Нормативная документация на отдельные группы оту. Нормативные документы Характеристика сталей с использованием нормативных документов гост

Скачать документ

СТО 22-04-02

СТАНДАРТ
Научно-производственного Консорциума
РЕСУРС

Комплекс:

РЕСУРС
КОНСТРУКЦИЙ
ПРОМЫШЛЕННЫХ
ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ

Москва

2003 г .

Горицкий В.М. - инженер-металлург, д.т.н., профессор;

Горицкий О.В. - инженер-металлург;

ВВЕДЕНИЕ

Институтом ЦНИИПСК им. Мельникова в течение 10 лет в отделе экспертизы металлов исследовались различные методы определения характеристик металла эксплуатируемых конструкций без их разрушения.

Механические свойства стали оцениваются с выбранной степенью достоверности от 75 % до 99 %.

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.2. Несущая способность исследуемых металлоконструкций в результате отбора проб и микропроб, предусмотренного настоящим руководством, практически не снижается, что устраняет необходимость проведения восстановительного ремонта, выполняемого при отборе фрагментов (вырезок или иначе макропроб) стандартными методами.

1.3. Отбор проб и микропроб от стальных сварных или клёпаных конструкций может применяться при:

Подготовке экспертизы технического состояния конструкций зданий и сооружений опасного объекта;

В исследовательских и иных целях.

1.4. Настоящее руководство имеет целью определение марки стали и её категории, что достигается путём определения химического состава, предела текучести, временного сопротивления и критической температуры хрупкости стали.

1.5. Область применения настоящего руководства - низкоуглеродистые и низколегированные стали с номинальным пределом текучести 150 ... 440 МПа (16 ... 45 кг/мм 2).

1.6. Руководство предназначено для лабораторий, оснащенных световыми металлографическими микроскопами, испытательным механическим оборудованием, прошедшим поверку в Государственной метрологической службе, и укомплектованных квалифицированными кадрами в области металловедения.

2. ТЕРМИНЫ, ОПРЕДЕЛЕНИЯ, ТЕХНИЧЕСКИЕ ПОНЯТИЯ

2.1. Критическая температура хрупкости - температура, при которой значение ударной вязкости достигает определенной нормируемой величины а кр, указываемой индексом, например, Т 29 - температура, выше которой величина ударной вязкости, определяемая на образцах с U-образным надрезом, не менее 29 Дж/см 2 (3 кгс · м/см 2).

2.2. Металлография - наука о структуре и физических свойствах металлов и сплавов, исследующая зависимость между их свойствами и структурой при различных температурах.

2.3. Микропроба металла - это объём металла уменьшенного размера, из которого невозможно изготовить хотя бы один стандартный образец на растяжение или ударный изгиб и, размеры которого большей частью в 5 - 10 раз меньше стандартных образцов, предназначенных для проведения механических испытаний.

2.4. Проба металла - объём металла, из которого можно изготовить не более одного образца стандартного размера, предназначенного для проведения испытаний на растяжение или ударный изгиб.

2.5. Менаже образец - образец с U-образным надрезом для испытания материалов на ударную вязкость при ударном изгибе на маятниковых копрах (тип 1 - 3 по ГОСТ 9454).

2.6. Шарпи образец - образец с V-образным надрезом для испытания материалов на ударную вязкость при ударном изгибе на маятниковых копрах (тип 11 - 13 по ГОСТ 9454).

3. ОТБОР ПРОБ И МИКРОПРОБ МЕТАЛЛА

3.1. Места отбора проб и микропроб должны устанавливаться, исходя из условия получения представительной информации о качестве стали исследуемого элемента металлоконструкции.

3.2. Возможность и места отбора проб зависят от конструктивных особенностей металлоконструкции и устанавливаются Специализированной организацией.

3.3. Пробы и микропробы металла должны отбираться от кромки исследуемого элемента металлоконструкции. В случае кромок, образуемых газовым резом, - за пределами зоны термического влияния.

3.4. Технология отбора проб и микропроб должна обеспечить минимальную деформацию и нагрев металла не выше 150 °С.

3.4.1. Микропробы от кромок элементов металлоконструкций следует отбирать методом среза или спила с помощью ножовки или отрезным кругом в соответствии с рис. 1,а для элементов толщиной до 10 мм включительно и рис. 1,б для элементов толщиной более 10 мм.

Форма микропробы (призматическая или пирамидальная) определяется удобством проведения работ по срезу (спилу) микропробы.

Размеры микропробы должны быть не менее а?b?t(h), где t - толщина элемента, мм;

b ? 5 мм - в случае прокатной или механически обработанной кромки;

b ? 0,5t + 5 мм при t ? 10 мм и b ? max {10 мм; 0,25t} при t > 10 мм в случае кромки, полученной с помощью газовой резки или другим аналогичным способом;

3.4.2. Микропробы из центральных частей элементов конструкции должны быть не менее 1,2?2,5?15 мм. Минимальная площадь сечения микропробы в центральной части должна быть не менее 3 мм 2 .

3.5. Отбор проб, как правило, осуществляется от ненагруженных или слабо нагруженных элементов строительных конструкций.

3.6. Минимальный размер проб определяется требованиями ГОСТ 9454 к размеру стандартных ударных образцов с учётом припуска на механическую обработку поверхности образцов. При отборе проб необходимо учитывать требования нормативов к ориентации ударных образцов (вдоль или перпендикулярно направлению прокатки) для определения ударной вязкости.

3.7. Место отбора проб и микропроб, их расположение и ориентация должны быть указаны в сопроводительной записке.

3.8. После проведения отбора проб и микропроб места вырезки должны быть подвергнуты механической зачистке (с помощью шлиф машинки или другими способами для устранения концентраторов напряжений), а в необходимых случаях усилены. 1

1 Необходимость усиления устанавливается организацией, осуществляющей диагностирование технического состояния конструкции.

4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА

4.1. Определение химического состава стали проводят в соответствии с требованиями ГОСТ 22536 титриметрическим, спектральным или другими методами, обеспечивающими необходимую точность анализа.

4.2. Химический анализ стали производят после зачистки поверхности металла (микропробы) до металлического блеска, исключающей искажение результатов анализа состава металла.

4.3. При определении химического состава спектральными методами подготовленная для анализа поверхность не должна отклоняться от нормали к поверхности проката на угол более 30°.

4.4. При интерпретации результатов химического анализа учитывают допускаемые отклонения содержания легирующих элементов в готовом прокате согласно техническим требованиям к низкоуглеродистым и низколегированным сталям (ГОСТ 27772, ГОСТ 380, ГОСТ 19281 и др.).

5. ПРОВЕДЕНИЕ МЕТАЛЛОГРАФИЧЕСКОГО АНАЛИЗА

5.1. Для определения предела текучести (по п. 6.6.2) и ударной вязкости должны быть подготовлены и исследованы металлографические шлифы.

5.2. Микропробы, вырезанные согласно п. 3 настоящей инструкции, для подготовки шлифов должны быть залиты в сплав Вуда, эпоксидную смолу или в другие аналогичные вещества.

5.3. Шлифы выполняются в плоскости, перпендикулярной поверхности проката. Допускается изготовление шлифов в плоскостях с отклонением от нормали к поверхности на угол не более 30°. Количественный металлографический анализ проводят на участках шлифов, удаленных от поверхности проката на расстояние не менее 0,25 мм.

5.4. Состав травителей и технология подготовки шлифов к исследованию устанавливаются по ГОСТ 5639, ГОСТ 5640.

5.5. При проведении металлографического анализа необходимо оценивать:

Величину действительного зерна d - средний условный диаметр (среднюю хорду) и номер (балл) зерна феррита для ферритно-перлитных сталей в соответствии с ГОСТ 5639;

Для термически упрочненных сталей и сталей, в структуре которых присутствуют продукты сдвигового превращения, допускается определять величину среднего условного зерна феррита d y по формуле d y = d фтс /0,6, где d фтс - средний условный диаметр (средняя хорда) фасеток транскристаллитного скола, определяемый по фрактограммам методами, изложенными в разд. 3 ГОСТ 5639;

Размер (диаметр) D дисперсных упрочняющих частиц при легировании стали сильными карбонитридообразующими элементами (например, ванадий, ниобий, титан) - с помощью экстракционных реплик, а межчастичное расстояние? - на тонких фольгах методами трансмиссионной электронной микроскопии;

Плотность дислокаций? (при необходимости) на тонких фольгах методами просвечивающей электронной микроскопии.

