Clasificarea oțelurilor carbon: clase, marcaje, proprietăți, aplicații. Oțeluri carbon: caracteristici, clasificare, prelucrare și domeniul de aplicare Tipuri de oțeluri carbon

Oțelul carbon se caracterizează printr-un conținut de carbon de până la 2,14% fără prezența elementelor de aliere, o cantitate mică de impurități în compoziție și un conținut mic de magneziu, siliciu și mangan. Acest lucru afectează, la rândul său, proprietățile și caracteristicile aplicației. Este principalul produs al industriei metalurgice.

Compus

În funcție de cantitatea de carbon, oțelul carbon și aliat sunt împărțite. Prezența carbonului conferă materialului rezistență și duritate și, de asemenea, reduce vâscozitatea și ductilitatea. Conținutul său în aliaj este de până la 2,14%, iar cantitatea minimă de impurități datorată procesului de fabricație permite ca grosul să fie format din fier până la 99,5%.

Rezistența și duritatea ridicate sunt ceea ce caracterizează oțelul carbon.

Impuritățile care sunt incluse constant în structura oțelului carbon au nr conținut grozav. Manganul și siliciul nu depășesc 1%, iar sulful și fosforul sunt în 0,1%. O creștere a cantității de impurități este caracteristică unui alt tip de oțel, care se numește aliat.

Lipsa capacității tehnice de a elimina complet impuritățile din aliajul finit permite ca următoarele elemente să fie incluse în oțelul carbon:

• hidrogen;
• azot;
• oxigen;
• siliciu;
• mangan;
• fosfor;
• sulf

Prezența acestor substanțe este determinată de metoda de topire a oțelului: convertor, vatră deschisă sau altele. Și carbonul este adăugat intenționat. Dacă cantitatea de impurități este dificil de reglat, atunci ajustarea nivelului de carbon din compoziția viitorului aliaj afectează proprietățile produsului finit. Când materialul este umplut cu carbon până la 2,4%, oțelul este clasificat drept carbon.

Caracteristică

Caracteristicile și structura metalului sunt modificate prin tratament termic, prin care se realizează duritatea dorită a suprafeței sau alte cerințe pentru aplicare. structura de otel. Cu toate acestea, nu toate proprietățile structurale pot fi ajustate folosind metode termice. Astfel de caracteristici structural insensibile includ rigiditatea, exprimată prin modulul elastic sau modulul de forfecare. Acest lucru este luat în considerare la proiectarea componentelor și mecanismelor critice în diferite domenii ale ingineriei mecanice.

În cazurile în care calculul rezistenței unui ansamblu necesită utilizarea unor piese de dimensiuni mici care pot rezista la sarcina necesară, se utilizează tratamentul termic. Acest efect asupra oțelului „brut” face posibilă creșterea rigidității materialului de 2-3 ori. Metalul care este supus acestui proces este supus cerințelor privind cantitatea de carbon și alte impurități. Acest oțel se numește de înaltă calitate.

Clasificarea oțelurilor carbon

În funcție de direcția de aplicare a produselor, oțelul carbon este împărțit în instrumente și structurale.

Ultimul dintre ele este folosit pentru construcția diferitelor clădiri și părți ale cadrului. Uneltele sunt folosite pentru a face unelte durabile pentru efectuarea oricărei lucrări, inclusiv tăierea metalelor. Aplicație produse metaliceîn economie a fost necesară separarea oțelului în diferite categorii cu proprietăți specifice: rezistent la căldură, criogenic și rezistent la coroziune.

În funcție de metoda de producție, oțelurile carbon sunt împărțite în:

• oțel electric;
• vatra deschisa;
• convertor de oxigen.

Diferențele în structura aliajului se datorează prezenței diferitelor impurități caracteristice unei anumite metode de topire.

Relația oțelului cu mediile active din punct de vedere chimic a făcut posibilă împărțirea produselor în:

• fierbere;
• semicalm;
• calm.

1. hipereutectoid, în care cantitatea de carbon depășește 0,8%;
2. eutectoid, cu un conținut de 0,8%;
3. hipoeutectoid - mai puțin de 0,8%.

Este structura care este trăsătură caracteristică, la determinarea stării metalului. La otelurile hipoeutectoide, structura este formata din perlita si ferita. Cele eutectoide au perlită pură, în timp ce cele hipereutectoide sunt caracterizate prin perlită cu amestecuri de cementită secundară.

Prin creșterea cantității de carbon, oțelul crește rezistența și reduce ductilitatea. Vâscozitatea și fragilitatea materialului au, de asemenea, o mare influență. Pe măsură ce procentul de carbon crește, rezistența la impact scade și fragilitatea materialului crește. Nu este o coincidență că atunci când conținutul este mai mare de 2,4%, aliajele metalice sunt deja clasificate ca fontă.

