Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное бюджетное государственное образовательное учреждение ВПО «Пермский Национальный Исследовательский Политехнический Университет – ПНИПУ» Кафедра сварочного производства и технологии конструкционных материалов Классификация стали и чугуна Выполнил: студент группы ПСК-09-2 Ваганова К. С. Проверил: профессор, доктор технических наук Игнатов М. Н. Пермь 2011

Оглавление

1. Классификация сталей

1.1. Химический состав……………..…………………………………………………………..3

1.2. Назначение……………………………………………………………..……………………3

1.3. Качество……………………………………………………………………………………..3

1.4. Степень раскисления……………………………………………………………………….4

1.5. Качественные стали………………………………………………………………………...5

1.6. Стали углеродистые обыкновенного качества …………………………………………..6

1.7. Углеродистые инструментальные стали …………………………………………………6

1.8. Легированные стали……………………………………………………………………….7

2. Классификация чугунов

2.1. Белый чугун…………………………………………………………………………………8

2.2. Серый (литейный) чугун……………………………………………………………………8

2.3. Высокопрочный чугун……………………………………………………………………...8

2.4. Чугуны с вермикулярным графитом…………………………………………………..…..8

2.5. Ковкие чугуны………………………………………………………………………..……..8

3. Литература 10

Классификация и маркировка сталей

1.1. Химический состав

Сталью называют сплав железа с углеродом, содержание С от 2,04 до 6,67 %. В зависимости от химического состава различают стали углеродистые (ГОСТ 380-94, ГОСТ 1050-88) и легированные (ГОСТ 4543-71, ГОСТ 5632-72, ГОСТ 14959-79).

Углеродистые стали подразделяют на:

• 
  Малоуглеродистыми, т. е. содержащими углерода менее 0,25%;
  
• 
  Среднеуглеродистыми, содержание углерода составляет 0,25-0,60% ;
  
• 
  Высокоуглеродистыми, в которых концентрация углерода превышает 0,60% .
  

Легированные стали подразделяют на:

• 
  Низколегированные содержание легирующих элементов до 2,5% ;
  
• 
  Среднелегированные, в их состав входят от 2,5 до 10% легирующих элементов;
  
• 
  Высоколегированные, которые содержат свыше 10% легирующих элементов.
  

1.2. Назначение

Конструкционные стали, предназначенные для изготовления строительных и машиностроительных изделий.

Инструментальные стали, из которых изготовляют режущий, мерительный, штамповый и прочие инструменты. Эти стали содержат более 0,65% углерода.

С особыми физическими свойствами стали, например, с определенными магнитными характеристиками или малым коэффициентом линейного расширения: электротехническая сталь, суперинвар.

С особыми химическими свойствами стали, например, нержавеющие, жаростойкие или жаропрочные стали.

1.3. Качество

По качеству различают стали общего назначения, качественные, высококачественные и особовысококачественные, в последнем случае в маркировке указывается способ выплавки и последующей обработки стали.

Под качеством стали понимают совокупность свойств, определяемых металлургическим процессом ее производства:

• 
  Качественные - до 0,035% серы и фосфора каждого отдельно;
  
• 
  Высококачественные - до 0.025% серы и фосфора;
  
• 
  Особовысококачественные, до 0,025% фосфора и до 0,015% серы.
  

3

1.4. Степень раскисления

Способ получения стали определяет степень ее раскисления. Раскисление – процесс удаления из жидкого металла кислорода, проводимый для предотвращения хрупкого разрушения стали при горячей деформации.

По степени раскисления и характеру затвердевания стали разделят на:

• 
  Спокойные, раскисляют марганцем, кремнием и алюминием. Они содержат мало кислорода и затвердевают спокойно, без газовыделения;
  
• 
  Кипящие, раскисляют только марганцем . Кипящие стали дешевы, их производят низкоуглеродистыми и практически без кремния, но с повышенным количеством газообразных примесей;
  
• 
  Полуспокойные стали по степени раскисления занимают промежуточное положение между спокойными и кипящими.
  