5.6. В дальнейшем под эффективным размером зерна d эф (в миллиметрах) понимается размер зерна феррита для ферритно-перлитных сталей или средний размер условного зерна феррита для термически упрочненных сталей, отмеченных в п. 5.5.

5.7. Размер зерна определяется не менее чем на трех участках шлифа (негативах), на каждом из которых количество точек пересечения секущих с границами структурных составляющих должно быть не менее 100.

В случае выявленной методами световой микроскопии структурной неоднородности металла по толщине проката, количество и расположение анализируемых полей зрения при металлографическом анализе выбирается таким образом, чтобы обеспечить адекватную оценку средних по сечению величин определяемых характеристик.

6. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВРЕМЕННОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ? в И ПРЕДЕЛА ТЕКУЧЕСТИ? т

6.1. Временное сопротивление? в исследуемых сталей следует определять расчетным методом по результатам измерения твердости стали по методам Виккерса (HV) или Бринелля (НВ) на стационарных твердомерах в соответствии с ГОСТ 2999 и ГОСТ 9012.

6.2. В случае неизбежности наклепа металла при отборе микропроб по п. 3.3.2 измерения твердости следует проводить непосредственно на объекте переносными твердомерами статического по ГОСТ 22761 или динамического воздействия по ГОСТ 18661. Допускается использование твердомеров другого типа при обеспечении необходимой точности измерений.

Требования к размеру, кривизне подготавливаемой площадки и к качеству зачистки поверхности должны соответствовать данным технического паспорта используемого твердомера. Подготавливаемая площадка должна располагаться на расстоянии не менее 100 мм от сварного шва и не далее 300 мм от места отбора микропробы.

6.3. В диапазоне от 90 до 270 НВ (90 до 270 HV), являющемся областью применения настоящей инструкции, значения твердости, определенные по методам Бринеля и Виккерса совпадают. Далее в тексте во всех расчетных формулах значения НВ могут быть заменены значениями HV.

6.4. Количество замеров твердости должно быть не менее:

9 измерений при использовании стационарных твердомеров для всех сталей (кроме кипящей);

18 измерений при использовании переносных твердомеров и при оценке твердости кипящих сталей с помощью твердомеров любого типа.

По полученным измерениям определяются средние значения НВ. При определении среднего значения твердости минимальный и максимальный результат измерений отбрасывают.

6.5. Временное сопротивление должно определяться по формуле:

В = 112 + 2,4НВ, МПа

6.6. Определение предела текучести необходимо проводить одним из следующих методов:

Методом измерения твердости на пределе текучести;

На базе химического, дюрометрического и металлографического анализа.

6.6.1. Определение предела текучести по измерению твердости на пределе текучести проводится в соответствии с ГОСТ 22762.

6.6.2. Предел текучести по результатам химического, дюрометрического и металлографического анализа, определяется по формуле:

Т = 1,5 + 0,6?? т * + 0,74?НВ, МПа,

где НВ - значение твердости, а величина? т * определяется в соответствии с выражением:

Т * = (? 0 2 + ? п 2) 1/2 + (?? 2 т.р. + ?? 2 д.у. + ?? 2 д) 1/2 + K y d эф -1/2 ,

где: ? 0 - напряжение трения решетки?-железа, для настоящего расчета принимается равным 30 МПа;

П - напряжение за счет упрочнения стали перлитом, ? п = 2,4П, МПа,

где: П - процент перлитной составляющей;

Т.р. - напряжение за счет упрочнения твердого раствора легирующими элементами; находится по величине концентрации C i (в % по массе легирующих элементов в?-железе (феррите));

Т.р. = 4670C C+N + 33C Mn + 86C Si + 31C Cr + 30C Ni + 11С Мо + 60C Al + 39C Cu + 690C P + 3C V + 82C Ti , МПа;

Д.у. - напряжение за счет упрочнения стали дисперсными частицами, определяемое с учетом данных п. 5.5:

где: G = 8,4?10 4 МПа - модуль сдвига, b = 2,5?10 -7 мм - вектор Бюргерса;

Д = напряжение за счет упрочнения дислокациями, оценивается по плотности дислокаций?,

Д = 5G?b?? 1/2 (для горячекатаных сталей допускается принимать?? д = 30 МПа), К у = 20 МПа?мм 1/2 .

6.7. При невозможности измерения твердости допускается рассчитывать временное сопротивление и предел текучести ненаклёпанной стали по формулам:

В = 251 + 1,44?? т ** , МПа,

где? т ** = (? 0 2 + ? п 2) 1/2 + (?? 2 т.р. + ?? 2 д.у. + ?? 2 д) 1/2 ;

6.8. Точность определения значений временного сопротивления и предела текучести.

6.8.1. Точность определения предела текучести согласно п. 6.6.1 составляет ±7 %.

6.8.2. Рассчитанные в соответствии с п. 6.5, п. 6.6.2 и 6.7 значения временного сопротивления и предела текучести являются математическим ожиданием указанных величин.

6.8.3. Нижняя граница доверительного интервала для прочностных характеристик (? в(мин) , ? т(мин)) рассчитывается исходя из фактических значений твердости, предела текучести и требуемой степени достоверности? в соответствии с выражениями:

В(мин) = ? в - К 1 (?)?K 2 (HB), МПа (при расчете по п. 6.5);

Т(мин) = ? т - К 3 (?)?К 4 (НВ, ? т *), МПа (при расчете по п. 6.6.2);

В(мин) = ? в - К 5 (?)?К 6 (? т **), МПа (при расчете по п. 6.7);

Т(мин) = ? т - К 7 (?)?К 8 (? т *), МПа (при расчете по п. 6.7),

где значения К 1 (?), К 2 (НВ), К 3 (?), К 4 (НВ, ? т *), К 5 (?), К 6 (? т **), К 7 (?) и К 8 (? т *) определяют в соответствии с табл. 1 - 5 обязательного Приложения А.

7. ОЦЕНКА ХЛАДОСТОЙКОСТИ МЕТАЛЛА

7.1. Оценка хладостойкости исследуемого металла проводится по величине критической температуры хрупкости

7.2. Величина а кр выбирается в соответствии требованиями стандартов или технических условий к ударной вязкости исследуемой стали (величине ударной вязкости, температуре испытания).

7.3. Критическая температура хрупкости (°С) определяется по микропробам, вырезанным в соответствии с разделом 3 настоящего РД, и рассчитывается по следующей формуле:

где коэффициенты а 0 , а 1 и а 2 выбираются для образцов с U-образным надрезом (Менаже) в зависимости от устанавливаемого нормативными документами значения а кр (таблица 1).

По мере накопления экспериментальных данных коэффициенты а 0 , а 1 и а 2 будут определены также и для образцов с V-образным надрезом (Шарпи), позволяющих более достоверно оценить сопротивление стали разрушению.

Таблица 1.

Коэффициенты формулы для определения

Для проката толщиной от 7,5 мм до 9 мм (определение ударной вязкости на образцах типа 2 по ГОСТ 9454-78) величина принимается на 10 °С ниже, а для проката толщиной от 4 мм до 7,4 мм (определение ударной вязкости на образцах типа 3 по ГОСТ 9454-78) - на 20 °С ниже по сравнению с рассчитанными по формуле значениями.

При необходимости величину для значений а кр = 39 Дж/см 2 и а кр = 44 Дж/см 2 допускается определять методом линейной интерполяции с использованием соответствующих значений Т 34 и Т 49 .

7.4. Для наклепанной стали значение , определенное в соответствии с п. 7.3, повышается на величину 0,6??НВ, где?НВ - приращение твердости, обусловленное наклепом металла.

7.5. Рассчитанные в соответствии с п. 7.3 и п. 7.4 значения критической температуры хрупкости являются математическим ожиданием указанной величины.

7.6. Верхняя граница доверительного интервала для критической температуры хрупкости рассчитывается исходя из фактических значений твердости, предела текучести и требуемой степени достоверности? в соответствии с выражением:

где значения К 9 (?) и К 10 (d эф, НВ) определяют в соответствии с табл. 1 и 6 обязательного Приложения А.

Если по действующей нормативной документации (ГОСТ, ТУ) для исследуемой марки стали при проведении испытаний на ударный изгиб на одном из трех образцов допускается снижение ударной вязкости относительно нормируемого значения, значение уменьшается на 5 °С.

7.7. В соответствии с требованиями ГОСТ (ТУ), сталь обладает соответствующей категорией качества, если выполняется условие

где а нф Ти - фактическое значение ударной вязкости при температуре испытаний Т и, а нн Ти - нормируемое ГОСТ (ТУ) значение ударной вязкости при той же температуре.