În funcție de cantitatea de carbon din aliaj, oțelul este:

1. scăzut de carbon (până la 0,29%);
2. carbon mediu (de la 0,3 la 0,6%);
3. cu conținut ridicat de carbon (mai mult de 0,6%).

Marcare

La desemnarea oțelurilor carbon de calitate obișnuită, se folosesc literele St, care sunt însoțite de numere care caracterizează conținutul de carbon. O cifră arată cantitatea înmulțită cu 10, iar două cifre cu 100. Atunci când se garantează compoziția mecanică a aliajului, B se adaugă înainte de desemnare și respectarea constituenților chimici - B.

La sfârșitul marcajului, două litere indică gradul de dezoxidare: ps - semi-liniștit, kp - starea de fierbere a aliajelor. Pentru metalele calme acest indicator nu este indicat. O cantitate crescută de mangan în structura produsului este desemnată de litera G.

La desemnarea oțelurilor carbon de înaltă calitate utilizate la fabricarea sculelor, se folosește litera U, lângă care este scris un număr care confirmă procentul de carbon într-o cantitate de 10 ori, indiferent dacă este de două cifre sau de o singură cifră. cifră. Pentru a evidenția aliajele de calitate superioară, la denumirea oțelurilor pentru scule se adaugă litera A.

Exemple de desemnare a oțelurilor carbon: U8, U12A, St4kp, VSt3, St2G, BSt5ps.

Productie

Industria metalurgică produce aliaje metalice. Specificul procesului de producere a oțelului carbon este prelucrarea țaglelor de fontă cu reducerea materiei în suspensie precum sulf și fosfor, precum și carbon, la concentrația necesară. Diferențele în tehnica de oxidare prin care carbonul este îndepărtat fac posibilă izolarea diverse tipuri trunchiuri de baie

Metoda convertorului de oxigen

Baza tehnicii a fost metoda Bessemer, care presupune suflarea aerului prin fontă lichidă. În timpul acestui proces, carbonul este oxidat și îndepărtat din aliaj, după care lingourile de fier se transformă treptat în oțel. Productivitatea acestei tehnici este mare, dar sulful și fosforul au rămas în metal. În plus, oțelul carbon este saturat cu gaze, inclusiv cu azot. Acest lucru îmbunătățește rezistența, dar reduce ductilitatea, făcând oțelul mai predispus la îmbătrânire și cu un conținut ridicat de elemente nemetalice.

Având în vedere calitate scăzută oțel produs prin metoda Bessemer, nu a mai fost folosit. A fost înlocuită cu metoda convertorului de oxigen, a cărei diferență este utilizarea oxigenului pur, în loc de aer, la purjarea fontei lichide. Folosind anumite specificatii tehnice, la purjare, a redus semnificativ cantitatea de azot și alte impurități dăunătoare. Ca urmare, oțelul carbon produs prin metoda convertorului de oxigen este aproape ca calitate de aliajele topite în cuptoarele cu focar deschis.

Indicatorii tehnici și economici ai metodei convertor confirmă fezabilitatea unei astfel de topiri și fac posibilă înlocuirea metodelor învechite de producție de oțel.

Metoda vatră deschisă

O caracteristică a metodei de producere a oțelului carbon este arderea carbonului din aliajele de fontă nu numai cu ajutorul aerului, ci și prin adăugarea de minereuri de fier și produse metalice ruginite. Acest proces are loc de obicei în interiorul cuptoarelor, cărora li se furnizează aer încălzit și gaz combustibil.

Dimensiunea acestor băi de topire este foarte mare; ele pot conține până la 500 de tone de metal topit. Temperatura în astfel de recipiente este menținută la 1700 ºC, iar arderea carbonului are loc în mai multe etape. În primul rând, din cauza excesului de oxigen în gazele inflamabile și atunci când se formează zgura deasupra metalului topit, prin oxizi de fier. Atunci când interacționează, se formează zgură de fosfați și silicați, care sunt ulterior îndepărtate și oțelul capătă proprietățile de calitate necesare.

Topirea oțelului în cuptoarele cu vatră deschisă durează aproximativ 7 ore. Acest lucru vă permite să ajustați compoziția dorită a aliajului atunci când adăugați diferite minereuri sau resturi. Oțelul carbon a fost fabricat de mult timp folosind această metodă. Astfel de sobe, în vremea noastră, se găsesc în țările celor dintâi Uniunea Sovietică, și, de asemenea, în India.

Metoda electrotermală

Este posibil să se producă oțel de înaltă calitate cu un conținut minim de impurități nocive prin topirea în cuptoare cu arc electric cu vid sau cuptoare cu inducție. Datorită proprietăților îmbunătățite ale oțelului electric, este posibil să se producă aliaje rezistente la căldură și pentru scule. Procesul de transformare a materiilor prime în oțel carbon are loc în vid, datorită căruia calitatea pieselor rezultate va fi mai mare decât metodele discutate anterior.

