Montagpena.ru

Строительство и Монтаж
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Определите химический состав конструкционных углеродистых сталей 45

Определите химический состав конструкционных углеродистых сталей 45

По назначению и качеству углеродистые стали классифицируются следующим образом:

1. Стали конструкционные углеродистые обыкновенного качества содержат вредных примесей: серы до 0,05 %, а фосфора до 0,04 % (ГОСТ 380–2005). Эти стали маркируются Ст0, Ст1кп, Ст1пс, Ст1сп и т.д. до Cт6 (табл. 1). Буквы «Ст» обозначают «Сталь». Цифра – условный номер марки в зависимости от химического состава. Если в конце марки стоят буквы «кп» – это означает, что сталь кипящая, полностью нераскисленная (раскисляют только ферромарганцем). Если «сп» – сталь спокойная, получаемая полным раскислением (раскисляют ферромарганцем, ферросилицием и алюминием). Если «пс» – сталь полуспокойная промежуточного типа. Стали углеродистые обыкновенного качества широко применяются в строительстве. Из ряда марок изготавливают детали машиностроения, в судостроении могут применять как корпусные.

Химический состав углеродистых конструкционных сталей обыкновенного качества по ГОСТ 380–2005

2. Стали конструкционные нелегированные (углеродистые) качественные (ГОСТ 1050–2013).

К сталям этой группы предъявляют более высокие требования относительно состава: меньшее содержание серы (менее 0,04 %) и фосфора (менее 0,035 %). Они маркируются двузначными цифрами, обозначающими среднюю массовую долю углерода в стали в сотых долях процента (табл. 2). Например, сталь 30 – углеродистая конструкционная качественная сталь со средней массовой долей углерода 0,3 %. Качественные конструкционные углеродистые стали широко применяются во всех отраслях машиностроения и в судостроении в частности.

Сводные данные по содержанию углерода и механическим свойствам нелегированных (углеродистых) качественных конструкционных сталей (ГОСТ 1050–2013)

1. Нормы механических свойств указаны для проката диаметром или толщиной до 80 мм в нормализованном состоянии.

2. Ударная вязкость сталей определяется после улучшения (закалки и высокого отпуска).

3. Значения твердости приведены для горячекатаного проката без термической обработки.

Низкоуглеродистые стали (08, 10, 15, 20, 25) обладают высокой пластичностью, но низкой прочностью. Стали 08, 10 используют для изготовления деталей холодной штамповкой и высадкой (трубки, колпачки и т.п.). Стали 15, 20, 25 применяют для цементируемых и цианируемых деталей (втулки, валики, пальцы и т.п.), работающих на износ и не испытывающих высоких нагрузок. Низкоуглеродистые качественные стали используют и для ответственных сварных конструкций.

Среднеуглеродистые стали (30, 35, 40, 45, 50, 55), обладающие после термической обработки хорошим комплексом механических свойств, применяются для изготовления деталей повышенной прочности (распределительных валов, шпинделей, штоков, плунжеров, осей, зубчатых колес и т.п.).

Высокоуглеродистые стали (55, 60) обладают более высокой прочностью, износостойкостью и упругими свойствами; применяются для деталей, работающих в условиях трения при наличии высоких статических и вибрационных нагрузок. Из этих сталей изготавливают прокатные валки, шпиндели, диски сцепления, регулировочные шайбы, пружины и т.п.

Читайте так же:
Удельный вес листа стального

3. Стали нелегированные (углеродистые) инструментальные качественные и высококачественные (ГОСТ 1435–99).

Эти стали маркируются буквой У, что означает углеродистая сталь, и следующими за ней цифрами, показывающими среднюю массовую долю углерода в десятых долях процента (табл. 3). Например, сталь У10 – инструментальная углеродистая качественная сталь со средней массовой долей углерода 1 %. Если в конце марки стоит буква «А», это означает, что сталь высококачественная, т.е. содержит меньше вредных примесей (серы менее 0,018 % и фосфора менее 0,025 %). Углеродистые инструментальные стали применяют для изготовления инструментов, работающих в условиях, не вызывающих разогрева режущей кромки. Заэвтектоидные стали (У9, У10, У12) обычно применяют для режущих инструментов (слесарные шаберы, ручные метчики, ножовки, напильники и т.п.) Деревообрабатывающий инструмент, зубила, отвертки, молотки и т. п. изготавливают из сталей У7 и У8.

Химический состав нелегированных (углеродистых) инструментальных качественных и высококачественных сталей по ГОСТ 1435–99
Начало страницы

Морской государственный университет имени адмирала Г.И. Невельского. Кафедра технологии материалов

Что такое сталь? Часть 1. «Cтруктура»

Все знаю, что сталь является важнейшим инструментальным и конструкционным материалом для всех отраслей промышленности.

