Болат: анықтамасы, жіктелуі, химиялық құрамы және қолданылуы

2024 Автор: Angel Austin | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2023-12-17 05:33

Біз «болат» деген сөзді жиі естиміз. Оны металлургиялық өндіріс саласының мамандары ғана емес, қала тұрғындары да айтады. Ешбір күшті құрылым болатсыз аяқталмайды. Шындығында, біз металл туралы айтқанда, болаттан жасалған бұйымды айтамыз. Оның неден тұратынын және қалай жіктелетінін білейік.

Анықтама

Болат - темір мен көміртегі негізіндегі ең танымал қорытпа. Оның үстіне соңғысының үлесі 0,1-ден 2,14%-ға дейін ауытқиды, ал біріншісінің үлесі 45%-дан төмен болмайды. Өндірістің қарапайымдылығы мен шикізаттың қолжетімділігі бұл металды адам қызметінің барлық салаларына таратуда шешуші мәнге ие.

Материалдың негізгі сипаттамалары оның химиялық құрамына байланысты өзгереді. Болатты екі компоненттен, темірден және көміртектен тұратын қорытпа ретінде анықтауды толық деп атауға болмайды. Оның құрамында, мысалы, ыстыққа төзімділік үшін хром және коррозияға төзімділік үшін никель болуы мүмкін.

Міндетті компоненттерматериалдар қосымша артықшылықтар береді. Сонымен, темір қорытпаны белгілі бір жағдайларда иілгіш және оңай деформацияланатын етеді, ал көміртек сынғыштықпен қатар беріктік пен қаттылықты жасайды. Сондықтан болаттың жалпы массасындағы оның үлесі өте аз. Қорытпаны өндіру әдісін анықтау ондағы марганецтің 1% және кремнийдің 0,4% мөлшерінде болуына әкелді. Металды балқыту кезінде пайда болатын және олардан құтылуға тырысатын бірқатар қоспалар бар. Фосфор мен күкіртпен қатар оттегі мен азот материалдың қасиеттерін нашарлатып, оның төзімділігін төмендетеді және икемділігін өзгертеді.

Жіктеу

Болатты белгілі бір сипаттамалары бар металл ретінде анықтау, әрине, күмән тудырмайды. Дегенмен, дәл оның құрамы материалды бірнеше бағытта жіктеуге мүмкіндік береді. Мәселен, мысалы, металдар келесі белгілермен ерекшеленеді:

• химиялық;
• құрылымдық;
• сапасы бойынша;
• арнайы бойынша;
• тотықсыздану дәрежесіне қарай;
• қаттылығы бойынша;
• болат дәнекерлеу мүмкіндігі бойынша.

Болаттың анықтамасы, таңбалауы және оның барлық сипаттамалары төменде сипатталады.

Белгілеу

Өкінішке орай, болаттың жаһандық белгісі жоқ, бұл елдер арасындағы сауданы айтарлықтай қиындатады. Ресейде әріптік-цифрлық жүйе анықталған. Әріптер элементтердің атын және тотықсыздандыру әдісін, ал сандар олардың санын көрсетеді.

Химиялық құрамы

Екі жол барболатты химиялық құрамы бойынша бөлу. Қазіргі оқулықтар берген анықтама көміртек пен легірленген материалды ажыратуға мүмкіндік береді.

Бірінші атрибут болатты төмен көміртекті, орташа көміртекті және жоғары көміртекті, ал екіншісі - төмен легирленген, орташа легирленген және жоғары қорытпалы деп анықтайды. Төмен көміртекті металл деп аталады, ол ГОСТ 3080-2005 сәйкес темірден басқа келесі компоненттерді қамтуы мүмкін:

• Көміртек - 0,2% дейін. Ол термиялық күшейтуге ықпал етеді, соның арқасында созылу күші мен қаттылық екі есе артады.
• Марганец 0,8%-ға дейінгі мөлшерде оттегімен химиялық байланысқа белсенді түрде еніп, темір оксидінің түзілуіне жол бермейді. Металл динамикалық жүктемелерге жақсырақ төтеп береді және термиялық қатаюға бейім.
• Кремний – 0,35% дейін. Ол қаттылық, беріктік, дәнекерлеу мүмкіндігі сияқты механикалық қасиеттерді жақсартады.