Prin urmare, costul unei astfel de prelucrari a metalelor este mai scump această metodă utilizat atunci când există o nevoie tehnologică pentru un produs de calitate. Pentru a reduce costul procesului tehnologic, se folosește o oală specială, care este încălzită în interiorul unui recipient cu vid.

Aplicație

Oțelul carbon, datorită proprietăților sale, și-a găsit aplicare largă în diverse sectoare ale economiei naționale, în special în inginerie mecanică. Utilizarea capacității metalului de a rezista la sarcini și de a avea limite ridicate de oboseală în calculele de proiectare face posibilă fabricarea din oțel carbon a unor piese de mașini critice cum ar fi: volante, transmisii, carcase de biele, arbori cotiți, pistoane ale pompelor cu piston și echipamente tehnologice pentru prelucrarea lemnului si industria usoara.

Oțelurile cu conținut ridicat de carbon și o cantitate crescută de mangan sunt utilizate pentru fabricarea de piese precum arcuri, arcuri cu lame, bare de torsiune și componente similare care necesită elasticitatea aliajului. Aliajele de scule de calitate îmbunătățită sunt utilizate pe scară largă în producția de scule utilizate pentru prelucrarea metalelor: freze, burghie, freze.

Oțelul carbon - un aliaj de fier și carbon - ocupă aproximativ 80% din volumul total al produselor metalice. Materialul are proprietăți mecanice satisfăcătoare și costuri de producție relativ scăzute. Densitatea oțelului (de la 7,7 la 7,9) * 103 kg/m3.

Aliajul poate fi ușor prelucrat prin presiune și tăiere. Trebuie remarcat faptul că materialul este superior aliajului aliat în aceste proprietăți. În același timp, oțelul carbon este mai puțin avansat din punct de vedere tehnologic datorită ratei ridicate de întărire critică, aliajul este răcit în apă. Acest lucru, la rândul său, duce la deformarea și deformarea semnificativă a produselor. Pentru a avea aceeași rezistență ca un aliaj aliat, acesta trebuie călit la o temperatură mai scăzută. În acest sens, sunt reținute mai multe, ceea ce reduce rezistența structurală a materialului.

Oțelul carbon vine în două tipuri: de înaltă calitate și de calitate obișnuită.

Al doilea tip este reprezentat de produse laminate: canale, țevi, colțuri, foi, grinzi, tije și altele. În oțelul carbon de calitate obișnuită, conținutul de incluziuni nemetalice și impurități dăunătoare este acceptabil. Este permis și un anumit grad de saturație cu gaz a materialului.

În conformitate cu complexul de proprietăți și scop, aliajele de carbon sunt împărțite în grupuri A, B și C.

Prima grupă (A) este utilizată la fabricarea pieselor fără utilizarea prelucrării la cald. Astfel, materialul își păstrează proprietățile mecanice.

Oțelurile din grupa B sunt utilizate în producția de piese prin prelucrare la cald (de exemplu, laminare, forjare, sudare). În acest caz, proprietățile mecanice și structura originală se modifică. Informațiile despre compoziția chimică sunt importante pentru aceste părți. În funcție de informații, se va determina modul de procesare la cald.

Oțelurile din grupa B sunt utilizate pentru fabricarea structurilor sudate și a pieselor critice.

Trebuie remarcat faptul că metoda de prelucrare material metalic afectează conductivitatea termică a oțelului. Astfel, orice impact asupra produsului prin presiune crește capacitatea de a conduce căldura către partea mai puțin încălzită a acestuia din zona mai încălzită.

Oțelurile carbon din cele trei grupuri de mai sus de calitate obișnuită sunt destinate producției de diferite structuri metalice, dispozitive ușor încărcate și piese de mașini. Acest tip de material este aplicabil in cazurile in care performanta produselor este asigurata datorita rigiditatii. Oțelurile carbon de calitate obișnuită sunt utilizate pe scară largă în industria construcțiilor în construcția structurilor din beton armat. Anumite aliaje din grupele B și B sunt bine prelucrate și sudate la rece. Prin urmare, aceste oțeluri sunt utilizate pe scară largă la fabricarea cadrelor, a fermelor sudate, a construcțiilor de structuri metalice, precum și a elementelor de fixare, dintre care unele sunt ulterior cimentate.

Oțelurile sunt, de asemenea, împărțite în oțeluri cu conținut ridicat, mediu și scăzut de carbon.

Acestea din urmă se caracterizează prin ductilitate ridicată și rezistență scăzută la rece. De obicei, acestea sunt realizate sub forma unei foi subțiri. Carbonul și siliciul sunt conținute în cantități mici, drept urmare aceste aliaje sunt moi.

Oțelurile cu carbon mediu (numerele 4 și 3) se disting prin rezistență mare. Aceste aliaje sunt utilizate în producția de roți dințate, arbori, scripete și alte părți ale echipamentelor agricole și de camioane, precum și roți de cale ferată, șine și alte produse.