Твердость углеродистых сталей с увеличением содержания углерода растет непрерывно. Прочность же сталей с увеличением количества углерода растет, при содержании 1 % имеет максимума, а затем начинает уменьшаться (рис.1).

рис.1 Зависимость механических характеристик углеродистых сталей от процентного содержания углерода
4

1.5. Качественные стали согласно ГОСТ 1050-88 маркируются: словом «Сталь» и цифрами, указывающими среднее содержание углерода в сотых долях процента: сталь 10, сталь15…сталь 60. Содержание серы в этих сталях не должно превышать 0,040 % и фосфора – 0,035 %. Стали этой группы, содержащие свыше 0,2 % С, выпускаются только спокойными. Марки и химический состав сталей приведены в табл. 1.

Состав некоторых марок углеродистых качественных сталей (ГОСТ 1050 – 88) Таблица 1

Марки стали	Массовая доля элементов, %
	Углерод	Кремний	Марганец	Хром, не более
05кп	Не более 0,06	Не более 0,03	Не более 0,06	0,10
08кп	0,05-0,12	Не более 0,03	0,25-0,50	0,10
08пс	0,05-0,11	0,05-0,17	0,35-0.65	0,10
08	0,05-0,12	0,17-0,37	0,35-0.65	0,10
10кп	0,07-0,14	Не более 0,07	0,25-0,50	0,15
10пс	0,07-0,14	0,05-0,17	0,35-0,65	0,15
10	0,07-0,14	0,17-0,37	0,35-0,65	0,15
11кп	0,05-0,12	Не более 0,06	0,30-0,50	0,15
15кп	0,12-0,19	Не более 0,07	0,55-0,50	0,25
15пс	0,12-0,19	0,05-0,17	0,35-0,65	0,25
15	0,12-0,19	0,17-0,37	0,35-0,65	0,25
18кп	0,12-0,20	0,12-0,20	0,30-0,50	0,15
20кп	0,17-0,24	0,17-0,24	0,25-0,50	0,25
20пс	0,17-0,24	0,17-0,24	0,35-0,65	0,25
20	0,17-0,24	0,17-0,24	0.35-0,65	0,25
25	0,22-0,30	0,22-0,30	0,50-0,80	0,25
30	0,27-0,35	0,27-0,35	0,50-0,80	0,25
35	0,32-0,40	0,32-0,40	0,50-0,80	0,25
40	0,37-0,45	0,37-0,45	0,50-0,80	0,25
45	0,42-0,50	0,42-0,50	0,50-0,80	0,25
50	0,47-0,55	0,47-0,55	0,50-0,80	0,25
55	0,52-0.60	0,52-0,60	0,50-0,80	0,25
5 60	0,57-0,65	0,57-0,65	0,50-0,80	0,25

Примечание: в спокойных сталях индекс СП не обозначают.

5

1.6. Стали углеродистые обыкновенного качества (ГОСТ 380-94) обозначаются буквами «Ст» и цифрами – условный номер марки в зависимости от химического состава, например, Ст1, Ст3, Ст5. Чем выше номер в обозначении стали, тем выше ее прочность и ниже пластичность. Химический состав некоторых сталей приведен в табл.2.