Металлургическая промышленность Украины насчитывает более 50 металлургических заводов и является стратегически важной для страны. В Украине производится широкий ассортимент металлопроката, таких, как: арматура, круги, квадрат, катанка, проволока, полоса, уголок, балка, швеллер, листы, трубы и метизы.

Сталь

Рассматривая данный вопрос, начнем с химического состава.

Сталь – это соединение железо (Fe) + углерод (С) + другие элементы растворенные в железе.

Железо в чистом виде имеет очень низкую прочность, а углерод ее повышает.

Углерод улучшает и некоторые другие показатели:

  • твердость,
  • упругость,
  • устойчивость к износу,
  • выносливость.

Содержание «Fe» в стали должно быть — не менее 45%, «С»- не более 2,14% — теоретически, однако на практике % концентрации углерода имеет следующий диапазон значений:

  • Низкоуглеродистые стали — 0,1-0,13 %
  • Углеродистые стали 0,14-0,5%
  • Высокоуглеродистые – от 0,6%

Чем выше процент содержания углерода в стали , тем выше ее прочность и меньше пластичность. УГЛЕРОД — является неметаллическим элементом. Его плотность равна 2,22 г/см3, а плавится при t -3500 °С. В природе он присутствует 2х полиморфных модификаций – графит (стабильная модификация) и алмаз (метастабильная модификация), а в сплаве с железом:

  • в свободном — графит (в серых чугунах),
  • в связанном — твердое состояние -цементит.

Углерод в соединении с железом находится в состоянии цементита, т.е в химической связи с железом (Fe3C). Структура цементита может быть очень разной, а зависит она от процесса образования, содержания углерода и методов термообработок.

Читайте так же:
Схема сварочного трансформатора переменного тока

Углерод в свободном состоянии присутствует в сером чугуне (СЧ), в виде графита. Серый чугун имеет пористую металлическую структуру и является весьма хрупким; на нем легко появляются трещины (особенно в процессе сварки).

Химический состав углеродистых сталей обыкновенного качества (ГОСТ 380-71)

Система железо- углерод

Структура стали изучается по диаграмме состояния системы железо- углерод. Она характеризует структурные превращения стали и выражает зависимость структурного состояния от температурных режимов и химического состава.

Диаграмма состояния системы железо- углерод

Диаграмма состояния содержит критические точи, которые очень важны теоретически и практически для процессов термообработки стали и их анализа. С помощью диаграммы Fe-C — можно определить вид термообработки, температурный интервал изменения структуры и прогнозировать микроструктуру.

Структуры стали

Сплавы железа с углеродом при различных температурах и различном содержании «С» имеют различную структуру, а соответственно и физические и химические свойства. Одним из таких состояний и является описанный выше цементит. А теперь о них:

Аустенит – твердая структура углерода в гамма-железе — содержит «С» до 1,7% (t > 723° С). При снижении температуры аустенит распадается на феррит и цементит и возникает пластинчатая структура — перлит.

Феррит — твердый раствор «C» в α-железа- при t> 723-768° С , концентрация «С» составляет — 0,02%, а при t 20°С около 0,006% «С». Он очень пластичен, не тверд и имеет низкие магнитные свойства.

Цементит — карбид железа Fe3C. Концентрация «С» 6,63% . Цементит является хрупким , а его твердость — НВ760-800.

Перлит — механическая смесь феррита и цементита, образуемая при постепенном охлаждении в процессе распада аустенита. Исходя из размера частиц цементита перлит имеет различные механические свойства. Содержание «С» -0,8%.

Ледебурит (структура чугуна) — смесь образующаяся из кристаллизация жидкого сплава цементита и аустенита. Ледебурит очень твердый, но хрупкий. Концентрация «С»-4,3%

Свойства стали

Конечно, не только углерод влияет на свойства стали. Состав дополнительных элементов и их количество придают стали определенные свойства. Примеси бывают полезными и вредными. Хорошие примеси влияют исключительно на сами кристаллы, а вредные негативно воздействуют на связь кристаллов между собой. К хорошим примесям относят : марганец (Mn), кремний (Si). К плохим: фосфор (Р), серу (S), азот, кислород и другие.