Oțelurile cu conținut ridicat de carbon (numerele 6 și 5) și cu un conținut ridicat de mangan sunt utilizate în majoritatea cazurilor la fabricarea de sârmă de înaltă rezistență, arcuri, arcuri și alte piese care necesită elasticitate și rezistență la uzură ridicate.

Pentru o analiză suplimentară a transformărilor structurale în timpul răcirii lente, este necesar să se împartă toate oțelurile în două grupuri:

Oțelul din primul grup Sunt utilizate în principal ca oțeluri de structură, iar oțelurile din a doua grupă sunt folosite ca oțeluri pentru scule.

În oțeluri cu conținut de carbon mai mic de 0,8% liniile GS și PSK determină temperaturile la începutul și la sfârșitul recristalizării (cristalizarea secundară) a austenitei în ferită.

Recristalizare

Recristalizare cauzată de transformarea alotropică Fe γ → Fe α.

În fier pur această transformare are loc la o temperatură constantă (910°), în timp ce la oțeluri are loc într-un interval de temperatură, întrucât pentru oțelul cu un conținut de C = 0,2% procesul de recristalizare va începe la o temperatură de 850° și se va termina la un temperatura de 723°.

Transformări structurale în timpul răcirii oțelului

Cu toate acestea, atunci când oțelul este răcit în intervalul de temperatură 850-723 °, nu toată austenita se va transforma în ferită. Va rămâne puțină austenită. Această austenită se va transforma în perlită la o temperatură de 723°.

Ca urmare a acestor două transformări în domeniul de temperatură determinat de liniile GS și PSK, structura oțelurilor care conțin C< 0,8% при temperatura camerei va consta din ferita + perlita.

Relația cantitativă dintre ferită și perlită este determinată de procentul de carbon din oțel. Cu cât mai mult carbon b oțel, cu atât conține mai multă perlită, iar oțelul va fi mai dur, mai durabil, dar mai puțin ductil.

În oțeluri cu conținut de C>0,8% Liniile SE și PSK determină temperaturile de început și sfârșit de cristalizare a cementitei din austenită (cristalizare secundară).

Această transformare este cauzată scăderea solubilității carbonului în austenită la răcire.

La o temperatură de 1130°, 2% carbon se poate dizolva în austenită, iar la 723° doar 0,8%. Prin urmare, dacă oțelul conține 1% carbon, atunci la răcire, începând de la o temperatură de 820°, excesul de carbon va fi eliberat din austenită sub formă de cementită până când în austenită rămâne 0,8% carbon.

La o temperatură de 723°, această austenită se va transforma în perlită.

Ca urmare a acestor două transformări în domeniul de temperatură determinat de liniile ES și PSK și la o temperatură de 723°, structura oțelurilor cu un conținut de C>0,8% la temperatura camerei va consta din cimentită + perlit.

Relația cantitativă dintre cementită și perlită va fi determinată și de cantitatea de carbon din oțel. Cu cât este mai mult carbon în oțel, cu atât conține mai multă cementită și oțelul va fi mai dur, dar și mai casant.

În oțeluri cu conținut de C = 0,8% Transformarea austenitei în timpul răcirii lente va începe și se va termina la o temperatură de 723°. Structura acestui oțel la temperatura camerei va fi perlit.

Temperaturile liniei PSK, când vine vorba de încălzire, înseamnă OC1.

Temperaturile liniei G.S.Şi S.E. denotă în mod corespunzător ONV sau A St.

Înțelegerea unei astfel de probleme precum clasificarea oțelurilor carbon este foarte importantă, deoarece aceasta vă permite să obțineți o înțelegere completă a caracteristicilor unuia sau altui tip de acest material popular. , ca oricare altul, nu este mai puțin important, iar un specialist trebuie să îl poată înțelege pentru a alege aliajul potrivit în funcție de proprietățile și compoziția chimică a acestuia.

Caracteristici distinctive și categorii principale

Oțelurile carbon, care se bazează pe fier și carbon, includ aliaje care conțin un minim de impurități suplimentare. Conținutul cantitativ de carbon stă la baza următoarei clasificări a oțelurilor:

• cu emisii scăzute de carbon (conținut de carbon în limita a 0,2%);
• carbon mediu (0,2–0,6%);
• conținut ridicat de carbon (până la 2%).

Pe lângă cei vrednici caracteristici tehnice, trebuie remarcat costul accesibil, care este important pentru un material utilizat pe scară largă pentru producerea unei game largi de produse.

Cele mai semnificative avantaje ale oțelurilor carbon de diferite grade includ:

• plasticitate ridicată;
• lucrabilitate bună (indiferent de temperatura de încălzire a metalului);
• sudabilitate excelentă;
• menținerea rezistenței ridicate chiar și cu încălzire semnificativă (până la 400°);
• toleranță bună la sarcini dinamice.

