Классификация сталей, кликните по типу стали для подробного описания.

  1. Конструкционные стали
    1. Цементуемые (С<0,2%)
    2. Улучшаемые (0,3%<С<0,5%)
    3. Азотируемые стали (0,3%<С<0,5%)
    4. Пружинно-рессорные (0,5%<С<0,85%)
    5. Строительные (С<0,2%)
  2. Инструментальные стали
    1. Углеродистые инструментальные стали
    2. Низколегированные инструментальные стали
    3. Быстрорежущие инструментальные стал
  3. Стали с особенными свойствами
    1. Высокопрочные конструкционные стали
      1. Среднеуглеродистые
      2. Мартенситно-стареющие
      3. Метастабильные аустенитные стали
    2. Шарикоподшипниковые стали
      1. Износостойкая высокомарганцевая аустенитная сталь
    3. Коррозионностойкие (нержавеющие) стали
      1. Хромистые
      2. Хромоникелевые стали
      3. Стали аустенитно-ферритного класса
    4. Жаростойкие и жаропрочные стали
      1. Жаростойкие стали
      2. Жаропрочные стали

Конструкционные стали

1. Цементуемые (С<0,2%)

Из цементуемых сталей изготавливают детали испытывающие ударные и знакопеременные нагрузки, подверженные поверхностному износу. Например зубчатые колеса, распределительные валы.

Примеры цементуемых сталей: 10Х, 15ХН, 20ХР.

Маркировка: также как и в углеродистых сталях двухзначное число вначале означает содержание углерода в сотых долях процента, далее пишется буквенное обозначение элемента и его содержание в процентах. (например 10ХВ2Г – 0,1% углерода, 1% хрома, 2% вольфрама, 1% марганца).

Термическая обработка сталей:

  • отжиг (после идет механическая обработка заготовки),
  • цементация,
  • закалка на мартенсит (после возможна обработка холодом),
  • низкий отпуск.

Свойства после обработки: поверхность твердая (HRC 60-65) (мартенсит отпуска), сердцевина вязкая (HRC 30-35).

2. Улучшаемые (0,3%<С<0,5%)

  • Из улучшаемых сталей изготавливают детали испытывающие ударные и знакопеременные нагрузки (требуемые свойства прочность). Например валы, шкивы, элементы крепления (болты, гайки, шайбы).
  • Примеры улучшаемых сталей: 30ХГСА, 45ХН, 50ХФА.
  • Примеры маркировки: сталь 55Т2КМ – 0,55% углерода, 2% титана, 1% кобальта,
  • 1% молибдена.

Термическая обработка улучшаемых сталей:

  • отжиг (после идет механическая обработка заготовки),
  • закалка на мартенсит,
  • высокий отпуск.

Свойства детали после обработки: прочность (устойчивость к ударам и вибрации) HRC 30-35 (сорбит отпуска). Закалка на мартенсит+ высокий отпуск это улучшение.

3. Азотируемые стали (0,3%<С<0,5%)

  • Из азотируемых сталей изготавливают детали испытывающие ударные и знакопеременные нагрузки, подверженные поверхностному износу. Например зубчатые колеса, распределительные валы и.т.д.3. Азотируемые стали (0,3%<С<0,5%)
  • Примеры азотируемых сталей (можно применять те же стали что и для улучшения): 30ХГСА, 45ХН, 50ХФА.

Термическая обработка азотируемых сталей:

  • отжиг (после идет механическая обработка заготовки),
  • закалка на мартенсит,
  • высокий отпуск, азотирование (либо поверхностная закалка ТВЧ).
  • Свойства детали после обработки:
  • поверхность твердая и износостойкая HRC 60-65,
  • сердцевина прочная (устойчивость к ударам и вибрации) HRC 30-35 (сорбит отпуска).

4. Пружинно-рессорные (0,5%<С<0,85%)

  • Из названия можно догадаться что из пружинно-рессорных сталей изготавливают упругие элементы машин. Например пружины, рессоры, мембраны.
  • Примеры пружинно-рессорных сталей: 85С2, 65Г, 50ХФА.