7.8. Неравенство по п. 7.5эквивалентно условию

7.9. Исследуемая сталь считается удовлетворяющей требованиям соответствующего ГОСТ (ТУ) к сталям заданной категории качества, если выполняется неравенство по п. 7.6. В соответствии с п. 7.5 конкретное значение Т и определяется устанавливаемой категорией качества стали.

7.10. Выбор температуры испытания ударного образца, изготовленного из пробы, определяется задачей исследования: определением заданной категории качества или установлением критической температуры хрупкости.

7.10.1. При определении заданной категории качества температура испытания образца назначается из условия соответствия уровня ударной вязкости значению, регламентируемому ГОСТ (ТУ) в соответствии с п. 7.5. Например, при проверке соответствия стали Ст3пс 5-ой категории качества температура испытания образца назначается -20 °С.

7.10.2. При установлении критической температуры хрупкости температура испытания образца назначается в соответствии с п. 7.3 из условия выбора по ГОСТ (ТУ) нормативного значения ударной вязкости и определения уровня твердости и величины действительного зерна феррита.

7.10.3. Определение твердости и измерение диаметра зерна феррита производится на грани образца, перпендикулярной поверхности проката и параллельной направлению прокатки.

7.11. При получении значений а кр, не совпадающих с нормативными по ГОСТ (ТУ) значениями, допускается величину определять по п. 7.3 методом линейной интерполяции с использованием соответствующих нормативных значений а кр.

8. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ КИПЯЩИХ СТАЛЕЙ

8.1. Особенностью определения механических свойств проката из кипящих сталей является необходимость учета его неоднородности по длине и сечению.

8.2. Неоднородность проката допускается учитывать с помощью системы коэффициентов (п. 8.3) или увеличением количества отбираемых микропроб (п. 8.4).

8.3. Критическая температура рассчитанная в соответствии с разделом 7 настоящей инструкции, для кипящих сталей смещается на 10 °С в область положительных температур.

8.4. При определении механических свойств проката из кипящих сталей отбирают не менее двух микропроб. Микропробы рекомендуется отбирать от однотипных элементов конструкции. Допускается отбор микропроб от одного и того же элемента конструкции; в этом случае места отбора микропроб должны отстоять друг от друга на расстояние не менее 2 м.

Механические свойства определяются для каждой микропробы согласно разделам 6 и 7 настоящей инструкции, а за фактические свойства проката из кипящих сталей принимаются наихудшие значения для исследованных микропроб.

9. ОФОРМЛЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

9.1. На основании полученных в соответствии с разделами 4 ... 8 данных составляется Заключение о качестве стали, включающее в себя результаты по определению:

химического состава;

временного сопротивления и предела текучести;

9.2. Заключение подписывается руководителем лаборатории и утверждается руководителем организации, в состав которой входит лаборатория.

10. ПЕРЕЧЕНЬ ИСПОЛЬЗОВАННОЙ НОРМАТИВНОЙ ДОКУМЕНТАЦИИ

ГОСТ 380-94«Сталь углеродистая обыкновенного качества».

ГОСТ 2999-75*«Металлы и сплавы. Метод измерения твердости по Виккерсу».

ГОСТ 5639-82*«Стали и сплавы. Методы выявления и определения величины зерна».

ГОСТ 5640-68«Сталь. Металлографический метод оценки микроструктуры листов и ленты».

ГОСТ 9012-59*«Металлы и сплавы. Метод измерения твердости по Бринеллю».

ГОСТ 9454-78*«Металлы. Метод испытания на ударный изгиб при пониженных, комнатной и повышенных температурах».

ГОСТ 18661-73«Сталь. Измерение твердости методом ударного отпечатка».

ГОСТ 19281-89*«Прокат из стали повышенной прочности. Общие технические условия».

ГОСТ 22536.0-87*«Сталь углеродистая и чугун нелегированный. Общие требования к методам анализа».

ГОСТ 22536.1-88«Сталь углеродистая и чугун нелегированный. Методы определения общего углерода и графита».

ГОСТ 22536.2-87*«Сталь углеродистая и чугун нелегированный. Методы определения серы».

ГОСТ 22536.3-88«Сталь углеродистая и чугун нелегированный. Методы определения фосфора».

ГОСТ 22536.4-88«Сталь углеродистая и чугун нелегированный. Методы определения кремния».

ГОСТ 22536.5-87*«Сталь углеродистая и чугун нелегированный. Методы определения марганца».

ГОСТ 22536.6-88«Сталь углеродистая и чугун нелегированный. Методы определения мышьяка».

ГОСТ 22536.7-88«Сталь углеродистая и чугун нелегированный. Методы определения хрома».

ГОСТ 22536.8-87*«Сталь углеродистая и чугун нелегированный. Методы определения меди».

ГОСТ 22536.9-88«Сталь углеродистая и чугун нелегированный. Методы определения никеля».

ГОСТ 22536.10-88«Сталь углеродистая и чугун нелегированный. Методы определения алюминия».

ГОСТ 22536.11-87*«Сталь углеродистая и чугун нелегированный. Методы определения титана».

ГОСТ 22536.12-88«Сталь углеродистая и чугун нелегированный. Методы определения ванадия».

ГОСТ 22761-77«Металлы и сплавы. Метод измерения твердости по Бринеллю переносными твердомерами статического действия».

ГОСТ 22762-77«Металлы и сплавы. Метод измерения твердости на пределе текучести вдавливанием шара».

ГОСТ 27772-88*«Прокат для строительных стальных конструкций. Общие технические условия».

ПРИЛОЖЕНИЕ (А)

(обязательное)

Таблица 1

Значения коэффициентов К 1(?) , К 3(?) , К 5 (?) , К 7(?) и К 9(?)

Степень достоверности?, %	К 1(?) , МПа	К 3(?) , МПа	К 5 (?) , МПа	К 7(?) , МПа	К 9(?) , МПа

Таблица 2

Значения коэффициента К 2 (НВ)

Твердость НВ

Твердость НВ

Таблица 3

Значения коэффициента К 4 (НВ, ? т *)

Твердость НВ	Предел текучести? т * , МПа
Твердость НВ

Извлечение из ГОСТ 14098-91
Соединения сварные арматуры и закладных изделий железобетонных конструкций. Типы, конструкции и размеры.

Перечень Государственных стандартов РФ

ТЕРМИНЫ И ПОЯСНЕНИЯ

Ванная сварка - Процесс, при котором расплавление торцов стыкуемых стержней происходит, в основном, за счет тепла ванны расплавленного металла
Ванная механизированная сварка - Процесс ванной сварки, при котором подача сварочной проволоки в зону сварки производится автоматически, а управление дугой или держателем - вручную
Ванная одноэлектродная сварка - Процесс ванной сварки, при котором электродный материал в виде одиночного (штучного) электрода подается в зону сварки вручную
Дуговая механизированная сварка порошковой проволокой - Процесс сварки, при котором электродный материал в виде порошковой проволоки подается в зону сварки автоматически
Инвентарная форма - Приспособление многоразового (медь, графит) использования, обеспечивающее формирование наплавленного металла при ванной сварке и легкое удаление после сварки
Стальная скоба-накладка - Вспомогательный элемент, обеспечивающий формирование сварного шва, являющийся неотъемлемой частью соединения и воспринимающий часть нагрузки при работе соединения в конструкции
Крестообразное соединение - Соединение стержней, сваренных в месте пересечения
Осадка (л, мм) стержней в крестообразных соединениях - Величина вдавливания стержней друг в друга на участке, нагретом при контактной сварке до пластичного состояния
Комбинированные несущие и формирующие элементы - Элементы, состоящие из остающейся стальной полускобы-накладки и инвентарной медной полуформы
Дуговая механизированная сварка под флюсом без присадочного металла - Процесс, в котором весь цикл сварки выполняется в заданном автоматическом режиме
Дуговая ручная сварка с малой механизацией под флюсом без присадочного металла - Процесс, в котором вспомогательные операции частично механизированы, а весь цикл сварки выполняется вручную

ОЦЕНКА ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ КАЧЕСТВ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

Комплексная оценка в баллах эксплуатационных качеств сварных соединений (прочность, пластичность, ударная вязкость, металлографические факторы и др.) в зависимости от типа соединения и способа сварки, марки стали и диаметра арматуры, а также температуры эксплуатации (изготовления) при статических нагрузках приведена в табл. 31. При оценке эксплуатационных качеств при многократно повторяемых нагрузках значения баллов следует ориентировочно снижать на один по сравнению с принятыми значениями при статических нагрузках. При этом дополнительно следует пользоваться нормативными документами на проектирование железобетонных конструкций зданий и сооружений различного назначения.