Oțelurile carbon au și dezavantaje, printre care merită evidențiate:

• o scădere a ductilității aliajului cu o creștere a conținutului de carbon din compoziția sa;
• deteriorarea capacității de tăiere și scăderea durității atunci când este încălzită la temperaturi care depășesc 200°;
• susceptibilitate ridicată la formarea și dezvoltarea proceselor de coroziune, ceea ce impune cerințe suplimentare produselor din astfel de oțel, care trebuie acoperite cu un strat protector;
• caracteristici electrice slabe;
• tendinta de dilatare termica.

Clasificarea aliajelor de carbon după structură merită o atenție deosebită. Principala influență asupra transformărilor în acestea este exercitată de conținutul cantitativ de carbon. Astfel, otelurile clasificate ca hipoeutectoide au o structura bazata pe granule de ferita si perlita. Conținutul de carbon în astfel de aliaje nu depășește 0,8%. Odată cu creșterea cantității de carbon, cantitatea de ferită scade, iar volumul de perlite, în consecință, crește. Conform acestei clasificări, oțelurile care conțin 0,8% carbon sunt clasificate ca eutectoide, baza structurii lor este predominant perlita. Odată cu o creștere suplimentară a cantității de carbon, începe să se formeze cementită secundară. Oțelurile cu această structură aparțin grupului hipereutectoid.

O creștere a cantității de carbon din compoziția oțelului la 1% duce la faptul că proprietățile metalului precum rezistența și duritatea sunt îmbunătățite semnificativ, în timp ce limita de curgere și ductilitatea, dimpotrivă, se deteriorează. Dacă cantitatea de carbon din oțel depășește 1%, aceasta poate duce la formarea unei rețele grosiere de martensită secundară în structura sa, care are un efect negativ asupra rezistenței materialului. De aceea, în oțelurile clasificate drept cu conținut ridicat de carbon, cantitatea de carbon, de regulă, nu depășește 1,3%.

Proprietățile oțelurilor carbon sunt influențate serios de impuritățile conținute în compoziția lor. Elementele care au un efect pozitiv asupra caracteristicilor aliajului (imbunatatind dezoxidarea metalului) sunt siliciul si manganul, in timp ce fosforul si sulful sunt impuritati care ii inrautatesc proprietatile. Fosforul cu conținut ridicat în oțelul carbon duce la faptul că produsele fabricate din acesta se acoperă cu fisuri și chiar se sparg atunci când sunt expuse la temperaturi scăzute. Acest fenomen se numește fragilitate la rece. Ceea ce este caracteristic este că au început continut crescut fosforul, dacă sunt în stare încălzită, se pretează bine la sudare și prelucrare prin forjare, ștanțare etc.

În produsele fabricate din oțeluri carbon care conțin cantități semnificative de sulf, poate apărea un fenomen numit fragilitate roșie. Esența acestui fenomen este că metalul, atunci când este expus la temperatură ridicatăîncepe să fie dificil de procesat. Structura oțelurilor carbon, care conțin o cantitate semnificativă de sulf, este formată din granule cu formațiuni fuzibile la limite. Astfel de formațiuni încep să se topească pe măsură ce temperatura crește, ceea ce duce la o întrerupere a legăturii dintre boabe și, în consecință, la formarea a numeroase fisuri în structura metalică. Între timp, parametrii aliajelor de carbon sulf pot fi îmbunătățiți dacă sunt microaliate cu zirconiu, titan și bor.

Tehnologii de producție

Astăzi, există trei tehnologii principale utilizate în industria metalurgică. Principalele lor diferențe sunt tipul de echipament utilizat. Acest:

• cuptoare de topire tip convertor;
• unități cu vatră deschisă;
• cuptoare de topire alimentate cu energie electrică.

În instalațiile de transformare, toate componentele aliajului de oțel sunt topite: fontă și fier vechi. În plus, metalul topit în astfel de cuptoare este prelucrat suplimentar folosind oxigen tehnic. În cazurile în care impuritățile prezente în metalul topit trebuie transformate în zgură, la acesta se adaugă var ars.

Procesul de producere a oțelului carbon folosind această tehnologie este însoțit de oxidarea activă a metalului și a deșeurilor acestuia, a căror valoare poate ajunge până la 9% din volumul total al aliajului. Dezavantajul acestui proces tehnologic este că produce o cantitate semnificativă de praf, iar acest lucru necesită utilizarea unor unități speciale de curățare a prafului. Utilizarea unor astfel de dispozitive suplimentare afectează costul produsului rezultat. Cu toate acestea, toate neajunsurile care caracterizează acest lucru proces, sunt pe deplin compensate de performanțele sale ridicate.