ГОСТ бойынша болаттың анықтамасы төмен көміртекті болат ретінде құрамында пайдалыдан басқа келесі мөлшерде зиянды қоспалар қатары бар металға беріледі. Бұл:

• Фосфор - 0,08% дейін суық сынғыштықтың пайда болуына жауап береді, төзімділік пен күшті нашарлатады. Металлдың беріктігін төмендетеді.
• Күкірт - 0,06% дейін. Ол металды қысыммен өңдеуді қиындатады, төзімділік сынғыштығын арттырады.
• Азот. Қорытпаның технологиялық және беріктік қасиеттерін төмендетеді.
• Оттегі. Күшті төмендетеді және кескіш құралдарға кедергі келтіреді.

Айта кету керек, төмен немесетөмен көміртекті болаттар әсіресе жұмсақ және иілгіш. Олар ыстықта да, суықта да жақсы деформацияланады.

Орта көміртекті болаттың анықтамасы және оның құрамы, әрине, жоғарыда сипатталған материалдан ерекшеленеді. Ал ең үлкен айырмашылық - 0,2-ден 0,45% дейін болатын көміртегінің мөлшері. Мұндай металл тамаша беріктік қасиеттерімен қатар төмен қаттылық пен икемділікке ие. Орташа көміртекті болат әдетте қалыпты қуат жүктемесінде қолданылатын бөлшектер үшін пайдаланылады.

Егер көміртегі мөлшері 0,5%-дан жоғары болса, онда мұндай болат жоғары көміртекті болат деп аталады. Ол қаттылықты арттырды, тұтқырлықты, икемділікті төмендетті және ыстық және суық деформация арқылы құралдар мен бөлшектерді штамптау үшін қолданылады.

Болаттағы көміртекті анықтаумен қатар, материалдың сипаттамаларын анықтау ондағы қосымша қоспалардың болуы арқылы мүмкін болады. Егер металға қарапайым элементтерден басқа хром, никель, мыс, ванадий, титан, азот химиялық байланысқан күйде мақсатты түрде енгізілсе, онда ол легирленген деп аталады. Мұндай қоспалар сынғыш сыну қаупін азайтады, коррозияға төзімділігі мен беріктігін арттырады. Олардың саны болаттың легірлену дәрежесін көрсетеді:

• төмен легирленген - 2,5% дейін легирленген қоспалар бар;
• орта легірленген - 2,5-10%;
• жоғары легірленген - 50% дейін.

Бұл нені білдіреді? Мысалы, кез келген мүліктің ұлғаюы келесідей қамтамасыз етіле бастады:

1. Хром қосу. оңмеханикалық сипаттамаларға жалпы мәннің 2% мөлшерінде әсер етеді.
2. Никельді 1-ден 5%-ға дейін енгізу тұтқырлықтың температуралық шегін арттырады. Және суық сынғыштықты азайтады.
3. Марганец әлдеқайда арзанырақ болса да, никель сияқты жұмыс істейді. Дегенмен, бұл металдың қызып кетуге сезімталдығын арттыруға көмектеседі.
4. Вольфрам – жоғары қаттылықты қамтамасыз ететін карбид түзетін қоспа. Өйткені ол қыздырған кезде дәннің өсуіне жол бермейді.
5. Молибден - қымбат қоспа. Бұл жоғары жылдамдықты болаттардың ыстыққа төзімділігін арттырады.
6. Кремний. Қышқылға төзімділікті, серпімділікті, масштабқа төзімділікті арттырады.
7. Титан. Хром және марганецпен үйлескенде, майда дәннің құрылымын жақсартады.
8. Мыс. Коррозияға қарсы қасиеттерді арттырады.
9. Алюминий. Ыстыққа төзімділікті, масштабтауды және қаттылықты арттырады.

Құрылым

Болаттың құрылымын зерттемейінше оның құрамын анықтау толық болмас еді. Дегенмен, бұл белгі тұрақты емес және бірқатар факторларға байланысты болуы мүмкін, мысалы: термиялық өңдеу режимі, салқындату жылдамдығы, легірлеу дәрежесі. Ережеге сәйкес, болат құрылымы күйдіру немесе қалыпқа келтіруден кейін анықталуы керек. Күйдіруден кейін металл келесіге бөлінеді:

• про-эвтектоидтық құрылым - артық ферритпен;
• эвтектоид, ол перлиттен тұрады;
• гиперевтектоид - қайталама карбидтермен;
• ледебурит - бастапқы карбидтермен;
• аустенитикалық - бетке бағытталған кристалдық тормен;
• феррит - текше денеге бағытталған тормен.