Баллы для сварных соединений арматуры назначены из условия соблюдения регламентированной технологии изготовления арматурных и закладных изделий.
Для сварных соединений горячекатаной арматурной стали:
5 - гарантируется равнопрочность исходному металлу и пластичное разрушение;
4 - сварное соединение удовлетворяет требованиям ГОСТ 5781, предъявляемым к стали в исходном состоянии;
3 - сварное соединение удовлетворяет требованиям ГОСТ 10922, предъявляемым к сварным соединениям.
Для сварных соединений термомеханически упрочненной арматурной стали;
5 - сварное соединение удовлетворяет требованиям ГОСТ 10884, предъявляемым к стали в исходном состоянии, и характеризуется пластичным разрушением;
4 - временное сопротивление разрыву сварного соединения может быть ниже нормируемого по ГОСТ 10884 до 5%;
3 - временное сопротивление разрыву сварного соединения может быть ниже нормируемого по ГОСТ 10884 до 10%.

Извлечение из ГОСТ 14098-91

Примечания:
1. Эксплуатационные качества всех типов сварных соединений арматуры класса A-I марок СтЗсп и СтЗпс должны оцениваться так же, как арматуры класса А-II марки ШГТ, а класса A-I марки СтЗкп - как арматуры класса А-II марки Ст5сп и Ст5пс.
2. Эксплуатационные качества крестообразных соединений проволочной арматуры классов Вр-I и Вр-600 настоящим приложением не регламентируют в связи с отсутствием требований к химическому составу стали. Требования к качеству таких соединений приведены в ГОСТ 10922.
3. Арматура класса А-II марки 10ГТ может применяться до температуры минус 70гр.С включ.
4. Сварные соединения арматуры класса Ат-VCK оценивают на один балл ниже соединений из арматуры класса Ат-V при температуре эксплуатации до минус 40гр.С включ.
5. Сварные соединения С16-Mo, С18-Мо и Н4-Ка оценивают на один балл ниже соединений, приведенных в той же группе.
6. Буквы НД, TH и НЦ соответственно обозначают, что соединения к применению не допускаются, соединения технологически невыполнимы и соединения, применение которых нецелесообразно.

Условное обозначение сварного соединения имеет следующую структуру:

Таблица 22

Размеры в мм

Примечание. Соединения типа Т2 из арматуры класса Ат-ШС допускается выполнять до диаметра 14 мм.

Таблица 23

Размеры в мм

Таблица 11

Размеры в мм

Примечания:
1. Для dн=20-25мм s=6мм, для dн=28-40мм s=8мм.
2. См. примечание 2 к табл. 9.

Таблица 12

Примечания:
1. Соединения арматуры классов А-IV, A-V, А-VI, Ат-VCK, Ат-V следует выполнять со смешенными накладками, накладывая швы в шахматном порядке.
2. Допускается применять сварку самозащитными порошковыми проволоками и в углекислом газе (СО2); последнее кроме стали классов А-II и Ат-IIIС.
3. Допускаются двусторонние швы длиной 4 rf, для соединения классов A-I, A-II и A-III.
4. Соединения арматуры класса Ат-V допускаются только из стали марки 20ГС.

Таблица 13

Таблица 14

Примечания:
I. Допускаются двусторонние швы длиной 4dн для соединений арматуры классов A-I и А-II (из стали марки 10ГТ).
1. Допускается применять сварку самозащитными порошковыми проволоками и в углекислом газе (СО2); последнее кроме арматуры классов А-II и Ат-IIIC (из стали марки Ст5).

Таблица 2

Примечания:
1. Величины d"н/dн, не совпадающие с приведенными, следует округлять до ближайшей величины, указанной в таблице.
2. В соединениях типа К1-Кт из арматуры классов Ат-IVK и Ат-V диаметрами 10-32 мм стержни меньшего диаметра должны быть из арматуры классов Вр-1, А-1, A-II и A-III.
-------------
Здесь и далее размеры соединений арматуры специального назначения классов Ас-II и Ас-III идентичны таковым классов А-II и А-III.

Таблица 3

Примечание. Значение временного сопротивления срезу в соединениях КЗ-Рр не нормируется. Эксплуатационные характеристики этих соединений при растяжении рабочих стержней приведены в приложении 2.

Таблица 4

Размеры в мм

Примечания:
1. Арматура класса A-IV, кроме стали марки 80C.
2. Арматура класса Ат-V только с использованием локальной термической обработки.
3. Для отношения d"н /dн

Таблица 5

Размеры в мм

См. примечания 1, 2 к табл. 4.

Государственные стандарты РФ

I. Процессы сварки
1. ГОСТ 2601-84 Сварка металлов. Термины и определения основных понятий.
2. ГОСТ 11969-79 Сварка плавлением. Основные положения и их обозначения.
3. ГОСТ 19521-74 Сварка металлов. Классификация.
4. ГОСТ 23870-79 Свариваемость сталей. Методы оценки влияния сварки плавлением на основной металл.

II. Сварочные расходуемые материалы
5. ГОСТ 5.1215-72 Электроды металлические марки АНО-4 для дуговой сварки малоуглеродистых конструкционных сталей.
6. ГОСТ 2246-70 Проволока стальная сварочная. Технические условия.
7. ГОСТ 7871-75 Проволока сварочная из алюминия и алюминиевых сплавов. Технические условия.
8. ГОСТ 9466-75 Электроды покрытые металлические для ручной дуговой сварки сталей и наплавки. Классификация и общие технические условия.
9. ГОСТ 10051-75 Электроды покрытые металлические для ручной дуговой наплавки поверхностных слоев с особыми свойствами. Типы.
10. ГОСТ 10052-75 Электроды покрытые металлические для ручной дуговой сварки высоколегированных сталей с особыми свойствами. Типы.
11. ГОСТ 11930.0-79 Материалы наплавочные. Общие требования к методам анализа.
12. ГОСТ 16130-90 Проволока и прутки из меди и сплавов на медной основе сварочные. Технические условия.
13. ГОСТ 21448-75 Проволока из сплавов для наплавки. Технические условия.
14. ГОСТ 21449-75 Прутки для наплавки. Технические условия.

III. Сварочное оборудование
15. ГОСТ 4.41-85 Система показателей качества продукции. Машины для термической резки металлов. Номенклатура показателей.
16. ГОСТ 4.140-85 Система показателей качества продукции. Оборудование электросварочное. Номенклатура показателей.
17. ГОСТ 5.917-71 Горелки ручные для аргонодуговой сварки типов РГА-150 и РГА-400. Требования к качеству аттестованной продукции.
18. ГОСТ 12.1.035-81 Система стандартов безопасности труда. Оборудование для дуговой и контактной электросварки. Допустимые уровни шума и методы измерений.
19. ГОСТ 12.2.007.8-75 Система стандартов безопасности труда. Устройства электросварочные и для плазменной обработки. Требования безопасности.
20. ГОСТ 31.211.41-93 Детали и сборочные единицы сборочно-сварочных приспособлений для сборочно-сварочных работ. Основные конструктивные элементы и параметры. Нормы точности.
21. ГОСТ 2402-82 Агрегаты сварочные с двигателями внутреннего сгорания.
22. ГОСТ 7237-82 Преобразователи сварочные. Общие технические условия.
23. ГОСТ 14651-78 Электрододержатели для ручной дуговой сварки. Технические условия.
24. ГОСТ 25616-83 Источники питания для дуговой сварки. Методы испытания сварочных свойств.

IV. Сварные соединения и швы
25. ГОСТ 3242-79 Соединения сварные. Методы контроля качества.
26. ГОСТ 5264-80 Ручная дуговая сварка. Соединения сварные. Основные типы, конструктивные элементы и размеры.
27. ГОСТ 6996-66 Сварные соединения. Методы определения механических свойств.
28. ГОСТ 11534-75 Ручная дуговая сварка. Соединения сварные под острыми и тупыми углами. Основные типы, конструктивные элементы и размеры.
29. ГОСТ 16098-80 Соединения сварные из двухслойной коррозионностойкой стали. Основные типы, конструктивные элементы и размеры.

V. Стандарты по безопасности
30. ГОСТ 12.2.003-91 ССБТ. Оборудование производственное. Общие требования безопасности.
31. ГОСТ 12.2.061-81 ССБТ. Оборудование производственное. Общие требования безопасности к рабочим местам.
32. ГОСТ 12.3.002-75 ССБТ. Процессы производственные. Общие требования безопасности.
33. ГОСТ 12.0.003-74 ССБТ. Опасные и вредные производственные факторы. Общие положения.
34. ГОСТ 12.1.005-88 ССБТ. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны.
35. ГОСТ 12.1.012-90 ССБТ. Вибрационная безопасность. Общие требования.
36. ГОСТ 12.1.013-78 ССБТ. Электробезопасность. Общие требования.