Topirea într-un cuptor cu vatră deschisă este o altă tehnologie populară care este folosită pentru a produce oțeluri carbon de diferite grade. Toate materiile prime necesare (deșeuri de oțel, fontă etc.) sunt încărcate în acea parte a cuptorului cu vatră deschisă, numită cameră de topire, care este încălzită la temperatura de topire. Interacțiuni fizice și chimice complexe au loc în cameră, în care iau parte metalul topit, zgura și un mediu gazos. Rezultă un aliaj cu caracteristicile cerute, care stare lichidă este evacuat printr-o gaură specială în peretele din spate cuptoare.

Oțelul produs prin topire în cuptoarele electrice, datorită utilizării unei surse de încălzire fundamental diferite, nu este expus unui mediu oxidant, ceea ce îl face mai curat. Diverse clase de oțel carbon produse prin topire în cuptoare electrice conțin mai puțin hidrogen. Acest element este principalul motiv pentru apariția fulgilor în structura aliajelor, care înrăutățesc semnificativ caracteristicile acestora.

Indiferent de modul în care este topit aliajul de carbon și indiferent de ce categorie din clasificare îi aparține, principalele materii prime pentru producerea lui sunt fonta și fier vechi.

Metode de îmbunătățire a caracteristicilor de rezistență

Dacă proprietățile claselor sunt îmbunătățite prin introducerea de aditivi speciali în compoziția lor, atunci soluția acestei probleme în legătură cu aliajele de carbon se realizează prin efectuarea unui tratament termic. Una dintre metodele avansate ale acestuia din urmă este întărirea cu plasmă de suprafață. Ca urmare a utilizării acestei tehnologii, în stratul superficial al metalului se formează o structură constând din martensită, a cărei duritate este de 9,5 GPa (în unele zone ajunge la 11,5 GPa).

Întărirea cu plasmă de suprafață duce, de asemenea, la formarea de austenită reținută metastabilă în structura metalică, a cărei cantitate crește dacă procentul de carbon din compoziția oțelului crește. Această formațiune structurală, care se poate transforma în martensită atunci când rulează într-un produs din oțel carbon, îmbunătățește semnificativ caracteristicile metalului precum rezistența la uzură.

Unul dintre moduri eficiente O metodă care poate îmbunătăți semnificativ caracteristicile oțelului carbon este tratamentul chimico-termic. Esența acestei tehnologii este că un aliaj de oțel, încălzit la o anumită temperatură, este supus unei acțiuni chimice, care îi poate îmbunătăți semnificativ caracteristicile. După un astfel de tratament, care poate fi aplicat oțelurilor carbon de diferite grade, duritatea și rezistența la uzură a metalului crește, iar rezistența sa la coroziune în medii umede și acide se îmbunătățește.

Alte opțiuni de clasificare

Un alt parametru după care sunt clasificate aliajele de carbon este gradul de purificare a acestora de impuritățile dăunătoare. Oțelurile care conțin o cantitate minimă de sulf și fosfor au caracteristici mecanice mai bune (dar și costuri mai mari). Acest parametru a devenit baza clasificării oțelurilor carbon, în funcție de care se disting aliajele:

• calitate obișnuită (B);
• calitativ (B);
• calitate crescută (A).

Oțelul de prima categorie (a lor compozitia chimica nespecificate de producător) sunt selectate numai pe baza caracteristicilor lor mecanice. Aceste oțeluri sunt diferite cost minim. Nu sunt supuse tratamentului termic sau sub presiune. Pentru oțelurile de înaltă calitate, producătorul stipulează compoziția chimică, iar pentru aliajele de înaltă calitate, proprietățile mecanice. Important este ca produsele realizate din aliaje din primele doua categorii (B si C) pot fi supuse tratamentului termic si deformarii plastice la cald.

Există o clasificare a aliajelor de carbon în funcție de scopul lor principal. Astfel, se face o distincție între oțelurile de structură, din care sunt produse piese pentru diverse scopuri, și oțelurile pentru scule, utilizate în deplină concordanță cu numele lor - pentru fabricare diverse instrumente. Aliajele pentru scule, în comparație cu aliajele structurale, se caracterizează prin duritate și rezistență crescute.

În marcarea oțelului carbon puteți găsi denumirile „sp”, „ps” și „kp”, care indică gradul de dezoxidare a acestuia. Acesta este un alt parametru pentru clasificarea unor astfel de aliaje.
Literele „sp” din marcaj indică aliaje silențioase, care pot conține până la 0,12% siliciu. Ele se caracterizează printr-o rezistență bună la impact chiar și la temperaturi scăzuteși se caracterizează printr-o omogenitate ridicată a structurii și compoziției chimice. Astfel de oțeluri carbon au și dezavantaje, dintre care cele mai semnificative sunt că suprafața produselor realizate din acestea este de o calitate mai scăzută decât cea a oțelurilor fierbe, iar după lucrările de sudare, caracteristicile pieselor realizate din acestea se deteriorează semnificativ.

