Урок№32 Спеціальні сталі

Вивчивши матеріали цього розділу, учні знатимуть:

• властивості, за якими розрізняють спеціальні сталі;

• призначення сталей;

• марки спеціальних сталей, зокрема їх умовне позначення цифрами і літерами.

1. Виплавляють сталі різного призначення, які відрізняються хімічним складом і властивостями. Різноманітні сталі потрібні для машинобудування та будівництва, а їхні окремі вузли та деталі працюють у різних умовах: при високих і низьких температурах, у корозійному і абразивному середовищах, в умовах ударних і знакозмінних навантажень тощо.

2. Будівельні сталі - це вуглецеві й низьколеговані сталі (Ст. 1, Ст. Зкп, 14Г, 18Г2, 16ГС, 14ХГС - анкерні болти, кутники, листи). Будівельні сталі добре зварюються, не утворюючи при цьому холодних і гарячих тріщин, а властивості зварного з'єднання близькі до властивостей основного металу. Для армування залізобетонних конструкцій використовують вуглецеву або низьколеговану сталі у вигляді гладкого прокату або стрижнів із періодичним ребристим профілем. Ці сталі поділяють на класи А-1 ... A-V1 (сталі класів A-1V...V1 використовують для армування попередньо напруженого залізобетону).

3. Сталь, призначену для будівельних конструкцій, поділяють на умовні класи незалежно від її хімічного складу і марки, враховуючи тільки її механічні властивості при розтягуванні. Наприклад, сталь із межею плинності 245 МПа позначають С 245, сталь із межею 375 МПа - С 375, а сталь 590 МПа - С 590. Буква С у назві сталі означає сталь «строительная» (рос. мовою), цифра показує значення межі плинності в МПа.

4. У будівництві сталь застосовують у вигляді прокатних виробів, що мають різну форму поперечного перерізу (профіль). Розрізняють листову та профільну сталь. Профільну сталь поділяють на сортову (квадрат, кругла) і фасонну (двотаври, швелери, кутики тощо).

Каталог прокатних профілів із зазначенням їхніх форми, розмірів, геометричних характеристик називають сортаментом.

5. Деталі апаратів і ємностей, у яких робочим середовищем є пара, конденсат, масло, нафта і повітря, виготовляють із вуглецевих сталей за умови, що вони не мають прямого контакту з більш агресивним середовищем (мор-

ська вода, пара, розчини кислот і лугів). Для зварних стальних корпусів апаратури, днищ, кришок та інших деталей, що працюють під надлишковим тиском, використовують, як правило, сталь марки СтЗ, а для менш важливих деталей - Ст2. Для стальних трубних дощок, фланців тощо здебільшого рекомендують використовувати Ст4, рідше Ст5.

6. Деталі апаратів, які потребують підвищеної міцності або необхідної та достатньої корозійної стійкості, ті, на які діють високі температури, деталі обладнання для харчової і хімічної промисловості, там, де це необхідно, виготовляють із нікелевих, хромонікелевих або більш високолегованих сталей із відповідними фізичними, хімічними і механічними властивостями.

7. Сталі без термооброблення - це сталі в листах для штампування, витяжки, видавлювання і т. д. їх випускають легованими і слаболегованими. Можуть мати підвищений вміст кремнію, який знижує їхню міцність. Леговані машинобудівні сталі більше зазнають шкоди від цього ефекту, тому вміст кремнію у високолегованих машинобудівних сталях має бути незначним (приклади: Юкп, 15кп, СтЗ, Ст5Гпс).

8. Сталі, що зміцнюються у поверхневому шарі, -це сталі для деталей, що працюють в умовах підвищеного зношування і при динамічних навантаженнях. їхньою характерною особливістю є те, що вони зберігають в'язку серцевину після гартування. Сталі, що цементуються, мають низький вміст С (до 0,3 %). Після цементації вони гартуються із досягненням високої твердості тільки в поверхневому шарі. Серцевина таких сталей залишається в'язкою. Вміст вуглецю у поверхневому шарі - до 0,8 %. Приклади таких сталей: Ст20, 15Х, 15ХФ, 15Х2Н4А, 18ХГТ.

9. Сталі, що гартуються з індукційного нагрівання, містять 0,5-0,65 % С; при індукційному нагріванні та швидкому охолодженні поверхня цих сталей гартується. Зносостійкість їхня нижча, ніж у цементації, але опір напруженням вищий. Марки: 45, 55, 60, 45Х, 50Х.

10. Через особливості взаємодії з азотом, що дифундує при азотуванні, використовують сталі, леговані хромом і алюмінієм. Вони містять 0,35-0,5 % вуглецю. Мають високу зносостійкість і твердість (HRC - 69-71). Найкращими сталями для азотування є 38ХМ10А, 30ХТ2М, 40ХНМА, з яких виготовляють стакани циліндрів і шестерні відповідального призначення.

11. Сталі і сплави машинобудівні спеціального призначення працюють у строго визначених умовах. Наприклад, в умовах холоду, нагрівання, динаміч-

них і гідроабразивних навантажень, у машинах і приладах: для пружин, елек-троконтактів або для деталей, які мають отримувати при різанні поверхню високої чистоти.