Физические и механические свойства стали

Основными физическими свойствами стали являются:

  • теплоемкость;
  • теплопроводность;
  • модуль упругости.
  • Понятие модуля упругости стали (Е) заключается в соотношении твердого вещества упруго деформироваться при воздействии силы. Данная характеристика на прямую зависит от напряжения, а точнее, является производной соотношения напряжения к упругой деформации.
  • модуль сдвига (упругость при сдвиге) (G )– величина измеряемая в Паскалях (Па), определяющая упругие свойства тела или материала и их способность сопротивляться сдвигающим деформациям. Он применяется для расчета на сдвиг, срез, кручение.
  • коэффициент линейного и коэффициент объемного расширения при изменении температуры – это величина показывающая относительное изменение линейных размеров или объема материала или тела при увеличении температуры при неизменном давлении.
Читайте так же:
Что такое распиновка разъемов

Основными механическими свойствами стали являются:

  • прочность
  • твердость
  • пластичность
  • упругость
  • выносливость
  • вязкость

Показатели механических свойств углеродистых сталей обыкновенного качества ( ГОСТ 380-71)

Основными химическими свойствами стали являются:

  • степень окисления
  • устойчивость к коррозии
  • жаростойкость
  • жаропрочность

Качество стали определяется различными показателями всех ее свойств и структуры. Учитываются и свойства и изделий из этой стали.

По качеству стали разделяют на:

  • обыкновенного качества,
  • качественная сталь,
  • высококачественная сталь.

В данной статье мы рассматриваем только структуру стали и связанные с ней понятия. Качество стали, состав дополнительных примесей и их свойства будут рассмотрены в следующей публикации.

Химический состав углеродистых сталей

Химический состав углеродистых сталей (низкоуглеродистых, среднеуглеродистых, высокоуглеродистых) приведен в таблице 1.

В сварке в зависимости от содержания углерода конструкционные углеродистые стали условно разделяют на три группы: низко-, средне- и высоко- углеродистые с содержанием соответственно до 0,25; 0,26. 0,45 и 0,46. 0,75 % С. Они широко применяются при производстве машиностроительных конструкций, работающих при температурах -40. +425 о С.

Другие страницы по темам

Химический состав углеродистых сталей

Технология сварки этих сталей различна. Даже для сталей одной марки в зависимости от ее плавочного состава и условий эксплуатации сварной конструкции технология сварки может существенно разниться. Углерод — это основной легирующий элемент в углеродистых конструкционных сталях, он определяет механические свойства углеродистых сталей. Повышение содержания углерода усложняет технологию сварки, затрудняет получение равнопрочного сварного соединения бeз дефектов. Углеродистые стали по качественному признаку разделяют на две группы: стали обыкновенного качества и качественные. По степени раскисления сталь обыкновенного качества обозначают следующим образом: кипящую — кп, полуспокойную — пс и спокойную — сп.

Кипящая сталь, содержащая ≤0,07 % Si, получается пpи неполном раскислении металла марганцем. Кипящая сталь характеризуется резко выраженной неравномерностью распределения серы и фосфора пo толщине проката. Местнaя повышенная концентрация серы может привеcти к образованию кристаллизационных трещин в околошовной зоне (ОШЗ) и шве. Кипящая сталь в околошовной зоне склоннa к старению, к переходу в хрупкое состояние пpи отрицательных температураx.

Спокойные стали получают пpи раскислении марганцем, алюминием, кремнием. Они содержат ≥0,12 % кремния; сера и фосфор распределeны в них более равномерно, чeм в кипящих углеродистых сталях. Спокойные стали менее склонны к старению, они слабее реагируют нa сварочный нагрев.

Читайте так же:
Шаг цепи бензопилы какой лучше

Полуспокойные стали пo склонности к старению занимает положение промежуточное между кипящими и спокойными сталями.

Сталь обыкновенного качества поставляют без термообработки в горячекатаном состоянии. Изготовленныe из неё конструкции такжe не подвергают последующей термообработке. Эти стали производят по ГОСТ 380-94, 4543-71,5520-79 и 5521-93 (табл. 1).

Таблица 1. Химический состав углеродистых сталей (некоторые марки конструкционных сталей) .

Марка сталиХимический состав углеродистых сталей , примеси в %
низкоуглеродистыеВСт1кпCMnSi
ВСт1пс0,06. 0,120,25. 0,50≤0,05
ВСт1сп0,05. 0,17
ВСт2кп0,12. 0,30
ВСт2пс0,09. 0,15≤0,07
ВСт2сп0,05. 0,17
ВСт1кп0,12. 0,30
ВСт3кп0,14. 0,220,30. 0,60≤0,07
ВСт3Гпс0,40. 0,650,05. 0,17
ВСт3сп0,12. 0,36
100,07. 0,140,35 . 0,650,17. 0,37
150,12. 0,19
200,17. 0,24
15Г0,12. 0,190,70. 1,00
20Г0,17. 0,24
12К0,08. 0,160,40. 0,70
15К0,12 . 0,200,35. 0,650,15. 0,30
16К0,45 . 0,750,17. 0,37
18К0,14. 0,220,55. 0,85
20К0,16. 0,240,35 . 0,650,15 . 0,30
С0,14. 0,200,50. 0,900,12. 0,35
среднеуглеродистыеБСт5пс, ВСт5пс0,28. 0,370,50. 0,800,05 . 0,17
БСт5сп, ВСт5сп0,15 . 0,35
БСт5Гпс, ВСт5Гпс0,22. 0,300,80. 1,20≤,15
250,50. 0,800,17. 0,37
300,27. 0,35
350,32. 0,40
400,37. 0,45
высокоуглеродистые450,42. 0,500,50. 0,800,17. 0,37
500,47. 0,55
550,52. 0,60
600,57. 0,65

