Углеродистые стали

Углеродистые стали сравнительно дешевы и сочетают удовлетворительные механические свойства с хорошей обрабатываемостью резанием и давлением, свариваемостью. Их недостаток – меньшая в сравнении с легированными сталями технологичность при термической обработке, что проявляется в небольшой прокаливаемости, значительных деформациях и короблении деталей.

Углеродистые стали подразделяют на конструкционные и инструментальные.

Углеродистые конструкционные стали выпускают двух видов: обыкновенного качества и качественные.

Углеродистые стали обыкновенного качества имеют повышенное содержание вредных примесей, их прочностные показатели наименьше из всех марок сталей, и, как и для всех материалов, приводятся в справочниках [4,8]. Марки, химический состав и степень раскисления для них регламентирует ГОСТ 380 -94. Стали маркируют сочетанием букв «Ст» и цифрами от 0 до 6, где цифра показывает номер марки и условное содержание углерода. Степень раскисления обозначают добавлением индексов: в спокойных сталях букв «сп», в полуспокойных – «пс», в кипящих – «кп». Пример обозначений марки стали: Ст.3сп ГОСТ 380-94. Повышенное содержание марганца в углеродистой стали обыкновенного качества (до 1% Mn) в обозначении марки указывает буква «Г»: Ст5спГ.

Механические свойства углеродистых сталей обыкновенного качества регламентированы стандартами и составляют σ_в ≈ 200…490МПа, σ_0,2 ≈150…300МПа, δ ≈ 15..30%. Для горячекатаных сталей (ГОСТ 535-88) прокат подразделяют на три группы: I, II, III. Прокат I группы используют без обработки поверхности, II – для изготовления деталей обработкой резанием, III – горячей обработкой давлением. Группы проката подразделяют на категории 1, 2, 3, 4, 5, которые различаются набором нормируемых показателей механических свойств.

Предусмотрены стандартами группы углеродистых сталей обыкновенного качества А, Б, В (группа А в марке стали не указывается). Сталь группы А имеет гарантированные механические свойства, группы Б – химический состав, группы В – поставляется по механическим свойствам и химическому составу. Пример обозначения: ВСт3кп-6 ГОСТ380-88 – сталь углеродистая общего назначения, поставляется по химическому составу и механическим свойствам (группа В), марки Ст.3 (содержание углерода 0,14…0,22%), кипящая, с контролем полного комплекса механических свойств (категория 6).

Углеродистые стали обыкновенного качества используют для изготовления слабонагруженных и неответственных деталей машин и приборов: валики, оси, заклепки, рычаги, шайбы, гайки, червяки, винты, болты и другие, в большинстве случаев без термообработки.

Углеродистые качественные стали содержат меньше вредных примесей и неметаллических включений в сравнении со сталями обыкновенного качества. Поставляют их с гарантированным химическим составом и механическими свойствами. Маркируют двухзначными цифрами: 08, 10, 20…60, 65, обозначающими среднее содержание углерода в сотых долях процента, выпускаются они по ГОСТ 1050-88. Например, сталь 15 содержит в среднем 0,15% С, сталь 60 – 0,65%. Спокойные стали маркируются без индекса, полуспокойные и кипящие с индексами «пс» и «кп». Повышенное содержание марганца придает спокойным углеродистым качественным сталям повышенные упругие свойства и указывается в марке стали. Например, сталь 65Г. Углеродистые качественные стали гарантируют механические свойства после закалки и отпуска, нагартовки (механического упрочнения). В отожженном состоянии эти стали имеют повышенные, гарантированные ГОСТ 1050-88, пластические свойства. С повышением процентного содержания углерода возрастают прочностные свойства углеродистых качественных сталей, но снижается пластичность. Эти виды стали подвергаются термической обработке отжигу, закалке, отпуску с целью получения требуемых свойств.

Применяют углеродистые качественные стали для изготовления различных деталей среднего нагружения (рабочие показатели порядка σ_в ≈ 300…700МПа; σ_0,2 ≈ 200…400МПа; δ ≈ 33…12%; НВ130…260), могут применяться в деталях, работоспособность которых определяется сопротивлением усталости (зубчатые колеса, пальцы, звездочки, маховики, оси и другие.). Применяют эти стали также для изготовления шайб, прокладок, кожухов, крепежа (винты, заклепки, прокладки, болты, гайки), валики, рычаги, рамы. Детали, работающие при циклических и контактных нагрузках, изготавливают из стали 40, 45, 50 с последующей закалкой до твердости HRC40…58: это, например, кулачки распределительных валиков, зубья шестерен, оси и валики в узлах трения.

Углеродистые инструментальные стали – содержат углерода более 0,8%, имеют лучшие механические свойства в сравнении с другими углеродистыми сталями, подвергаются закалке, и находят применение при изготовлении различных инструментов, работающих при малых скоростях резания, нагруженных деталях типа оси, валики, корпуса приборов, зубчатые колеса и другие. Маркируют углеродистые стали следующим образом: впереди ставят букву У, затем цифру, указывающую среднее содержание углерода в десятых долях процента, например У12. Содержание углерода 1,2%. Маркировка У12А – углеродистая сталь марки У12, высококачественная (буква А).