1. Общая характеристика сталей

2. Маркировка, расшифровка, свойства, термическая обработка и область применения

2.1 Углеродистых конструкционных сталей

2.2 Автоматных сталей

2.3 Конструкционных низколегированных сталей

2.4 Конструкционных цементуемых сталей

2.5 Конструкционных улучшаемых сталей

2.6 Рессорно-пружинных сталей

2.7 Шарикоподшипниковых сталей

2.8 Износостойких сталей

2.9 Корозионностойких сталей

2.10 Жаропрочных сталей и сплавов

1. Общая характеристика сталей

Ж/у сплавы с содержанием углерода до 2,14% называются сталями. Кроме железа и углерода в сталях содержатся полезные и вредные примеси.

Сталь – основной металлический материал, широко применяемый для изготовления деталей машин, летательных аппаратов, приборов, различных инструментов и строительных конструкций. Широкое использование сталей обусловлено комплексом механических, физико-химических и технологических свойств. Методы широкого производства стали были открыты в середине Х IX в. В это же время были уже проведены и первые металлографические исследования железа и его сплавов.

Стали сочетают высокую жесткость с достаточной стати-ческой и циклической прочностью. Эти параметры можно менять в широком диапазоне за счет изменения концентрации углерода, легирующих элементов и технологий термической и химико-термической обработки. Изменив химический состав, можно получить, стали с различными свойствами, и использовать их во многих отраслях техники и народного хозяйства.

Углеродистые стали, классифицируют по содержанию углерода, назначению, качеству, степени раскисления и структуре в равновесном состоянии.

По назначению стали классифицируют на конструкционные и инструментальные. Конструкционные стали, представляют наиболее обширную группу, предназначенную для изготовления строительных сооружений, деталей машин и приборов. К этим сталям относят цементуемые, улучшаемые, высокопрочные и рессорно-пружинные. Инструментальные стали, подразделяют на стали для режущего, измерительного инструмента, штампов холодного и горячего (до 200 0 С) деформирования.

По качеству стали, классифицируют на обыкновенного качества, качественные, высококачественные. Под качеством стали понимается совокупность свойств, определяемых металлургическим процессом ее производства. Стали обыкновенного качества бывают только углеродистыми (до 0,5 % С), качественные и высококачественные – углеродистыми и легированными.

По степени раскисления и характеру затвердевания стали классифицируют на спокойные, полуспокойные и кипящие. Раскисление – процесс удаления из жидкого металла кислорода, проводимый с целью предотвращения хрупкого разрушения стали при горячей деформации.

Полуспокойные стали по степени раскисления занимают промежуточное положение между спокойными и кипящими.

По структуре в равновесном состоянии стали, делятся на: 1) доэвтектоидные, имеющие в структуре феррит и перлит; 2) эвтектоидные, структура которых состоит из перлита; 3) заэвтектоидные, имеющие в структуре перлит и цементит вторичный.

2. Маркировка, расшифровка, свойства, термическая обработка и область применения.

2.1 Углеродистые конструкционные стали

Стали обыкновенного качества выпускают в виде проката (прутки, балки, листы, уголки, трубы, швеллеры и т.п.) в нормализованном состоянии и в зависимости от назначения и комплекса свойств подразделяют на группы: А, Б, В.

Стали маркируются сочетанием букв Ст и цифрой (от 0 до 6), показывающей номер марки, а не среднее содержание углерода в ней, хотя с повышением номера содержание углерода в стали увеличивается. Стали групп Б и В имеют перед маркой буквы Б и В, указывающие на их принадлежность к этим группам. Группа А в обозначении марки стали не указывается. Степень раскисления обозначается добавлением индексов: в спокойных сталях – «сп», полуспокойных – «пс», кипящих – «кп», а категория нормируемых свойств (кроме категории 1) указывается последующей цифрой. Спокойными и полуспокойными производят стали Ст1 – Ст6, кипящими – Ст1 – Ст4 всех трех групп. Сталь Ст0 по степени раскисления не разделяют.

Стали группы А используют в состоянии поставки для изделий, изготовление которых не сопровождается горячей обработкой. В этом случае они сохраняют структуру нормализации и механические свойства, гарантируемые стандартом.

Сталь марки Ст3 используется в состоянии поставки без обработки давлением и сваркой. Ее широко применяют в строительстве для изготовления металлоконструкций.

Стали группы Б применяют для изделий, изготавливаемых с применением горячей обработки (ковка, сварка и в отдельных случаях термическая обработка), при которой исходная структура и механические свойства не сохраняются. Для таких деталей важны сведения о химическом составе, необходимые для определения режима горячей обработки.

Стали группы В дороже, чем стали групп А и Б, их применяют для ответственных деталей (для производства сварных конструкций).

Углеродистые стали обыкновенного качества (всех трех групп) предназначены для изготовления различных металлоконструкций, а также слабонагруженных деталей машин и приборов. Эти стали, используются, когда работоспособность деталей и конструкций обеспечивается жесткостью. Углеродистые стали обыкновенного качества широко используются в строительстве при изготовлении железобетонных конструкций. Способностью к свариванию и к холодной обработке давлением отвечают стали групп Б и В номеров 1-4, поэтому из них изготавливают сварные фермы, различные рамы и строительные металлоконструкции, кроме того, крепежные изделия, часть из которых подвергается цементации.

Среднеуглеродистые стали номеров 5 и 6, обладающие большой прочностью, предназначаются для рельсов, железнодорожных колес, а также валов, шкивов, шестерен и других деталей грузоподъемных и сельскохозяйственных машин. Некоторые детали из этих сталей групп Б и В подвергаются термической обработке – закалке с последующим высоким отпуском.

В машиностроении углеродистые качественные стали, используются для изготовления деталей разного, чаще всего неответственного назначения и являются достаточно дешевым материалом. В промышленность эти стали поставляются в виде проката, поковок, профилей различного назначения с гарантированным химическим составом и механическим свойствами.

В машиностроении применяют углеродистые качественные стали, поставляемые по ГОСТ 1050-74. Маркируются эти стали двузначными цифрами 05, 08, 10, 15, 20, …, 75, 80, 85, обозначающими среднее содержание углерода в сотых долях процента.

К углеродистым сталям относят также стали с повышенным содержанием марганца (0,7-1,0 %) марок 15Г, 20Г, 25Г, …, 70Г, имеющих повышенную прокаливаемость.

Спокойные стали маркируют без индекса, полуспокойные и кипящие – с индексом соответственно «пс» и «кп». Кипящие стали производят марок 05кп, 08кп, 10кп, 15кп, 20кп, полуспокойные – 08пс, 10пс, 15пс, 20пс.

Качественные стали широко применяются в машиностроении и приборостроении, так как за счет разного содержания углерода в них, а соответственно и термической обработки можно получить широкий диапазон механических и технологических свойств.

Низкоуглеродистые стали 05кп, 08кп, 10кп, 15кп, 20кп отличаются малой прочностью и высокой пластичностью в холодном состоянии. Эти стали в основном производят в виде тонкого листа и используют после отжига или нормализации для холодной штамповки с глубокой вытяжкой. Они легко штампуются из-за малого содержания углерода и незначительного количества кремния, что и делает их очень мягкими. Их можно использовать в автомобилестроении для изготовления деталей сложной формы. Глубокая вытяжка из листа этих сталей применяется при изготовлении консервных банок, эмалированной посуды и других промышленных изделий.

Спокойные стали 08, 10 применяют в отожженном состоянии для конструкций невысокой прочности – емкости, трубы и т. д.

Стали 10, 15, 20 и 25 также относятся к низкоуглеродистым сталям, они пластичны, хорошо свариваются и штампуются. В нормализованном состоянии в основном их используют для крепежных деталей – валики, оси и т. д.

Для увеличения поверхностной прочности этих сталей их цементуют (насыщают поверхность углеродом) и применяют для деталей небольшого размера, например слабонагруженных зубчатых колес, кулачков и т. д.

Среднеуглеродистые стали 30, 35, 40, 45, 50 и аналогичные стали с повышенным содержанием марганца 30Г, 40Г и 50Г в нормализованном состоянии отличаются повышенной прочностью, но соответственно меньшей вязкостью и пластичностью. В зависимости от условий работы деталей из этих сталей к ним применяют различные виды термообработки: нормализацию, улучшение, закалку с низким отпуском, закалку ТВЧ и др.