12. Сталі особливо високої міцності і в'язкості - це сталі, які зміцнюються у результаті мартенситного перетворення. Вони практично безвуглецеві і складнолеговані нікелем, кобальтом, молібденом, титаном і берилієм. Як правило, такі сталі стійкі проти корозії, теплостійкі й дорогі (Н18К9М5Т - шестерні, вали, корпуси ракет; Н10Х12Д2Т - деталі хімапаратури, пружини; Н4Х12К15М4Т -деталі теплоелектричних установок, гарячі штампи).

13. Жаростійкі та жароміцні сталі різного призначення часто працюють в умовах підвищених температур, високого тиску і механічних навантажень. Жаростійкість (окалиностійкість) характеризує опір металу окисленню при високих температурах.

Для підвищення окалиностійкості сталь легують елементами, які зміцнюють склад і будову окалини.

Зокрема, в результаті введення у сталь відповідних кількостей хрому, алюмінію та кремнію в процесі окислення на поверхні утворюються міцні окисли Сг203; АІ203 або Si02, через які дифузія кисню відбувається дуже повільно. Тонка плівка, утворена з таких оксидів, ускладнює процес подальшого окислення. Чим вищий вміст хрому, алюмінію або кремнію у сталі, тим вища її окалиностійкість і тим вищою може бути робоча температура.

14. Жароміцними називають сталі і сплави, здатні працювати при високих механічних навантаженнях і підвищених температурах протягом певного часу, маючи при цьому достатню механічну міцність. Х5, Х17, 4Х9С2, 3X13H7C2 - теплообмінники, труби піролізних установок; 15ХМ, 25Х2МФ -труби пароперегрівачів, арматура парових котлів; 2X13, 2Х12ВМБФ - лопатки парових турбін. Жароміцні сплави для роботи при високих температурах (до 700-900 °С) створюють на основі заліза, нікелю і кобальту, а для роботи при дуже високих (до 1200-1500 °С) - на основі молібдену та інших тугоплавких металів.

15. Для виробництва деталей котлотурбінних агрегатів, пароперегрівників тощо використовують не лише спецсталі, а й звичайні вуглецеві сталі (будівельні, машинобудівні тощо). Котли низького і середнього тиску (до б МПа) з температурою нагрівання не вище 450 °С повністю виготовляють із низьковуглецевої сталі (Ст2, СтЗ, Сталь 20). Для труб пароперегрівників, паропроводів, що працюють при вищих температурах (540-560 °С), використовують низьковуглецеві леговані сталі перлітного класу. Як легуючий елемент, що значно підвищує опір повзучості сталей перлітного класу, додають молібден. Разом із молібденом у цих сталях має бути хром (0,5-1 %), який підвищує жаростійкість і стійкість структури при високих температурах. Для підвищення опору повзучості в котлотурбінні сталі додають ванадій і вольфрам.

16. Кріогенні сталі використовують для важливих деталей, які працюють при низьких температурах. Прикладами таких сталей є: 0Н6А, 0Н9А, 0Х23Н18, температура їхньої служби від -196 °С до -296 °С. З таких сталей виготовляють циліндричні і сферичні резервуари для зберігання і транспортування зріджених газів. Усі технологічні операції для створення таких резервуарів, у тому числі зварювання, виконують тільки на термооброблених листах сталі.

17. Зносостійкі сталі використовують частіше в литому або кованому вигляді. Загальна технологічна особливість - понижена оброблюваність різанням. У процесі роботи виробів із таких сталей, що зазнають кавітаційної ерозії, деформація і руйнування поверхневих шарів приводять до того, що на поверхні деталей під дією гідравлічних ударів утворюється новий шар мартенситу, який має високу міцність.

18. Пружинні сталі і сплави - це вуглецеві й леговані сталі, які передусім повинні мати високий опір до малих пластичних деформацій, високу межу витривалості й підвищену реакційну стійкість. Це сталі типу 65Г, 55ХГР, 50ХФА, 55ХГСФ - пружини механізмів і машин, ресори автомашин.

19. Автоматні сталі призначені для оброблення на верстатах-автоматах і мають підвищений вміст сірки й марганцю. До таких сталей додають свинець, це підвищує швидкість різання. Використовують в основному для деталей, які виготовляються великими партіями різанням на верстатах-автоматах із ЧПУ (гвинти, гайки, болти). У марці перед цифрами вмісту вуглецю вказують букви А або АС (свинцеві): А12, АС35Г2. Можуть бути і з кальцієм: АЦ45Х. Автоматні сталі обробляють твердосплавним інструментом, вони мають понижені механічні властивості.

20. Швидкорізальні інструментальні сталі містять вольфрам, хром, молібден (до 18 % основного легуючого елементу). Внаслідок високої теплотривкості (550-650 °С) інструменти з цих сталей можуть працювати зі швидкостями різання в 3-4 рази більшими, ніж інструменти із вуглецевих і легованих сталей.

21. Нержавіючі сталі мають високу хімічну стійкість в агресивних середовищах. Одержують їх введенням до складу низько- і середньовуглецевих сталей значної кількості хрому (не менше 12,5 %) і нікелю, а також додатково титану, алюмінію і марганцю.

КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ

1. Що таке спеціальні сталі?

2. Чим відрізняються спеціальні сталі від звичайних?

3. Яке призначення спеціальних сталей?

4. Чим відрізняється сталь жаростійка від жароміцної?

5. Яке призначення автоматної сталі?

6. Де і коли використовують кріогенні сталі?

7. Назвіть декілька марок пружинної сталі.

 Д/з: ст.98-101 опрацювати,скласти конспект,дати відповідь на контрольні запитання.