Состав углеродистых сталей обыкновенного качества (ГОСТ 380 – 94) Таблица 2

Марка стали	Массовая доля элементов, %
	Углерод	Марганец	Кремний
Ст0	Не более 0,23	-	-
Ст1кп	0,06-0,12	0,25-0,50	Не более 0,05
Ст1пс	0,06-0,12	0,25-0,50	0,05-0,15
Ст1сп	0,06-0,12	0,25-0,50	0,15-0,30
Ст2кп	0,09-0,15	0,25-0,50	Не более 0,05
Ст2пс	0,09-0,15	0,25-0,50	0,05-0,15
Ст2сп	0,09-0,15	0,25-0,50	0,15-0,30
Ст3кп	0,14-0,22	0,30-0,60	Не более 0,05
Ст3пс	0,14-0,22	0,40-0,65	0,05-0,15
Ст3сп	0,14-0,22	0,40-0,65	0,15-0,30
Ст4кп	0,18-0,27	0,40-0,70	Не более 0,05
Ст4пс	0,18-0,27	0,40-0,70	0,05-0,15
Ст4сп	0,18-0,27	0,40-0,70	0,15-0,30
Ст5пс	0,28-0,37	0,50-0,80	0,05-0,15
Ст5сп	0,28-0,37	0,50-0,80	0,15-0,30
Ст6пс	0,38-0,49	0,50-0,80	0,05-0,15
Ст6сп	0,38-0,49	0,50-0,80	0,15-0,30

1.7. Углеродистые инструментальные стали (ГОСТ 1435 – 99) с содержанием углерода более 0,7 % имеют в обозначении букву «У» и цифру, указывающую на содержание углерода в десятых долях процента: У7, У8,… Содержание серы и фосфора в высококачественных сталях не превышает 0,025% каждого элемента. Стали имеют повышенную чистоту по не металлическим включениям. Высококачественные инструментальные стали маркируют также, но в конце марки ставят букву А (У7А, У8А…).
6

1.8. Легированные стали кроме обычных примесей содержат элементы, специально вводимые в определенных количествах для обеспечения требуемых свойств. Эти элементы называются легирующими. Легированные стали подразделяются в зависимости от содержания легирующих элементов на низколегированные (2,5% легирующих элементов), среднелегированные (от 2,5 до 10% и высоколегированные (свыше 10%).

Легирующие добавки повышают прочность, коррозийную стойкость стали, снижают опасность хрупкого разрушения. В качестве легирующих добавок применяют хром, никель, медь, азот (в химически связанном состоянии), ванадий и др.

Легированные стали маркируются цифрами и буквами, указывающими примерный состав стали. Буква показывает, какой легирующий элемент входит в состав стали (Г - марганец, С - кремний, Х -хром, Н - никель, Д - медь, А - азот, Ф - ванадий), а стоящие за ней цифры - среднее содержание элемента в процентах. Если элемента содержится менее 1%, то цифры за буквой не ставятся. Первые две цифры указывают среднее содержание углерода в сотых долях процента.

7

2. Классификация чугунов

Чугуном называют сплав железа с углеродом, содержание С от 2,14 до 6,67 %. Они содержат те же примеси, что и сталь, но в большем количестве. В зависимости от состояния углерода в чугуне, различают:

• 
  Белые;
  
• 
  Серые;
  
• 
  Высокопрочные;
  
• 
  Чугуны с вермикулярным графитом;
  
• 
  Ковкие чугуны.
  

2.1. В белом чугуне почти весь углерод находится в связном состоянии в виде цементита Fe₃C. Белые чугуны, имея высокие твердость и износостойкость, плохо обрабатываются резанием, хрупки и обладают низкой прочностью. В связи с этим они почти нигде не применяются.

2.2. Серыми называют чугуны с пластичной формой графита. По химическому составу серые чугуны разделяют на обычные (нелегированные) и легированные. Обычные серые чугуны – сплавы сложного состава, содержащие основные элементы: Fe, C, Si – и постоянные примеси: Mn, P, S. Обозначают серые чугуны индексами СЧ 20, СЧ 25, СЧ 30. Цифра в обозначении указывает на предел прочности чугуна при растяжении в 0,1 МПа (табл.3.)

2.3. Высокопрочными называют чугуны, в которых графит имеет шаровидную форму. Их получают модифицированием магнием, который вводят в жидкий чугун в количестве 0,02 … 0,08 %.

Марка высокопрочного чугуна состоит из букв ВЧ и числа, обозначающего предел прочности чугуна при растяжении в 0,1 МПа, например ВЧ35 (табл.3).

