Тема 9. МАРКИРОВКА СТАЛЕЙ ПО ЕВРОНОРМАМ

Европейская система обозначений сталей подробно приводится в стандарте EN 10027, который состоит из двух частей.

Часть 1 определяет порядок присвоения сталям буквенно-цифровых обозначений. Применяется 2 разных способа маркировки: по механическим свойствам и по химическому составу.

Часть 2 определяет порядок присвоения сталям порядковых номеров. Стали маркируют в виде 1.ХХХХ, где две первые цифры после 1. обозначают номер группы, а две последние цифры - номер стали в данной группе (например, углеродистым сталям обыкновенного качества соответствуют порядковые номера 1.00ХХ, нержавеющим сталям - 1.40ХХ-1.45ХХ).

Маркировка по механическим свойствам

Знание механических свойств необходимо в тех случаях, когда стали применяются в состоянии поставки, т.е. без последующей термической обработки, которая неизбежно приведет к изменению структуры и, как следствие, свойств материала. Наименования сталей по механическим свойствам включают начальные буквы, связанные с назначением стали, и цифры, определяющие минимальный гарантированный предел текучести (иногда предел прочности). Так, стали для машиностроения маркируют буквой Е и тремя цифрами, которые указывают минимальный предел текучести в Н/мм2, например: £295. Для других групп материалов за цифрами могут следовать дополнительные символы, определяющие состояние поставки стали и уточняющие ее назначение. Если необходимо, то впереди марки ставится буква G (стальное литье). Смысловые значения некоторых основных и допол­ нительных символов приведены в табл. 3 и 4.

Маркировка по химическому составу

1. Углеродистые стали, кроме автоматных. Маркировка сталей этой группы производится в следующем порядке: на первом месте стоит буква С, на втором - число, показывающее среднее содержание углерода, умноженное на 100 (до трех цифр). Дополнительные символы: Е - заданное максимальное содержание серы, умноженное на 100; R - заданный интервал содержания серы, умноженный на 100; С - с повышенной пластичностью в холодном состоянии;

D - для тянутой проволоки; W - для сварочной проволоки; S - пружинная; Т - инструментальная.

Пример. С 35£4 углеродистая сталь со средним содержанием углерода 0,35 % и максимальным содержанием серы 0,04 %.

2. Низколегированные (содержание каждого элемента до 5 %) и автоматные стали (с повышенным содержанием серы). Марки этих сталей содержат обозначения в указанной ниже последовательности; а) число, соответствующее среднему содержанию углерода, умноженному на 100; б) символы химических (легирующих) элементов, расположенные по убыванию содержания элементов; в) одно или несколько чисел, показывающих среднее содержание элементов, умноженное на приведенные ниже коэффициенты:

Пример. 20Л/л5 - низколегированная марганцовистая сталь со средним содержанием углерода 0,20 % и марганца 1,25 % (5, деленное на коэффициент 4).

9520 - автоматная сталь со средним содержанием углерода 0,09 %, серы 0,2 % (20, деленное на коэффициент 100).

14CrMoVS-4 - низколегированная сталь со средним содержанием: углерода 0,24 %. хрома 1,25 % (5:4), молибдена 0,4 % (4:10). Ванадий - микродобавка.

ЗЗСУЛ/Л77 - низколегированная сталь со средним содержанием углерода 0,33 % и хрома 1,75 % (7:4). Кроме того, данная сталь легирована алюминием

иникелем, содержание которых меньше, чем содержание хрома.

3.Высоколегированные стали (среднее содержание по меньшей мере одного легирующего элемента более 5 %), кроме быстрорежущих. Марки этих сталей содержат обозначения в следующей последовательности: а) основной символ X, обозначающий группу высоколегированных сталей; б) число,

их содержания; г) одно или несколько чисел, показывающих среднее содержание основных легирующих элементов в процентах.

Пример. ЛТ0СУЛ77У18-10 - высоколегированная хромоникелевая сталь с добавлением титана. Среднее содержание углерода - 0,10 %, хрома - 18% , никеля 10 %.

4. Быстрорежущие стали. На первом месте в марке стоит символ HS. На второй позиции - числа, показывающие среднее содержание легирующих элементов в следующем порядке: W-Mo-V-Co. Дополнительные символы не предусмотрены.

Пример. //52-9-1-8 - быстрорежущая сталь со средним содержанием вольфрама 2 %, молибдена - 9 %, ванадия - 1 % и кобальта - 8 %.

Тема 10. КОНСТРУКЦИОННЫЕ СТАЛИ

К конструкционным сталям, применяемым для изготовления разнообразных деталей машин, приборов и конструкций, предъявляют следующие требования: высокая конструкционная прочность, технологичность, низкая стоимость и доступность.

Конструкционная прочность - это комплекс механических свойств, обеспечивающих длительную и надежную работу материала в условиях эксплуатации. Конструкционную прочность можно определить, если испытать образцы или детали в условиях, близких к эксплуатационным (при рабочих температурах, в реальной среде, при наличии концентраторов напряжения

ит. д.), а также по характеристикам долговечности и надежности.