Aliajele semi-silențioase (notate cu literele „ps” în marcaj), în care siliciul poate fi conținut în intervalul 0,07-0,12%, se caracterizează printr-o distribuție uniformă a impurităților în compoziția lor. Acest lucru asigură consistența caracteristicilor produselor realizate din acestea.

La fierberea oțelurilor carbon care conțin nu mai mult de 0,07% siliciu, procesul de dezoxidare nu este complet finalizat, ceea ce determină eterogenitatea structurii lor. Între timp, ele se disting printr-o serie de avantaje, dintre care cele mai semnificative includ:

• cost redus, care se explică prin conținutul nesemnificativ de aditivi speciali;
• plasticitate ridicată;
• sudabilitate și prelucrabilitate bună folosind metode de deformare plastică.

Cum sunt marcate aliajele de oțel carbon?

Înțelegerea principiilor de marcare a oțelului carbon este la fel de ușoară ca și înțelegerea bazei clasificării acestuia: acestea nu diferă mult de regulile de desemnare a aliajelor de oțel din alte categorii. Pentru a descifra astfel de marcaje, nici măcar nu trebuie să vă uitați la tabele speciale.

Litera „U” de la începutul denumirii mărcii aliajului indică faptul că aceasta aparține categoriei de scule. Literele „A”, „B” și „C” scrise la sfârșitul marcajului indică grupului de calitate din care aparține oțelul carbon. Cantitatea de carbon conținută în aliaj este indicată chiar la începutul marcajului acestuia. Mai mult, pentru oțelurile de înaltă calitate (grupa „A”), cantitatea acestui element va fi indicată în sutimi de procent, iar pentru aliajele din grupele „B” și „C” - în zecimi.

În marcarea oțelurilor carbon individuale puteți găsi litera „G” după numerele care indică conținutul cantitativ de carbon. Această scrisoare indică faptul că metalul conține o cantitate crescută de un element, cum ar fi manganul. Denumirile „sp”, „ps” și „kp” indică gradul de dezoxidare căruia îi corespunde oțelul carbon.

Aliajele de carbon, datorită caracteristicilor lor și costului redus, sunt utilizate în mod activ pentru producerea de elemente structuri de constructii, piese de mașini, unelte și produse metalice pentru diverse scopuri.

2, evaluare medie: 5,00 din 5)

), și aliate - din fier, carbon și alți aditivi de aliaj. Proprietățile mecanice ale oțelurilor depind de conținutul de carbon (Fig. 1). În practică, nu se folosește fier pur, dar se folosesc aliaje de fier și carbon: oțel (conținutul de carbon din aliaj este de până la 2%) și fonta (conținutul de carbon este de 2-6%).

Cu un conținut scăzut de carbon (de la 0,05 la 0,3%), oțelul este bine rulat în foi, îndoit, ștanțat și tras la rece, ușor de prelucrat cu freza, sudat bine și tăiat cu oxigen, dar practic nu este întărit, are un grad relativ scăzut. duritate și rezistență la uzură. Acest oteluri de constructii, din care sunt produse prin laminare țevi, table, canale, grinzi în I, oțel unghiular și alte produse laminate utilizate pentru fabricarea structurilor de construcții.

O cantitate mică de carbon din oțel (până la 0,0001%) poate fi plasată în spațiile libere ale rețelei cristaline, dar cea mai mare parte a carbonului se află într-o stare legată chimic cu fier - sub formă de cementită Fe 3 C.

Oțelul carbon este un amestec de granule de fier și carburi de fier. Primele sunt numite în metalurgie - ferită, iar cele din urmă - cementită.

Orez. 1. Efectul conținutului de carbon asupra caracteristici mecanice oteluri: duritate HB, rezistenta, rezistenta la impact un, și alungirea relativă.

Se numesc oțeluri care conțin 0,7-1,3% carbon instrumental, sunt realizate din instrument de tăiere(burghie, robinet, matrițe, freze etc.). Oțelurile cu un conținut de carbon de 0,3-1,3% sunt bine întărite, devin mai dure și mai rezistente la uzură. Cu cât există mai mult carbon în aceste oțeluri, cu atât devin mai dure și mai puternice, cu atât sunt mai puțin dure și ductile, și cu atât sunt mai rău procesate și sudate.

Oțelul se numește carbon (nealiat) dacă nu conține alte elemente de aliere în afară de carbon. În mod firesc, conține impurități ale altor elemente (sulf, fosfor, mangan, siliciu etc.), care au pătruns în el din materiile prime în timpul producției de oțel, adică. din minereu de fier, fier vechi, fontă.

