для режущих инструментов

должны
быть способными сохранять высокую
твердость и режущую способность
продолжительное время, том числе и при
нагреве. В качестве сталей для режущих
инструментов применяют углеродистые,
легированные инструментальные,
быстрорежущие стали.

24. Углеродистые инструментальные стали

содержат 0,65-1,32% углерода.
Например, стали марок. К данной
группе, помимо нелегированных
углеродистых инструментальных
сталей, условно относят также стали с
небольшим содержанием легирующих
элементов, которые не сильно
отличаются от углеродистых.

25. Легированные инструментальные стали

В данную группу сталей входят
стали, содержащие легирующие
элементы в количестве 1-3%.
Легированные инструментальные
стали имеют повышенную (по
сравнению с углеродистыми
инструментальными сталями)
теплостойкость - до +300°С.

26. Быстрорежущие стали

применяют для
изготовления различного режущего
инструмента, работающего на высоких
скоростях резания, так как они
обладают высокой теплостойкостью - до
+650С.

27. Стали для измерительных инструментов

Инструментальные стали для измерительных
инструментов (плиток, калибров, шаблонов)
помимо твердости и износостойкости должны
сохранять постоянство размеров и хорошо
шлифоваться. Измерительные скобы, шкалы,
линейки и другие плоские и длинные
инструменты изготовляют из листовых. Для
получения рабочей поверхности с высокой
твердостью и износостойкостью инструменты
подвергают цементации и закалке.

28. Штамповые стали

обладают
высокой твердостью и
износостойкостью,
прокаливаемостью и
теплостойкостью.

29. Стали для штампов холодного деформирования

Эти стали должны обладать высокой
твердостью, износостойкостью и
прочностью, сочетающейся с
достаточной вязкостью, также должны
быть теплостойкими. Во многих
случаях для изготовления штампов для
холодного деформирования используют
быстрорежущие стали.

30. Стали для штампов горячего деформирования

Эти стали должны иметь высокие
механические свойства (прочность и
вязкость) при повышенных
температурах и обладать
износостойкостью, окалиностойкостью,
разгаростойкостью и высокой
теплопроводностью.

31. Валковые стали

Данные стали применяют для
рабочих, опорных и прочих валков
прокатных станов, бандажей
составных опорных валков, ножей
для холодной резки металла,
обрезных матриц и пуансонов.

32. Термическая обработка стали

33.

Термическая обработка придает стальным
изделиям определенные механические
свойства: высокую твердость, повысив
этим сопротивление износу, меньшую
хрупкость для улучшения обработки или
повышения ударной вязкости и т. д. Это
достигается нагревом и последующим
охлаждением стали по строго
определенному температурному режиму. В
результате в нужном направлении
изменяется структура стали, которая и
определяет ее механические свойства.

34. Различают следующие виды термической обработки стали: -закалку -отпуск -отжиг -нормализацию -обработку холодом

35.

Закалка — термическая обработка стали путем ее
нагрева до определенной температуры, некоторой
выдержки при этой температуре до завершения
фазовых превращений с быстрым последующим
охлаждением в воде, масле и других жидкостях. При
закалке увеличиваются твердость и прочность, но
снижается ударная вязкость. Закаленная сталь
обладает большой хрупкостью, что делает ее
малопригодной для практического использования.

36.

Отпуску подвергают сталь после закалки для
уменьшения хрупкости и ослабления внутренних
напряжений. Отпуск стали заключается в нагреве ее ниже
температуры закалки с последующим постепенным
охлаждением на воздухе. В зависимости от вида отпуска
изделие нагревают от 150 до 550°С. С повышением
температуры отпуска сильно изменяются механические
свойства закаленной стали: предел прочности и твердость
понижаются, а относительное удлинение и вязкость
возрастают.

37.

Отжиг уменьшает структурную
неоднородность стали, придает
мелкозернистую структуру, снижает
напряжение, возникшее при обработке
давлением (ковке, волочении) или литьем, а
также улучшает обрабатываемость стали
резанием.

38.

Нормализация — это, по существу, процесс
отжига. Стальное изделие нагревают до
температуры несколько ниже температуры
закалки, выдерживают сталь при этой
температуре, а затем охлаждают на воздухе. В
результате сталь получается более
мелкозернистой, чем при отжиге, повышаются ее
твердость, прочность, ударная вязкость по
сравнению с отожженной сталью.

39.

Обработка холодом способствует более равномерной
струк туре и повышает твердость стали. Закаленная сталь с
содержа нием углерода более 0,6% состоит из мартенсита с
распределен ным в нем остаточным аустенитом, не
успевшим перейти мартенсит при закалке. В результате
структура стали оказывается недостаточно равномерной и
несколько пониженной твердо сти, чем если бы она
состояла только из мартенсита. Если же такую сталь
подвергнуть после закалки обработке холодом, процесс
превращения аустенита в мартенсит продолжается.

40.

Химико-термическая обработка стали
заключается в изменении химического состава
поверхностного слоя стального изделия путем насыщения
его каким-либо другим веществом (углеродом, азотом,
цианом, хромом) с целью повышения твердости,
износостойкости или коррозионной стойкости поверхности
и сохранения при этом высоких механических качеств
самого изделия. Видами химико-термической обработки
стали являются цементация, азотирование, цианирование и
хромирование.

41.

Цементацию стали осуществляют
насыщением углеродом
поверхностного слоя стального
изделия при температуре среды
880...950°С, содержащей углерод.

42.

Азотирование — насыщение азотом поверхностного
слоя стального изделия при нагревании до 500...700°С в
атмосфере аммиака, при этом повышаются коррозионная
стойкость, твердость, износоустойчивость и предел
усталости стали. Азотированию подвергают легированные
стали, содержащие в качестве легирующего вещества
алюминий и прошедшие предварительную термическую и
механическую обработку, кроме окончательного
шлифования. Глубина азотированного слоя 0,01... 1,0 мм.

43.

Хромирование — насыщение поверхностного
слоя хромом. Повышение коррозионной стойкости
стали при действии пресной и морской воды,
азотной кислоты, окислительной среды при
высокой температуре (окалиностойкость)
достигается хромированием. Твердость
хромированного слоя низколегированной стали
составляет НВ 250...300, а высокоуглеродистой —
НВ 1200... 1300.