Среднеуглеродистые стали применяют для изготовления небольших валов, шатунов, зубчатых колес и деталей, испытывающих циклические нагрузки. В крупногабаритных деталях больших сечений из-за плохой прокаливаемости механические свойства значительно снижаются.

Высокоуглеродистые стали 60, 65, 70, 75, 80 и 85, а также с повышенным содержанием марганца 60Г, 65Г и 70Г в основном используют для изготовления пружин, рессор, высокопрочной проволоки и других изделий с высокой упругостью и износостойкостью. Их подвергают закалке и среднему отпуску на структуру троостит в сочетании с удовлетворительной вязкостью и хорошим пределом выносливости.

2. Маркировка, расшифровка, свойства, термическая обработка и область применения

2.1 Углеродистых конструкционных сталей

2.2 Автоматных сталей

2.3 Конструкционных низколегированных сталей

2.4 Конструкционных цементуемых сталей

2.5 Конструкционных улучшаемых сталей

2.6 Рессорно-пружинных сталей

2.7 Шарикоподшипниковых сталей

2.8 Износостойких сталей

2.9 Корозионностойких сталей

2.10 Жаропрочных сталей и сплавов

1. Общая характеристика сталей

Сталь – основной металлический материал, широко применяемый для изготовления деталей машин, летательных аппаратов, приборов, различных инструментов и строительных конструкций. Широкое использование сталей обусловлено комплексом механических, физико-химических и технологических свойств. Методы широкого производства стали были открыты в середине ХIX в.
В это же время были уже проведены и первые металлографические исследования железа и его сплавов.

По качеству стали, классифицируют на обыкновенного качества, качественные, высококачественные. Под качеством стали понимается совокупность свойств, определяемых металлургическим процессом ее производства. Стали обыкновенного качества бывают только углеродистыми (до
0,5 % С), качественные и высококачественные – углеродистыми и легированными.

Полуспокойные стали по степени раскисления занимают промежуточное положение между спокойными и кипящими.

2. Маркировка, расшифровка, свойства, термическая обработка и область применения.

2.1 Углеродистые конструкционные стали

Стали маркируются сочетанием букв Ст и цифрой (от 0 до 6), показывающей номер марки, а не среднее содержание углерода в ней, хотя с повышением номера содержание углерода в стали увеличивается. Стали групп Б и В имеют перед маркой буквы Б и В, указывающие на их принадлежность к этим группам. Группа А в обозначении марки стали не указывается. Степень раскисления обозначается добавлением индексов: в спокойных сталях – «сп», полуспокойных – «пс», кипящих – «кп», а категория нормируемых свойств
(кроме категории 1) указывается последующей цифрой. Спокойными и полуспокойными производят стали Ст1 – Ст6, кипящими – Ст1 – Ст4 всех трех групп. Сталь Ст0 по степени раскисления не разделяют.

Углеродистые стали обыкновенного качества (всех трех групп) предназначены для изготовления различных металлоконструкций, а также слабонагруженных деталей машин и приборов. Эти стали, используются, когда работоспособность деталей и конструкций обеспечивается жесткостью.
Углеродистые стали обыкновенного качества широко используются в строительстве при изготовлении железобетонных конструкций. Способностью к свариванию и к холодной обработке давлением отвечают стали групп Б и В номеров 1-4, поэтому из них изготавливают сварные фермы, различные рамы и строительные металлоконструкции, кроме того, крепежные изделия, часть из которых подвергается цементации.

Среднеуглеродистые стали номеров 5 и 6, обладающие большой прочностью, предназначаются для рельсов, железнодорожных колес, а также валов, шкивов, шестерен и других деталей грузоподъемных и сельскохозяйственных машин.
Некоторые детали из этих сталей групп Б и В подвергаются термической обработке – закалке с последующим высоким отпуском.

В машиностроении применяют углеродистые качественные стали, поставляемые по ГОСТ 1050-74. Маркируются эти стали двузначными цифрами 05,
08, 10, 15, 20, …, 75, 80, 85, обозначающими среднее содержание углерода в сотых долях процента.

Спокойные стали маркируют без индекса, полуспокойные и кипящие – с индексом соответственно «пс» и «кп». Кипящие стали производят марок 05кп,
08кп, 10кп, 15кп, 20кп, полуспокойные – 08пс, 10пс, 15пс, 20пс.

Для увеличения поверхностной прочности этих сталей их цементуют
(насыщают поверхность углеродом) и применяют для деталей небольшого размера, например слабонагруженных зубчатых колес, кулачков и т. д.

2.2 Автоматные стали

Эти стали маркируют буквой А (автоматная) и цифрами, показывающими среднее содержание углерода в сотых долях процента. Если автоматная сталь легирована свинцом, то обозначение марки начинается с сочетания букв «АС».
Чтобы не проявлялась красноломкость, в сталях увеличено количество марганца. Добавление в автоматные стали свинца, селена и теллура позволяет в 2-3 раза сократить расход режущего инструмента.

Улучшение обрабатываемости достигается модифицированием кальцием
(вводится в жидкую сталь в виде силикокальция), который глобулизирует сульфидные включения, что положительно влияет на обрабатываемость, но не так активно, как сера и фосфор.

Сера образует большое количество сульфидов марганца, вытянутых в направлении прокатки. Сульфиды оказывают смазывающее действие, нарушая при этом сплошность металла. Фосфор повышает хрупкость феррита, облегчая отделение стружки металла во время процесса резания. Оба эти элемента способствуют уменьшению налипания на режущий инструмент и получению гладкой блестящей обрабатываемой поверхности.

Однако необходимо помнить, что повышение содержания серы и фосфора снижает качество стали. Стали, содержащую серу, имеют ярко выраженную анизотропию механических свойств и пониженную коррозионную стойкость.

Стали А11, А12, А20 используют для крепежных деталей и изделий сложной формы, не испытывающих больших нагрузок, но к ним предъявляются высокие требования по точности размеров и чистоты поверхности.

Стали А30 и А40Г предназначены для деталей, испытывающих более высокие напряжения.

В автоматных селено содержащих сталях повышается обрабатываемость за счет образования селенидов, сульфоселенидов, которые обволакивают твердые оксидные включения и тем самым устраняют их истирающее действие. Кроме того, селениды сохраняют глобулярную форму после обработки давлением, поэтому практически не вызывают анизотропии свойств и не ухудшают коррозионную стойкость стали, как сера. Применение этих сталей снижает расход инструмента в два раза и до 30 % повышает производительность.

2.3 Конструкционные низколегированные стали

Низколегированные стали, содержат до 2,5 % легирующих элементов.
Обозначение марки включает в себя цифры и буквы, указывающие на примерный состав стали. В начале марки приводятся двузначные цифры, указывающие среднее содержание углерода в сотых долях процента. Буквы справа от цифры обозначают легирующие элементы: А – азот, Б – ниобий, В – вольфрам, Г – марганец, Д – медь, Е – селен, К – кобальт, Н – никель, М – молибден, П – фосфор, Р – бор, С – кремний, Т – титан, Ф – ванадий, Х – хром, Ц – цирконий, Ч – редкоземельные элементы, Ю – алюминий. Следующие после буквы цифры указывают примерное содержание (в целых процентах) соответствующего легирующего элемента (при содержании 1-1,5 % и менее цифра отсутствует).

К данной группе относят, стали с содержанием углерода 0,1-0,3 %, обеспечивающие после химико-термической обработки, закалки и низкого отпуска высокую поверхностную твердость при вязкой, но достаточно прочной сердцевине. Эти стали, используют для изготовления деталей машин и приборов
(кулачков, зубчатых колес и др.), испытывающих переменные и ударные нагрузки и одновременно подверженных износу.

2.4 Конструкционные цементуемые стали

Карбидо- и нитридообразующие элементы (такие, как Cr, Mn, Mo и др.) способствуют повышению прокаливаемости, поверхностной твердости, износостойкости и контактной выносливости. Никель повышает вязкость сердцевины и диффузионного слоя и снижает порог хладноломкости. Цементуемые
(нитроцементуемые) легированные стали по механическим свойствам подразделяют на две группы: стали средней прочности с пределом текучести менее 700 МПа (15Х, 15ХФ) и повышенное прочности с пределом текучести 700-
1100 МПа (12Х2Н4А, 18Х2Н4МА и др.).