Взависимости от условий эксплуатации все детали можно разбить на три группы, различающиеся распределением по сечению напряжений от рабочих нагрузок (рис. 23).

Рис. 23 Распределение рабочих напряжений и предела текучести по сечению цилиндрической детали, работающей на юное (а), растяжение (б) или изгиб (в)

К первой группе относятся детали, работающие главным образом на износ. Вторую группу составляют детали, работающие на растяжение или сжатие, когда напряжения от действующих нагрузок распределяются по сечению более или менее равномерно. К третьей группе относятся детали, испытывающие при работе значительные изгибающие, крутящие или контактные нагрузки.

Во всех случаях работоспособность детали обеспечивается при соблюдении условия, что во всех точках поперечного сечения предел текучести сго.2 (ат) превышает напряжение от рабочей нагрузки: а т > стр. Поэтому при выборе материала и вида упрочняющей термической обработки в первую очередь оценивают условия эксплуатации.

Пример. Выбрать наиболее рациональный способ упрочнения деталей буксовых подшипников железнодорожных вагонов.

распределения предела текучести по сечению детали (рис. 24).

Рис. 24. Сопоставление распределения рабочих напряжении и предела текучести по сечению детали

Сквозное упрочнение на примерно одинаковую прочность по всему сечению (кривая 1) не является обязательным. Более целесообразно

значения, чтобы степень упрочнения сердцевины обеспечивала соблюдение

условия: а т > о у Чем больше толщ ина упрочненного поверхностного слоя, тем менее прочной может быть сердцевина. Следует учитывать, что большой запас прочности в сердцевине не только необязателен, но и нежелателен, так как при этом снижается надежность.

Глубокие слои с высокой прочностью можно получить при химикотерМической обработке (цементация, нитроцементация, азотирование) или пов0рхностной закалке. Применение этих методов позволяет использовать мен^е легированные стали, а в некоторых случаях даж е не проводить Упрочняющую термическую обработку сердцевины.

Общие рекомендации по обеспечению высокой конструкционной прочности материалов сводятся к рациональному выбору марки стали, режима термической обработки и метода поверхностного упрочнения. Значительный эффект улучшения комплекса механических свойств может быть достигнут также за счет повышения металлургического качества сталей (уменьшения содержания вредных примесей), измельчения зерна, обеспечения сквозной прокаливаемости и минимальных остаточных напряжений.

В зависимости от назначения конструкционные стали подразделяют на

строительные и машиностроительные. В качестве строительных используют углеродистые стали обыкновенного качества и низколегированные стали, содержащие недорогие и доступные легирующие элементы. Машино­ строительные конструкционные стали классифицируют по составу

(углеродистые, легированные), обработке (цементуемые, улучшаемые), назначению (пружинные, подшипниковые) или свойствам (высокопрочные,

коррозионностойкие, жаропрочные и др.)

Для каждой группы сталей разработаны нормы легирования и определены оптимальные режимы обработки для получения требуемых свойств. Так, например, химический состав улучшаемых сталей должен обеспечивать получение заданного комплекса механических свойств при условии экономного легирования, поэтому существуют общепринятые нормы легирования по каждому отдельному элементу. Установлено, в частности, что добавка никеля положительно влияет на все характеристики стали: повышается прочность и ударная вязкость, снижается критическая температура хрупкости, уменьшается склонность аустенитного зерна к росту, увеличивается прокаливаемость. С этой точки зрения не должно существовать ограничений по легированию сталей никелем. Однако из-за дефицитности этот элемент используется только в том случае, если требуемые свойства не могут быть получены при легировании другими элементами, например, для обеспечения особо высоких характеристик надежности или хладостойкости.

В то же время, если целью легирования является повышение прочности или прокаливаемости, то более рациональным является легирование хромом, марганцем, кремнием, как более дешевыми и доступными элементами. При этом учитывают, что улучшение характеристик конструкционной прочности

элементами невелик, при комплексном легировании удается получить достаточно высокие свойства, удовлетворяющие разнообразным требованиям общего машиностроения. Марки улучшаемых сталей: 40Х, 30ХГС, 40ХН, 40ХН2МА и др.

Наиболее высоко- и сложнолегированными являются высокопрочные, коррозионностойкие и жаропрочные стали и сплавы. Следует помнить, что маркировка сплавов на нежелезной основе отличается от маркировки легированных сталей.

Пример. Дать характеристику следующих марок сталей и сплавов: 00Н 18К9М 5Т, 12Х18Н9, 45Х14Н14В2М , 08 X 1 1Н35М ТЮ Р, Х 20Н 80, Х Н 77ТЮ Р.

08X 11Н35МТЮ Р - жаропрочная сталь аустенитного класса с интерметаллидным упрочнением. Рекомендуемая термическая обработка: закалка + старение. Структура после закалки - аустенит, после старения - аустенит и дисперсны е интерметалл иды.

Х20Н80 - нихром, жаростойкий сплав, содержит 20 % хрома и 80 % никеля.

ХН77ТЮ Р - жаропрочный сплав на никелевой основе, содержит 77 % никеля, а также хром, титан, алюминий и бор.