Oțelurile cu conținut ridicat de carbon sunt mai rezistente și mai dure decât oțelurile cu conținut scăzut de carbon, dar mai puțin ductile și mai casante. Prin urmare, conținutul de carbon, determinând proprietățile oțelurilor, le împarte în grupuri de scop: CONSTRUCȚII - ductilitate scăzută și rezistență la impact; INSTRUMENTAL - duritate mai mare; Oțelurile pentru inginerie mecanică, în comparație cu oțelurile pentru construcții, au valori mai mici ale rezistenței la impact și ductilității, dar rezistență și duritate crescute.

Fig.2. Clasificarea oțelurilor carbon după calitate.

Otelurile sunt clasificate dupa urmatoarele criterii: compozitie chimica (carbon si aliaj); după scop (construcții, instrumentale); dupa metoda de productie (vatra deschisa, Bessemer); după calitate (obișnuit, de înaltă calitate, de înaltă calitate).

Oțelurile de calitate obișnuită (Fig. 2) sunt împărțite în trei grupe: A, B și C. Grupa A este oțelul St0, St1, St2, St3, St4, St5, St6 (Anexa 1). Proprietățile mecanice ale acestor oțeluri sunt standardizate (s b, s t, d). Numărul din clasa de oțel înseamnă numărul său condiționat și variază de la 0 la 6, cu cât acest număr este mai mare, cu atât mai multă valoare s in și s t. Indicii B și C sunt indicați în clasele de oțel din grupele B și C, dar indicele A nu este indicat pentru oțelurile din grupa A.

Există varietăți de oțeluri din grupa A prin dezoxidare (kp, sp, ps) și după conținutul de mangan (G): St0, St1kp, St1ps, St1sp, St2ps, St2sp, St3kp, St3ps, St3sp, St3Gps, St3Gsp,

Pentru oțelurile din grupa B, compoziția chimică este standardizată pentru carbon (de la 0,23 la 0,49%), siliciu (0,05-0,35%) și mangan (0,25-1,2%): BSt0, BSt1, BSt6 (anexa 2).

Se repetă aceleași tipuri de oțeluri ca și în grupa A în ceea ce privește dezoxidarea și conținutul de mangan: BSt0, BSt1kp, BSt1ps, BSt6.

Grupa B - compoziția chimică și proprietățile mecanice sunt standardizate: VSt1, VSt2, VSt3, VSt4, VSt5 (indice B - oțel grup B; spre deosebire de oțelurile din grupele A și B, nu există oțeluri St0, St6 în grupa B).

În funcție de gradul de dezoxidare, oțelurile sunt împărțite în:

Otelurile la fierbere (continut mare de oxigen in oxizi de fier si mai putin de 0,005% Si) au un prag de fragilitate la rece mai scazut, prin urmare aceste oteluri (St1kp, St2kp, St3kp, St4kp) nu pot fi folosite pentru constructii care functioneaza la temperaturi scazute;

Oțeluri blânde (St1sp, St2sp), care sunt mai fiabile la temperaturi scăzute;

Oteluri semi-silențioase (St1ps, St2ps,).

Exemple de interpretare a denumirilor de oțel: oțel St2kp3 - oțel de calitate obișnuită din grupa A, grad St2, fierbere, categoria 3; oțel VSt4kp4 - oțel de calitate obișnuită, grupa B, grad St 4, fierbere, categoria 4.

Oțelurile carbon de înaltă calitate pot fi cu conținut normal de mangan (05kp, 08kp, 25, 85) sau cu conținut crescut de mangan (15G, 20G, 85G).

Numărul din ștampilă indică conținutul de carbon în sutimi de procent, iar indicele G indică prezența manganului (1%). Oțelurile de înaltă calitate conțin mai puține impurități nocive (S< 0,02 %, Р < 0,03 %) и обозначаются индексом А в конце марки стали. Например: У8А - высококачественная высокоуглеродистая, инструментальная, сталь, содержащая 0,8 % углерода.

Aplicarea oțelurilor carbon în construcții și inginerie mecanică:

1. Oțelurile de calitate obișnuită sunt utilizate în structuri care nu sunt supuse sarcinilor dinamice și temperaturilor scăzute.

2. Oțeluri 08kp, 05kp - pentru ștanțarea tablei în industria auto și alte industrii.

3. Oteluri St0, St1, St2, St08, St25 - pentru producerea tablelor laminate, canalelor etc.

4. Oteluri 10, 15, 25 - pentru structuri sudate si nituite (fara tratament termic ulterior).

5. Oteluri St3kp, St5, MSt3kp etc. pentru fabricarea produselor din beton armat (Anexa 3).

6. Structurile de tablă, rezervoarele, conductele sunt realizate din oțel MSt1kp, MSt2kp, MSt3ps.

7. Oteluri 30, 35, 40 - pentru piese (arbori, osii, angrenaje) care functioneaza sub sarcini mari (supus normalizarii si calirii).

8. Oțel 45, 50 - pentru arbori cotiți.

9. Oțeluri 55, 60, 65 și 70 - arcuri, arcuri, roți dințate (călire și revenire).