Хромистые (15Х, 20Х) и хромованадиевые (15ХФ) стали цементуются на глубину до 1,5 мм. После закалки (880 0С, вода, масло) и последующего отпуска (180 0С, воздух, масло) стали имеют следующие свойства: ?в = 690-
800 МПа, ? = 11-12 % , KCU = 0,62 МДж/м2.

Хромомарганцевые стали (18ХГТ, 25ХГТ), широко применяемые в автомобилестроении, содержат по 1 % хрома и марганца (дешевого заменителя никеля в стали), а также 0,06 % титана. Их недостатком является склонность к внутреннему окислению при газовой цементации, что приводит к снижению твердости слоя и предела выносливости. Этот недостаток устраняется легированием стали молибденом (25 ХГМ). Для работы в условиях изнашивания используют сталь 20ХГР, легированную бором. Бор повышает прокаливаемость, и прочность стали, но снижает ее вязкость и пластичность.

Хромоникельмолибденовая (вольфрамовая) сталь 18Х2Н4МА (18Х2Н4ВА) относится к мартенситному классу и закаливается на воздухе, что способствует уменьшению коробления. Легирование хромоникелевых сталей W или
Mo дополнительно повышает их прокаливаемость. Причем Мо существенно повышает прокаливаемость цементованного слоя, в то время как хром и марганец увеличивают прежде всего прокаливаемость сердцевины. В цементованном состоянии данную сталь применяют для изготовления зубчатых колес авиационных двигателей, судовых редукторов и других крупных деталей ответственного назначения. Эту сталь используют также как улучшаемую при изготовлении деталей, подверженных большим статическим и ударным нагрузкам.

2.5 Конструкционные улучшаемые стали

Улучшаемыми называют такие стали, которые используются после закалки с высоким отпуском (улучшения). Эти стали (40Х, 40ХФА, 30ХГСА, 38ХН3МФА и др.) содержат 0,3-0,5 % углерода и 1-6 % легирующих элементов. Стали закаливают с 820-880 0С в масле (крупные детали – в воде); высокий отпуск производят при 500-650 0С с последующим охлаждением в воде, масле или на воздухе (в зависимости от состава стали). Структура стали после улучшения – сорбит. Данные стали применяют для изготовления валов, шатунов, штоков и других деталей, подверженных воздействию циклических или ударных нагрузок.
В связи с этим улучшаемые стали должны обладать высоким пределом текучести, пластичностью, вязкостью, малой чувствительностью к надрезу.

Стали относятся к мартенситному классу, слабо разупрочняются при нагреве до 300-400 0С. Из них изготавливают валы и роторы турбин, тяжело нагруженные детали редукторов и компрессоров.

2.6 Рессорно-пружинные стали

Пружины, рессоры и другие упругие элементы работают в области упругой деформации материала. В то же время многие из них подвержены воздействию циклических нагрузок. Поэтому основные требования к пружинным сталям – это обеспечение высоких значений пределов упругости, текучести, выносливости, а также необходимой пластичности и сопротивления хрупкому разрушению.

Стали для пружин и рессор содержат 0,5-0,75 % С; их также дополнительно легируют кремнием (до 2,8 %), марганцем (до 1,2 %), хромом
(до 1,2 %), ванадием (до 0,25 %), вольфрамом (до 1,2 %) и никелем (до 1,7
%). При этом происходит измельчение зерна, способствующее возрастанию сопротивления стали малым пластическим деформациям, а следовательно, ее релаксационной стойкости.

Широкое применение на транспорте нашли кремнистые стали 55С2, 60С2А,
70С3А. Однако они могут подвергаться обезуглероживанию, графитизации, резко снижающим характеристики упругости и выносливости материала. Устранение указанных дефектов, а также повышение прокаливаемости и торможение роста зерна при нагреве достигается дополнительным введением в кремнистые стали хрома, ванадия, вольфрама и никеля.

Лучшими технологическими свойствами, чем кремнистые стали, обладает сталь 50ХФА, широко используемая для изготовления автомобильных рессор.
Клапанные пружины делают из стали 50ХФА, не склонной к обезуглероживанию и перегреву, но имеющей малую прокаливаемость.

Термическая обработка легированных пружинных сталей (закалка 850-880
0С, отпуск 380-550 0С) обеспечивают получение высоких пределов прочности и текучести. Применяется также изотермическая закалка.

Максимальный предел выносливости получают при термической обработке на твердость HRC 42-48.

Для изготовления пружин также используют холоднотянутую проволоку (или ленту) из высокоуглеродистых сталей 65, 65Г, 70, У8, У10 и др.

Пружины и другие элементы специального назначения изготавливают из высокохромистых мартенситных (30Х13), мартенситно-стареющих (03Х12Н10Д2Т), аустенитных нержавеющих (12Х18Н10Т), аустенитно-мартенситных (09Х15Н8Ю) и других сталей и сплавов.

2.7 Шарикоподшипниковые стали

Для обеспечения работоспособности изделий шарикоподшипниковая сталь должна обладать высокой твердостью, прочностью и контактной выносливостью.
Это достигается повышением качества металла: его очисткой от неметаллических включений и уменьшением пористости посредством использования электрошлакового или вакуумно-дугового переплава.

При изготовлении деталей подшипника широко используют шарикоподшипниковые (Ш) хромистые (Х) стали ШХ15СГ (последующая цифра 15 указывает содержание хрома в десятых долях процента – 1,5 %). ШХ15СГ дополнительно легирована кремнием и марганцем для повышения прокаливаемости. Отжиг стали на твердость порядка 190 НВ обеспечивает обрабатываемость полуфабрикатов резанием и штампуемость деталей в холодном состоянии. Закалка деталей подшипника (шариков, роликов и колец) осуществляется в масле с температур 840-860 0С. Перед отпуском детали охлаждают до 20-25 0С для обеспечения стабильности их работы (за счет уменьшения количества остаточного аустенита). Отпуск стали проводят при 150-
170 0С в течение 1-2 ч.

Детали подшипников качения, испытывающие большие динамические нагрузки, изготавливают из сталей 20Х2Н4А и 18ХГТ с последующей их цементацией и термической обработкой. Для деталей подшипников, работающих в азотной кислоте и других агрессивных средах, используется сталь 95Х18, содержащая 0,95 % С и 18 % Cr.

2.8 Износостойкие стали

Износостойкость деталей обычно в первую очередь обеспечивается повышенной твердостью поверхности. Однако высокомарганцевая аустенитная сталь 110Г13Л (1,25 % С, 13 % Mn, 1 % Cr, 1 % Ni) при низкой начальной твердости (180-220 НВ) успешно работает на износ в условиях абразивного трения, сопровождаемого воздействием высокого давления и больших динамических (ударных) нагрузок (такие условия работы характерны для траков гусеничных машин, щек дробилок и др.). Это объясняется повышенной способностью стали упрочняться в процессе холодной пластической деформации, равной 70 %, твердость стали возрастает с 210 НВ до 530 НВ. Высокая износостойкость стали достигается не только деформационным упрочнением аустенита, но и образованием мартенсита с гексагональной или ромбоэдрической решеткой. При содержании фосфора более 0,025 % сталь становится хладноломкой. Структура литой стали представляет собой аустенит с выделившимся по границам зерен избыточными карбидами марганца, снижающими прочность и вязкость материала. Для получения одно-фазной аустенитной структуры отливки закаливают в воде с температуры 1050-1100 0С. В таком состоянии сталь имеет высокую пластичность, низкую твердость и невысокую прочность.

Изделия, работающие в условиях кавитационного износа, изготавливают из сталей 30Х10Г10, 0Х14Г12М.

2.9 Корозионностойкие стали

Стали, устойчивые против электрохимической коррозии, называются коррозионно-стойкими (нержавеющими). Устойчивость стали против коррозии достигается введением в нее элементов, образующих на поверхности плотные, прочно связанные с основой защитные пленки, препятствующие непосредственному контакту стали с агрессивной средой, а также повышающие ее электрохимический потенциал в данной среде.

Нержавеющие стали, разделяют на две основные группы: хромистые и хромоникелевые.

Хромистые коррозионно-стойкие стали применяют трех типов: с 13, 17 и
27 % Cr, при этом в сталях с 13 % Cr содержание углерода может изменяться в зависимости от требований в пределах от 0,08 до 0,40 %. Структура и свойства хромистых сталей зависят от количества хрома и углерода. В соответствии со структурой, получаемой при нормализации, хромистые стали подразделяют на следующие классы: ферритный (стали 08Х13, 12Х17, 15Х25Т,
15Х28), мартенситно- ферритный (12Х13) и мартенситный (20Х13, 30Х13,
40Х13).