Болат сыныбын анықтау қалыпқа келтірілгеннен кейін мүмкін болады. Ол жылытуды, ұстауды және кейіннен салқындатуды қамтитын термиялық өңдеудің бір түрі ретінде түсініледі. Мұнда перлит, аустенит және феррит сорттары ажыратылады.

Сапа

Түрлерді анықтау сапа тұрғысынан төрт жолмен мүмкін болды. Бұл:

1. Қарапайым сапа - бұл мартен пештерінде немесе оттегін пайдаланатын конвертерлерде балқытылатын көміртегі мөлшері 0,6%-ға дейінгі болаттар. Олар ең арзан болып саналады және сипаттамалары бойынша басқа топтардың металдарынан төмен. Мұндай болаттардың мысалы St0, St3sp, St5kp.
2. Сапа. Бұл түрдің көрнекті өкілдері St08kp, St10ps, St20 болаттары болып табылады. Олар бірдей пештерде балқытылады, бірақ шихтаға және өндіріс процестеріне қойылатын талаптар жоғарырақ.
3. Жоғары сапалы болаттар электр пештерінде балқытылады, бұл металл емес қоспалар үшін материалдың тазалығының жоғарылауына, яғни механикалық қасиеттерінің жақсаруына кепілдік береді. Бұл материалдарға St20A, St15X2MA кіреді.
4. Әсіресе жоғары сапалы - арнайы металлургия әдісі бойынша жасалған. Олар сульфидтер мен оксидтерден тазартуды қамтамасыз ететін электрошлакты қайта балқытуға ұшырайды. Бұл түрдегі болаттарға St18KhG-Sh, St20KhGNTR-Sh жатады.

Құрылымдық болаттар

Бұл қарапайым адам үшін ең қарапайым және түсінікті белгі шығар. Құрылымдық, аспаптық және арнайы мақсаттағы болаттар бар. Құрылымдық әдетте келесіге бөлінеді:

1. Конструкциялық болаттар қарапайым сапалы көміртекті болаттар және төмен легирленген сериялардың өкілдері болып табылады. Оларға бірнеше талаптар қойылады, олардың ең бастысы жеткілікті жоғары деңгейде дәнекерлеу мүмкіндігі. Мысалы: StS255, StS345T, StS390K, StS440D.
2. Цементтелген материалдар беткі тозу жағдайында жұмыс істейтін және бір уақытта динамикалық жүктемелерді бастан кешіретін өнімдерді жасау үшін қолданылады. Оларға төмен көміртекті болаттар St15, St20, St25 және кейбір легирленген болаттар жатады: St15Kh, St20Kh, St15KhF, St20KhN, St12KhNZA, St18Kh2N4VA, St18Kh2N4MA, St18KhGT, St20KhGR, St18KhGT, St20KhGR, St.0
3. Суық штамптау үшін жоғары сапалы төмен көміртекті үлгілерден алынған оралған жапырақтар қолданылады. Мысалы, St08Yu, St08ps, St08kp.
4. Өндіру және жоғары шынықтыру процесі арқылы жақсартылатын өңделетін болаттар. Бұл орташа көміртекті (St35, St40, St45, St50), хромды (St40X, St45X, St50X, St30XRA, St40XR) болаттар, сондай-ақ хром-кремний-марганец, хром-никель-молибден және хром-никель.
5. Көктемгі серіппелер серпімді қасиеттерге ие және оларды ұзақ уақыт сақтайды, өйткені олардың шаршау мен бұзылуға төзімділігі жоғары. Бұл St65, St70 және легирленген болаттардың (St60S2, St50KhGS, St60S2KhFA, St55KhGR) көміртекті өкілдері.
6. Термоөңдеу және химиялық құрам арқылы қол жеткізілетін басқа құрылымдық болаттарға қарағанда екі есе беріктігі жоғары үлгілер. Көп жағдайда бұл орташа көміртекті легирленген болаттар, мысалы, St30KhGSN2A, St40KhN2MA, St30KhGSA, St38KhN3MA, StOZN18K9M5T, St04KHIN9M2D2TYu.
7. Шарлы подшипникболаттар ерекше төзімділікпен, тозуға төзімділіктің жоғары дәрежесімен және беріктігімен сипатталады. Олар әртүрлі қосындылардың болмауына қойылатын талаптарға сай болуы керек. Бұл үлгілерге құрамында хромы бар жоғары көміртекті болаттар (StSHKh9, StSHKh15).
8. Автоматты болат анықтамалары төмендегідей. Бұл болттар, гайкалар, бұрандалар сияқты маңызды емес өнімдерді өндіруде қолдануға арналған үлгілер. Мұндай қосалқы бөлшектер әдетте өңделеді. Сондықтан материалға теллурды, селенді, күкіртті және қорғасынды енгізу арқылы қол жеткізілетін бөлшектердің өңдеуге қабілеттілігін арттыру негізгі міндет болып табылады. Мұндай қоспалар өңдеу кезінде сынғыш және қысқа жоңқалардың пайда болуына ықпал етеді және үйкелісті азайтады. Автоматты болаттардың негізгі өкілдері келесідей белгіленеді: StA12, StA20, StA30, StAS11, StAS40.
9. Коррозияға төзімді болаттар – құрамында хромы шамамен 12% болатын легирленген болаттар, өйткені ол бетінде коррозияны болдырмайтын оксидті қабықша түзеді. Бұл қорытпалардың өкілдері: St12X13, St20X17N2, St20X13, St30X13, St95X18, St15X28, St12X18NYUT,
10. Тозуға төзімді үлгілер абразивті үйкеліс, соққы және күшті қысым жағдайында жұмыс істейтін өнімдерде қолданылады. Мысал ретінде St110G13L сияқты теміржол жолдарының бөліктері, ұсақтағыштар және шынжыр табанды машиналар жатады.
11. Ыстыққа төзімді болаттар жоғары температурада жұмыс істей алады. Олар құбырлар, газ және бу турбиналарының қосалқы бөлшектерін жасауда қолданылады. Бұл негізінен жоғары легірленген төмен көміртекті үлгілер, олардың құрамында міндетті түрде никель бар, пішінде қоспалар болуы мүмкін.молибден, нобий, титан, вольфрам, бор. Мысалы: St15XM, St25X2M1F, St20XZMVF, St40HUS2M, St12X18N9T, StXN62MVKYU.
12. Ыстыққа төзімділер әсіресе ауадағы, газдағы және пештегі, тотықтырғыш және көміртекті ортадағы химиялық зақымға төзімді, бірақ ауыр жүктемелерде сусымалы болады. Бұл түрдің өкілдері: St15X5, St15X6SM, St40X9S2, St20X20H14S2.