Термическая обработка пружинно-рессорных сталей:

  • отжиг (после идет механическая обработка заготовки),
  • закалка на мартенсит,
  • средний отпуск.
  • Свойства детали после обработки: упругость HRC 40-45 троостит отпуска.

5. Строительные (С<0,2%)

  • Строительные стали применяются для изготовления металлоконструкциймашин и других инженерных сооружений.
  • Например сварные конструкции мостов, балок, ферм и.т.д. Примеры строительных сталей: 10ХСНД, 16Г2АФД, 09Г2С. Термическая обработка строительных сталей: подвергают отжигу и нормализации.
  • Если строительная сталь среднелегированная и высоколегированная может подвергаться закалке на мартенсит и высокому отпуску. Свойства после обработки: строительные конструкции должны быть прочными (устойчивыми к вибрации и ударам) HRC 30-35.

Инструментальные стали

Инструментальные стали предназначены для изготовления инструмента: резцы, фрезы, мерительный инструмент, штампы. Инструментальные стали имеют температуру теплостойкости которая определяет условия их работы.

Температура теплостойкости (красностойкости) – максимальная температура нагрева Инструмента при которой он сохраняет свои рабочие свойства.

Термическая обработка инструментальных сталей: отжиг (далее механическая обработка заготовки из которой будет изготовлен инструмент), закалка ан мартенсит, низкий отпуск. Инструмент должен обладать твердостью HRC 60-65.

  1. Углеродистые инструментальные стали

Примеры маркировки: У9А, У12А. Температура теплостойкости 2000С, что позволяет их использовать при низких скоростях резания менее 25м/мин.

  1. Низколегированные инструментальные стали

Примеры маркировки: 9ХС (0,9% углерода, 1% хрома, 1% кремния), ХВСГ (1% углерода, 1% вольфрама, 1% кремния, 1% марганца). Если в начале марки не стоит число значит углерода 1%, если стоит однозначное число значит оно означает содержание углерода в десятых долях процента. Температура теплостойкости 2000С.

  1. Быстрорежущие инструментальные стали

Из названия становится ясно что их применяют при высоких скоростях резания около 25-50м/мин. Температура теплостойкости 6000С.

Примеры маркировки: Р9, Р6М5 (если в начале марки стали стоит буква Р значит это быстрорежущая инструментальная сталь, буква Р обозначает содержание вольфрама в процентах). Содержание углерода в быстрорежущих сталях 1%.

Стали с особенными свойствами

Высокопрочные конструкционные стали

Высокопрочными называют стали, имеющие предел прочности 1500–2000 МПа.

Для увеличения прочности стали вводится преимущественно никель.

Виды высокопрочных сталей:

  • Среднеуглеродистые (например 30ХГСН2А, 40ХН2МА, 38ХН3МА) используется для изготовления деталей фюзеляжа, шасси, силовых сварных конструкций.
  • Мартенситно-стареющие они низкоуглеродистые их дополнительно легируют титаном, алюминием, молибденом (например 03Х13Н8Д2ТМ, 03Х9К14Н6М3Д).

 Сталь нагревают до температур 820-8500С. За счет повышенного содержания легирующих элементов охлаждение при закалке на мартенсит проводят на воздухе. В итоге получается так называемый безуглеродистый мартенсит который легко обрабатывается резанием. Далее после закалки проводят старение. Его проводят при температуре 480-5200С затем быстро охлаждают получается перенасыщенный феррит (диаграмма железо-цементит) и выдерживают при комнатной в итоге выделяется третичный цементит. Применяются при низких температурах. Применяют для изготовления тяжелонагруженных деталей:

  • осей
  • зубчатых передач двигателя крепежных болтов

Старение металлов – медленное самопроизвольное изменение свойств при комнатной температуре (естественное старение) при небольшой температуре нагрева (искусственное старение).

Метастабильные аустенитные стали (трип-стали) (пример 30Х9Н8М4Г2С2) применяют для изготовления высоконагруженных деталей, тросов.

Процесс получения: нагревают до 10000С-11000С, затем проводят пластическую деформацию при температуре 450-6000С. (применение ограниченно т.к. присутствует необходимость в прокатном и другом оборудовании).

Используется для изготовления подшипников качения. Так как происходит постоянный контакт шариков (роликов) с поверхностями внутреннего и наружного кольца Шарикоподшипниковая сталь должна обладать контактной выносливостью, твердостью и прочностью.