Стали с низким содержанием углерода (08Х13, 12Х13) пластичны, хорошо свариваются и штампуются. Их подвергают закалке в масле (1000-1050 0С) с высоким отпуском при 600-800 0С и применяют для изготовления деталей, испытывающих ударные нагрузки (клапаны гидравлических прессов) или работающих в слабоагрессивных средах (лопатки гидравлических и паровых турбин и компрессора). Эти стали можно использовать при температурах до 450
0С (длительная работа) и до 550 0С (кратковременно). Стали 30Х13 и 40Х13 обладают высокой твердостью и повышенной прочностью. Эти стали закаливают с
1000-1050 0С в масле и отпускают при 200-300 0С. Эти стали используют для изготовления карбюраторных игл, пружин, хирургических инструментов и т.д.
Высокохромистые стали ферритного класса (12Х17, 15Х25Т и 15Х28) обладают более высокой коррозионной стойкостью по сравнению со сталями, содержащими
13 % Cr. Эти стали термической обработкой не упрочняются. Они склонны к сильному росту зерна при нагреве свыше 850 0С. Высокохромистые стали ферритного класса используются часто как окалиностойкие.

Хромоникелевые нержавеющие стали в зависимости от структуры подразделяют на аустенитные, аустенитно-мартенситные и аустенитно- ферритные. Структура хромоникелевых сталей зависит от содержания углерода, хрома, никеля и других элементов.

Стали аустенитного класса с 18 % Cr и 9-10 % Ni (12Х18Н9, 17Х18Н9 и др.) в результате закалки приобретают аустенитную структуру и характеризуются высокой пластичностью, умеренной прочностью, хорошей коррозионной стойкостью в окислительных средах. Эти стали технологичны
(хорошо свариваются, штампуются, подвергаются холодной прокатке и т.д.).

Стали 12Х18Н9, 17Х18Н9 после медленного охлаждения из аустенитной области имеют структуру состоящую из аустенита, феррита и карбидов. С целью растворения карбидов, а также предотвращения их выделения в процессе медленного охлаждения аустенитные стали нагревают до 1050-1120 0С и закаливают в воде, масле или на воздухе. Аустенитные стали не склонны к хрупкому разрушению при низких температурах, поэтому хромоникелевые коррозионно-стойкие стали широко используются в криогенной технике для хранения сжиженных газов, изготовления оболочек топливных баков и ракет и т.д.

Стали аустенитно-мартенситного класса (09Х15Н8Ю, 09Х17Н7Ю) получили широкое применение в основном как высокопрочные. Они хорошо свариваются, устойчивы против атмосферной коррозии. С целью обеспечения достаточной прочности и одновременно повышенной коррозионной стойкости сталь 09Х15Н8Ю подвергается следующей термической обработке: закалке на аустенит (925-975
0С) с последующей обработкой холодом (-70 0С) и старением (350-3800С).

Эти стали применяют для изготовления обшивки, сопловых конструкций и силовых элементов узлов летательных аппаратов.

Стали аустенитно-ферритного класса (08Х22Н6Т, 03Х23Н6, 08Х21Н6М2Т,
10Х25Н5М2 и др.) содержат 18-30 % Cr, 5-8 % Ni, до 3 % Mo, 0,03-0,10 % С, а также добавки Ti, Nb, Cu, Si и Ni. Эти стали после закалки в воде с 1000-
1100 0С имеют структуру, состоящую из равномерно распределенных между собой зерен аустенита и феррита с содержанием последнего порядка 40-60 %. Эти стали, применяют в химическом и пищевом машиностроении, судостроении, авиации, медицине.

2.10 Жаропрочные стали и сплавы

Эти стали, используются при работе под нагрузкой и обладают достаточной жаростойкостью при температурах выше 500 0С.

Жаропрочные стали перлитного класса – это низколегированные стали
(12Х1МФ, 25Х1М1Ф, 20Х1М1Ф1Бр и др.), содержащие 0,08-0,25 % С и легирующие элементы – Cr, V, Mo, Nb. Лучший комплекс механических свойств обеспечивается закалкой в масле (или нормализацией) с 880-1080 0С с последующим высоким отпуском при 640-750 0С. Стали перлитного класса используются для изготовления деталей, длительно работающих в режиме ползучести при температурах до 500-580 0С и малых нагрузках: это трубы пароперегревателей, арматура паровых котлов, детали крепежа.

Стали мартенситного и мартенситно-ферритного классов (15Х11МФ,
11Х11Н2В2МФ, 15Х12ВНМФ, 18Х12ВМБФР и др.) используются при температурах до
580-600 0С. Стали с меньшим содержанием хрома (до 11 %) принадлежат к мартенситному классу, а с большим (11-13 %) – к мартенситно-ферритному.
Стали, закаливают на мартенсит с температур 1000-1100 0С в масле или на воздухе. После отпуска при 600-750 0С стали приобретают структуру сорбита.
Стали, используют для изготовления деталей газовых турбин и паросиловых установок.

Аустенитные стали, обладают большей жаропрочностью, чем мартенситные,
- их рабочие температуры достигают 700-750 0С. Аустенитные стали пластичны, хорошо свариваются. По способу упрочнения аустенитные стали, подразделяют на три группы:

1) твердые растворы, не упрочняемые старением;

2) твердые растворы с карбидным упрочнением;

3) твердые растворы с интерметаллидным упрочнением.

Стали первой группы (08Х15Н24В4ТР, 09Х14Н19В2БР) применяют в закаленном состоянии (закалка 1100-1600 0С, вода или воздух). Эти стали используют для изготовления трубопроводов силовых установок высокого давления, работающих при 600-700 0С.

Аустенитные жаропрочные стали с карбидным и интерметаллидным упрочнением, как правило, подвергают закалке с 1050-1200 0С в воде, масле или на воздухе и последующему старению при 600-850 0С.

Стали с интерметаллидным упрочнением используют для изготовления камер сгорания, дисков и лопаток турбин, а также сварных конструкций, работающих при температурах до 700 0С.

Жаропрочные сплавы на железоникелевой основе (например, ХН35ВТ,
ХН35ВТЮ и др.) дополнительно легированы хромом, титаном, вольфрамом, алюминием, бором. Они упрочняются, как и аустенитные стали, закалкой и старением. Сплав ХН35ВТЮ применяют для изготовления турбинных лопаток и дисков, колец соплового аппарата и других деталей, работающих при температурах до 750 0С.

7. Сущность, достоинства и недостатки мартеновского способа производства стали.

8. Сущность, достоинства и недостатки бессемеровского (конвертерного) способа производства стали.

9. Что такое раскисление стали марганцем и кремнием. Объясните явление "кипения" стали.

10. Сущность, достоинства и недостатки производства стали в электропечах. Какие стали выплавляют в электропечах.

11. Назовите способы разливки стали.

Самостоятельная работа №6 .

Дефекты термической обработки, методы их предупреждения и устранения.

Перспективные виды диффузионного насыщения сплавов. Их применение в автомобилестроении.

Форма работы : составление конспекта по учебной литературе и работа с использованием Интернет-ресурсов и периодической печати.

4 час.

Срок выполнения работы: при изучении темы «Термическая обработка», «Виды термообработки».

1. «Дефекты ТО». Изучив данную тему, заполните таблицу, описав 6 видов дефектов:

2. «Перспективные виды диффузионного насыщения сплавов» . Изучив данную тему, приведите краткое её содержание в произвольной форме (конспект, схема, рисунки с пояснениями и др.). Уделите внимание следующим вопросам:

1. Что такое диффузионное насыщение металла, его назначение.

2. Традиционные и перспективные виды насыщения.

3. Какие изделия автомобилестроения можно подвергать указанной обработке.

4. Ваши личные размышления о перспективах такой обработки.

Самостоятельная работа №7 .

Характеристика сталей с использованием нормативных документов и Интернет-ресурсов.

Применение легированных сталей в автомобилестроении.

Форма работы : характеристика материалов с использованием Интернет-ресурсов и нормативной документации.

Количество часов на выполнение работы: 5 час.

Срок выполнения работы: при изучении тем «Углеродистые и легированные стали», выполнении лабораторной работы «Анализ микроструктуры сталей».

Указания по выполнению задания: войдите на сайты по продаже и характеристике материалов. На сайте откройте окно «Стали» или «Марочник сплавов». По марочнику найдите и охарактеризуйте стали, соответствующие Вашему варианту.

Укажите: область применения стали (с примерами изготавливаемых изделий),

возможные заменители и иностранные аналоги марки;

полный химический состав;

механические свойства (прочность, пластичность, твердость и др.);

технологические свойства.