Аспаптық болаттар

Бұл топта қорытпалар кесу және өлшеу құралдарына арналған қалыптарға бөлінеді. Пішінді болаттардың екі түрі бар.

• Суық қалыптауға арналған материал қаттылық, беріктік, тозуға төзімділік, ыстыққа төзімділік дәрежесі жоғары болуы керек. Бірақ тұтқырлығы жеткілікті (StX12F1, StX12M, StX6VF, St6X5VMFS).
• Ыстық қалыптау материалы жақсы беріктік пен қаттылыққа ие. Тозуға төзімділік пен масштабқа төзімділікпен қатар (St5KhNM, St5KhNV, St4KhZVMF, St4Kh5V2FS).

Өлшейтін аспаптық болаттар тозуға төзімділік пен қаттылықтан басқа, өлшемдері тұрақты және ұнтақталуы оңай болуы керек. Осы қорытпалардан калибрлер, қапсырмалар, шаблондар, сызғыштар, таразылар, плиткалар жасалады. Мысалы, StU8, St12Kh1, StKhVG, StKh12F1 қорытпалары болуы мүмкін.

Кесу құралдары үшін болат топтарын анықтау өте оңай. Мұндай қорытпалар ұзақ уақыт бойы кесу қабілетіне және жоғары қаттылыққа ие болуы керек, тіпті жылу әсерінен де. Оларға көміртекті және қорытпалы құрал, сондай-ақ кіредіжоғары жылдамдықты болаттар. Мұнда келесі көрнекті өкілдерді атауға болады: StU7, StU13A, St9XS, StKhVG, StR6M5, Stryuk5F5.

Қорытпаның тотықсыздануы

Болатты тотықсыздану дәрежесі бойынша анықтау оның үш түрін білдіреді: тыныш, жартылай тыныш және қайнау. Тұжырымдаманың өзі сұйық қорытпадан оттегін алуды білдіреді.

Тыныш болат қатаю кезінде дерлік газ шығармайды. Бұл оттегінің толық жойылуына және құйманың үстінде шөгілетін қуыстың пайда болуына байланысты, содан кейін ол кесіледі.