Примеры маркировки: ШХ15, ШХ15СГ (в шарикоподшипниковых сталях 1% углерода). Термическая обработка шарикоподшипниковых сталей: отжиг (после которого проводится механическая обработка и штамповка), закалка (нагрев до температур 840-8600С и охлаждение в масле), охлаждают до 200С для уменьшения остаточного аустенита, низкий отпуск в течении 1-2ч.

Сталь должна иметь минимальное количество неметаллических включений (так как они приводят к преждевременному износу), для этих целей применяют электрошлаковый переплав. Шарики должны быть немного тверже колец. Требуемые свойства: кольца и шарики должны быть твердыми (HRC 60-65).

Износостойкая высокомарганцевая аустенитная сталь

Износостойкая литейная высокомарганцевая аустенитная сталь 110Г13Л (1,1 % углерода, 13 % марганца) работает на износ в условиях абразивного трения, давления и больших динамических нагрузок (такие условия работы характерны для траков гусеничных машин, щек дробилок и др. Термическая обработка: закалка (нагрев до температуры 11000С охлаждение в воде). Обладает износостойкостью только при ударах, когда происходит упрочнение аустенита и образуется мартенсит с кристаллической решеткой ГПУ.

Коррозионностойкие (нержавеющие) стали

Коррозия – это процесс разрушения металла под воздействием внешней среды.

Для коррозионной стойкости в стали вводятся: хром, никель.

Виды коррозионностойких сталей:

  • Хромистые после охлаждения на воздухе имеют ферритную, мартенситную, мартенситно-ферритную структуру.

Стали 20Х13, 12Х13 применяются для изготовления деталей подверженных ударам, действию слабоагрессивных сред (предметы домашнего обихода, клапана гидравлических прессов, гаечные ключи). Термическая обработка: закалка (нагрев до 1000-11000С охлаждение в масле, высокий отпуск).

Стали 30Х13, 40Х13 применяют для карбюраторных игл, пружин, хирургических инструментов. Термическая обработка: закалка (нагрев до температуры 1000-10500С охлаждение в масле, низкий отпуск). Если требуется более высокая коррозионная стойкость применяют стали с большим содержанием хрома (12Х17, 15Х25Т и др.).

  1. Хромоникелевые стали могут быть аустенитного, аустенитно-мартенситного или аустенитно-ферритного классов.

Из сталей аустенитного класса изготовляют оболочки топливных баков и ракет, криогенной техники. Пример 12Х18Н9.

Термическая обработка:

Закалка (нагрев до температуры 1100-11500С, охлаждение в воде или на воздухе, затем подвергают холодной деформации, аустенит переходит в мартенсит).

Из сталей аустенитно-мартенситного класса изготовляют обшивку, сопловые конструкции и силовые узлы летательных аппаратов. Пример 09Х15Н8Ю. Обладают хорошей свариваемостью. Термическая обработка: закалка (нагревают до температуры 9750С, после этого сталь хорошо обрабатывается резанием и деформируется, затем сталь обрабатывается холодом до -750С, далее проводят средний отпуск).

Стали аустенитно-ферритного класса имеют преимущества в механических свойствах  и коррозионной стойкости перед аустенитным классом и применяются в химической и пищевой промышленности, судостроении, авиации, медицине.

Содержат хрома около 18-22%. Пример 08Х22Н6Т.

 

Жаростойкие и жаропрочные стали

  1. Жаростойкие стали (окалиностойкие) стали работающие в ненагруженном состоянии в газовой среде при высоких температурах. Жаростойкость повышают введением хрома, алюминия и кремния. Примеры: 08Х17Т, 36Х18Н25С2.
  2. Жаропрочные стали

Используются под нагрузкой при температуре свыше 5000С.

Жаропрочные стали перлитного класса применяются для изготовления деталей работающих при температуре 500-5800С и малых нагрузках. Применяются для изготовления трубы пароперегревателей, арматура паровых котлов, детали крепежа. Жаропрочные стали мартенситного класса применяются для изготовления деталей работающих при температурах до 6000С, деталей газовых турбин и паросиловых установок.