2.4. В чугунах с вермикулярным графитом структура формируется под действием комплексного модификатора, содержащего магний и редкоземельные металлы. Графит приобретает шаровидную (до 40 %) и вермикулярную - в виде мелких тонких прожилок – форму.

Чугуны с вермикулярным графитом производят четырех марок: ЧВГ 30, ЧВГ 35, ЧВГ 40, ЧВГ 45 (ГОСТ 28384-89). Число обозначает предел прочности чугуна при растяжении в 0,1 МПа.

По механическим свойствам чугуны с вермикулярным графитом занимают промежуточное положение между серыми и высокопрочными чугунами. Они прочнее серых чугунов, особенно при циклических нагрузках; предел выносливости ʛ_-1 составляет 140 МПа у ЧВГ 30 и 190 МПа у ЧВГ 45.

2.5. Ковкими называются чугуны, в которых графит имеет хлопьевидную форму. Их получают отжигом белых доэвтектических чугунов. По этой причине графит ковких чугунов называют углеродом отжига. Такой графит в отличие от пластинчатого меньше снижает механические свойства металлической основы, вследствие чего ковкие чугуны по сравнению с серыми обладают более высокими прочностью и пластичностью.

Ковкие чугуны обозначают буквами и последующими цифрами, первая из которых характеризует прочность при растяжении в 0,1 МПа. А вторая пластичность (%) КЧ 30-6, КЧ 60-3 (табл.3).
8

Механические свойства и структурный состав чугунов Таблица 3

Марка чугуна	Врем.сопротив. разрыву ʛв, МПа	Предел текучести ʛ0,2, МПа	Относительное удлинение δ,%	Твердость НВ	Структура металлической основы
Серые чугуны (ГОСТ 1412-85)
СЧ10	100	-	-	̴190	Ф
СЧ15	150	-	-	163…210	Ф
СЧ25	250	-	-	180…245	Ф + П
СЧ35	350	-	-	220…275	П
Высокопрочные чугуны (ГОСТ 7293-85)
ВЧ35	350	220	22	140…170	Ф
ВЧ45	450	310	10	140…225	Ф+П
ВЧ60	600	370	3	192…227	Ф+П
ВЧ80	800	490	2	248…351	П
ВЧ100	1000	700	2	270…360	Б
Чугуны с вермикулярным графитом (ГОСТ 28384-89)
ЧВГ30	300	240	3	130…180	Ф
ЧВГ35	350	260	2	140…190	Ф+П
ЧВГ40	400	320	1,5	170…220	Ф+П
ЧВГ45	450	380	0,8	190…250	П
Ковкие чугуны (ГОСТ 1215-79)
КЧ30-6	300	-	6	100…163	Ф+до 10 % П
КЧ35-8	350	-	8	100…163	-
КЧ37-12	370	-	12	110…163	-
КЧ45-7	450	-	7	150…207	-
КЧ60-3	600	-	3	200…269	П+до 20 % Ф
КЧ80-1,5	800	-	1,5	270…320	П

9

3. Литература

1. 
   Состав некоторых марок углеродистых качественных сталей (ГОСТ 1050 – 88) 5стр.
   
2. 
   Состав углеродистых сталей обыкновенного качества (ГОСТ 380 – 94) 6 стр.
   
3. 
   Серые чугуны (ГОСТ 1412-85) 9 стр.
   
4. 
   Высокопрочные чугуны (ГОСТ 7293-85) 9 стр.
   
5. 
   Чугуны с вермикулярным графитом (ГОСТ 28384-89) 9 стр.
   
6. 
   Ковкие чугуны (ГОСТ 1215-79) 9 стр.
   
7. 
   http://www.skyrays.ru/product/stali.php 3 стр.
   
8. 
   http://nwpi-fsap.narod.ru/lists/materialovedenie_lect/10.html 4 стр.
   
9. 
   Методические указания для лабораторной работы «Исследование структуры и свойств железоуглеродистых сплавов в равновесном состоянии» 3-9 стр.
   

10