Углеродистая сталь обыкновенного качества подразделяется на три группы в соответствии c ГОСТ 380-94:

  • Углеродистая сталь группы А поставляется пo механическим свойствам и для производствa сварных конструкций нe используют (группа А в обозначении стали нe указывается, например Ст3).
  • Углеродистая сталь группы Б поставляется по химическому составу,
  • Сталь группы В — пo химсоставу и механическим свойствам.

Перeд обозначением марок этих сталей указывают их группу, например БСт3, ВСт3. Полуспокойную сталь марoк 3 и 5 производят c обычным и повышенным содержаниeм марганца. При повышенном содержании марганца в химическом составе углеродистой стали после номера марки стали ставят букву Г (см. таблицу 1). Стали ВСт1 — ВСт3 всeх степеней раскисления и сталь ВСт3Гпс, а также стали БСт1 — БСт3 всеx степеней раскисления и сталь БСт3Гпс (по требованию заказчика) поставляются c гарантией свариваемости. Для ответственных конструкций испoльзуют сталь группы В.

Сталь марки 45

Расшифровка марки стали: марка 45 означает, что в стали содержится 0,45% углерода, а остальные примеси крайне незначительны.

Применение стали 45 и термообработка изделий: Кулачки станочных патронов, согласно указаниям ГОСТ, изготовляют из сталей 45 и 40Х. Твёрдость Rc = 45 -50. В кулачках четырёхкулачных патронов твёрдость резьбы должна быть в пределах Rс = 35-42. Отпуск кулачков из стали 45 производится при температуре 220-280°, из стали 40Х при 380-450° в течение 30-40 мин.

Читайте так же:
Рейтинг производителей розеток и выключателей

Плоскогубцы, круглогубцы и ручные тисочки изготовляют из сталей 45 и 50. Для закалки эти инструменты нагревают в собранном виде, с раскрытыми губками. Ввиду того, что стали 45 и 50 склонны к образованию закалочных трещин, в особенности в местах резких переходов, нагревать надо только губки. Поэтому наилучшей средой для нагрева является свинцовая или соляная ванна. При нагреве в камерной печи следует обеспечить медленное остывание мест с резкими переходами (шарнир) путём погружения и перемещения в воде только губок (до потемнения остальной части). Отпуск производят при температуре 220-320° в течение 30-40 мин. Твёрдость губок Rc = 42-50. Твёрдость определяют на приборе РВ или тарированным напильником.

Краткие обозначения:
σв— временное сопротивление разрыву (предел прочности при растяжении), МПа ε— относительная осадка при появлении первой трещины, %
σ0,05— предел упругости, МПа Jк — предел прочности при кручении, максимальное касательное напряжение, МПа
σ0,2— предел текучести условный, МПаσизг— предел прочности при изгибе, МПа
δ5,δ4,δ10— относительное удлинение после разрыва, %σ-1— предел выносливости при испытании на изгиб с симметричным циклом нагружения, МПа
σсж0,05 и σсж— предел текучести при сжатии, МПа J-1 — предел выносливости при испытание на кручение с симметричным циклом нагружения, МПа
ν— относительный сдвиг, % n— количество циклов нагружения
s в— предел кратковременной прочности, МПаR и ρ— удельное электросопротивление, Ом·м
ψ— относительное сужение, %E— модуль упругости нормальный, ГПа
KCU и KCV— ударная вязкость, определенная на образце с концентраторами соответственно вида U и V, Дж/см 2 T— температура, при которой получены свойства, Град
s T— предел пропорциональности (предел текучести для остаточной деформации), МПа l и λ— коэффициент теплопроводности (теплоемкость материала), Вт/(м·°С)
HB— твердость по БринеллюC— удельная теплоемкость материала (диапазон 20 o — T ), [Дж/(кг·град)]
HV— твердость по Виккерсу pn и r— плотность кг/м 3
HRCэ— твердость по Роквеллу, шкала Са— коэффициент температурного (линейного) расширения (диапазон 20 o — T ), 1/°С
HRB— твердость по Роквеллу, шкала Вσ t Т— предел длительной прочности, МПа
HSD— твердость по ШоруG— модуль упругости при сдвиге кручением, ГПа

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector