Сталь - це найпоширеніший сплав в промисловості

Довговічність і надійність механізмів залежать від матеріалу, з якого вони були виготовлені, тобто від сукупності всіх його властивостей і особливостей, які і визначають експлуатаційні характеристики. На сьогоднішній день більшість вузлів і деталей машин виробляють з різних марок сталей. Розглянемо цей матеріал більш докладно.

Що таке сталь

Сталь – це сплав двох хімічних елементів: заліза (Fe) і вуглецю (С), причому зміст останнього не повинно перевищувати 2%. Якщо вуглецю більше, то цей сплав відноситься до чугунам. Але сталь – це не тільки хімічно чисте з'єднання двох елементів, вона містить шкідливі домішки, наприклад сірку і фосфор, так і спеціальні добавки, які надають потрібні властивості матеріалу – підвищують міцність, покращує оброблюваність, пластичність і т. д. Якщо в сплаві вуглецю менше 0025% і міститься незначна кількість домішок, то його вважають технічним залізом. Цей матеріал відрізняється від сталей за всіма показниками, він володіє високими магнітними характеристиками, і його використовують для виготовлення електротехнічних елементів. Чистого заліза в природі не існує, отримати його навіть в лабораторних умовах дуже складно.




Незважаючи на те що вуглецю в процентному відношенні міститься зовсім небагато, він справляє значний вплив на механічні і технічні властивості матеріалу. Збільшення цієї речовини призводить до збільшення твердості, зростає міцність, але при цьому різко знижується пластичність. І, як наслідок, змінюються технологічні характеристики: із зростанням вуглецю знижуються ливарні властивості, погіршується оброблюваність різанням. При цьому низьковуглецеві сталі також погано обробляються різанням.

Отримання сталі. Металознавство

Сталь – це найпоширеніший сплав на планеті. Отримують її промисловим способом з чавуну, з якого під впливом високих температур випалюють надлишок вуглецю та інші домішки. Стали в основному отримують двома способами: плавлення в мартенівських печах і плавлення електропечах. Матеріал, виготовлений в електропечі, називається електросталь. Вона виходить більш чистою за складом. Крім того, існує безліч спеціальних процесів для отримання сплавів з особливими властивостями, наприклад електродугова плавка у вакуумі або електронно-променева плавка.




Більш детально про сталях та інших сплавах можна дізнатися при вивченні такої науки, як металознавство. Вона вважається одним з розділів фізики і охоплює не тільки відомості про марки сталі та їх складі, але і містить відомості про структуру і властивості матеріалів на атомарному та структурному рівні. Студенти профільних Вишів проходять спеціальний курс «Промислові сталі», де детально розбирають сплави спеціального призначення: будівельні, покращувані, цементовані, для ріжучих і вимірювальних інструментів, магнітні, ресорно-пружинні, жаростійкі, стали для конструкцій в холодному кліматі і т. д.

Класифікація сталей за якістю

Всі стали за якістю підрозділяють на: - сталь звичайної якості; - якісна; - сталь підвищеної якості; - високоякісна. Якість стали безпосередньо залежить від відсотка вмісту шкідливих домішок (склад) та відповідності заявленим механічними та технологічними характеристиками. У промисловості використовуються всі види, але за різними напрямками: сталі звичайної якості – для невідповідальних деталей, сталі підвищеної якості і високоякісні – в конструкціях, до яких пред'являються особливі вимоги.

Стали по ГОСТ: класифікація

ГОСТ 380-88. Вуглецева звичайної якості – Ст.1 Ст.2 Ст3пс і т. д. Цифри від 0 до 6 позначають марку, зі збільшенням номера збільшується вміст вуглецю. Букви пс, кп; сп – індекси ступеня розкислення матеріалу: полуспокойная, кипляча, спокійна відповідно.

ГОСТ1050-74. Вуглецева якісна сталь – 05; 08; 10; 20пс; 08 кп. Цифри до 60 - середнє зміст З в сотих частках відсотка, букви пс, кп; сп – аналогічно п. 1.

ГОСТ 5632-72. Високолеговані сталі та сплави, корозійностійкі, жароміцні і жаростійкі – 30ХГСА, ГН2; 50Х; 20ХН3А. Перші цифри - це вміст вуглецю: 30 – 03%; 40 - 04%; 45 – 045%, букви – відповідний легирующий елемент (Х-хром; Г – марганець; Т – титан; А-азот тощо), цифра за буквою – відсоткове зміст легуючого елемента. Якщо цифри немає, то частка речовини становить 15%, буква А в кінці означає, що це високоякісна сталь. Це застосовно і для інструментальних, і для легованих сталей.

ГОСТ1435-74. Вуглецева інструментальна – У7 У8 У10А. Розшифровка: У7 – 07%С; У8 – 08%С; У – вуглецева; А – високоякісна.

ГОСТ5950-73. Інструментальна легована – 5ХГН; Х12; 8Х3 і т. д. Розшифровка марки аналогічно п. 3 але зміст С зазначено в десятих частках відсотка. Якщо вуглецю менш 01%, то цифри не вказуються – ХВ4; ХГС; ХВГ і т. д

ГОСТ801-78. Підшипникова – ШХ4; ШХ15; ШХ15СГ. ШХ – підшипникова, цифра – вміст хрому: ШХ4 – 04% хрому, ШХ15 – 15% хрому, інші букви і цифри – зміст додаткових легуючих елементів.

ГОСТ 1414-75. Конструкційна підвищеної та високої оброблюваності різанням – А12 А20 А30 А40Г. Розшифровка змісту вуглецю: А20 – 02%, А12 – 012%С, А30 - 03%С.

Сталь. Властивості: таблиці для найпоширеніших марок з основними механічними і технологічними характеристиками

Марка стали



Механічні властивості



Технологічні властивості



т, МПа



в, МПа



, %



Оброблюваність різанням



Зварюваність



Пластичність при холодній обробці тиском



40Х



786



980



10



У



У



У



45Г



372



569



15



У



Н



Н



25ХГТ



1080



1470



10



У



Н



У



40ХС



1080



1225



12



У



Н



Н



30ХМФА



932



1030



13



У



Н



У



ШХ15



410



715



21



У



Н



У



12Х13



415



588



20



У



Н



У



А20 гарячекатана



510



600



15



У



-



-

Н - низька; У - задовільна; В – висока; т – фізичний межа текучості, МПа; в – межа міцності при розтягуванні, МПа; – відносне подовження, %.