Жартылай сабырлы болатта газдар жартылай шығарылады, яғни тыныш болатқа қарағанда көп, бірақ қайнағанға қарағанда аз. Мұнда алдыңғы жағдайдағыдай қабық жоқ, бірақ жоғарғы жағында көпіршіктер пайда болады.

Қайнаған қорытпалар қатқан кезде көп мөлшерде газ бөледі, ал көлденең қимада жоғарғы және төменгі қабаттар арасындағы химиялық құрамдағы айырмашылықты байқасаңыз жеткілікті.

Қаттылық

Бұл ұғым материалдың оған қаттырақ енуге қарсы тұру қабілетін білдіреді. Қаттылықты үш әдіс арқылы анықтау мүмкін болды: Л. Бринелл, М. Роквелл, О. Викерс.

Бринелл әдісі бойынша үлгінің жер бетіне шыңдалған болат шар басылады. Баспаның диаметрін зерттей отырып, қаттылығын анықтаңыз.

Роквелл бойынша болаттың қаттылығын анықтау әдісі. Ол 120 градус гауһар конус ұшының ену тереңдігін есептеуге негізделген.

Тест үлгісіндегі Викерс бойыншагауһар тетраэдрлік пирамида басылған. Қарама-қарсы беттерде 136 градус бұрышпен.

Химиялық талдаусыз болаттың маркасын анықтауға бола ма? Металлургия саласының мамандары болаттың сыныбын ұшқыннан тани алады. Металдың құрамдас бөліктерін анықтау оны өңдеу кезінде мүмкін болады. Мысалы:

• CVG болатының сары-қызыл нүктелері мен шоқтары бар қою қызыл ұшқындары бар. Тармақталған жіптердің ұштарында ортасында сары түйіршіктері бар ашық қызыл жұлдыздар пайда болады.
• P18 болаты басында сары және қызыл шоқтары бар қою қызыл ұшқындармен де анықталады, дегенмен жіптер түзу және шанышқылары жоқ. Бумалардың ұштарында бір немесе екі ашық сары түйіршіктері бар ұшқындар бар.
• ХГ, Х, ШХ15, ШХ9 болат маркаларында жарық жұлдыздары бар сары ұшқындар бар. Ал бұтақтарда қызыл дәндер.
• U12F болаты тығыз және үлкен жұлдыздары бар ашық-сары ұшқындармен ерекшеленеді. Бірнеше қызыл және сары шоқтары бар.
• 15 және 20 болаттарда ашық сары ұшқындар, көптеген шанышқылар мен жұлдыздар бар. Бірақ бірнеше шоқ.

Ұшқын арқылы болатты анықтау мамандар үшін жеткілікті дәл әдіс болып табылады. Дегенмен, қарапайым адамдар ұшқынның түсін ғана зерттей отырып, металды сипаттай алмайды.

Дәнекерлеуге қабілеттілік

Металдардың белгілі бір әсерде қосылыс түзу қасиетін болаттардың пісіргіштігі деп атайды. Бұл көрсеткішті анықтау темір мен көміртегінің құрамы анықталғаннан кейін мүмкін болады.

Олар дәнекерлеу арқылы жақсы қосылған деп есептеледітөмен көміртекті болаттар. Көміртегінің мөлшері 0,45% асқанда, дәнекерлеу қабілеті нашарлайды және көміртегі мөлшері жоғары болғанда нашарлайды. Бұл сондай-ақ материалдың біркелкі еместігінің артып, сульфидті қосындылардың түйіршіктер шекарасында ерекшеленуіне байланысты болады, бұл жарықтардың пайда болуына және ішкі кернеудің жоғарылауына әкеледі.

Легирленген компоненттер де әрекет етіп, қосылымды нашарлатады. Дәнекерлеу үшін ең қолайсыздары хром, молибден, марганец, кремний, ванадий, фосфор сияқты химиялық элементтер болып табылады.

Алайда, төмен легирленген болаттармен жұмыс істегенде технологияны сақтау арнайы шараларды қолданбай-ақ дәнекерлеудің жақсы пайызын қамтамасыз етеді. Дәнекерлеу қабілеттілігін анықтау бірқатар маңызды материалдық қасиеттерді бағалаудан кейін мүмкін болады, соның ішінде:

• Суыту жылдамдығы.
• Химиялық құрамы.
• Дәнекерлеу кезіндегі бастапқы кристалдану және құрылымдық өзгерістер көрінісі.
• Металдың жарықтар түзу қабілеті.
• Материалдың қатаюға бейімділігі.