Защитные материалы: классификация, свойства, применение, изготовление

Смирнова Л.Н. Гипсокартон – Свойства защитных материалов

Скачать книгу с рисунками и таблицами – нажмите сюда

Свойства защитных материалов

Выбор необходимых теплозащитных материалов производят по многим характеристикам, что представляет определенные трудности даже для специалистов. Возможности применения этих материалов зависят от их свойств.
Материалы имеют разнообразную техническую маркировку, которую их изготовители часто не разъясняют потребителям. Однако очень важно получить достаточную информацию прежде, чем приобрести и пустить в дело соответствующий материал. При этом целью каждого вида работ является наиболее оптимальный путь использования соответствующего вида материала.

Выбор изоляционного материала производят в зависимости от:
• назначения и области применения;
• огнестойкости;
• способности сопротивления влажности и разрушению вредными насекомыми;
• воздействия на микроклимат жилища и здоровье человека;
• стоимости.

Низкая цена часто имеет решающее значение при выборе и покупке материала, что, однако, не следует считать достаточно объективным критерием. Несомненно, правильным считается стремление к экономии энергетических затрат, обеспечивающих сохранность тепла. Однако если в этом случае наблюдается ухудшение климатических условий проживания и, соответственно, вредное воздействие на здоровье человека, то такой выбор не может рассматриваться как хорошее решение.

Теплоизоляция — это способность материала препятствовать переносу тепла. Для того чтобы сравнивать материалы друг с другом, на упаковке указывают коэффициент теплопередачи. Например, группа теплопроводных материалов 050 имеет коэффициент теплопередачи 0,05 Вт/(мК). Чем меньше это число, тем больше воздействие защиты или изоляции. Изоляционный материал группы 025 следует считать лучшим защитным материалом по сравнению с материалами группы 050, однако это не означает, что будет сохраняться вдвое больше тепла, поскольку необходимо учитывать теплопередачу через стены.
При выборе изоляционного материала следует исходить не только из меньшего значения коэффициента теплопередачи, но и учитывать его толщину и прочность. Для некоторых видов работ необходимо применение теплоизоляционных материалов с определенным минимальным значением прочности; обычно они имеют большую толщину и обладают высоким коэффициентом теплопередачи. Выбор коэффициента теплопередачи часто осуществляют после установления области применения и назначения теплозащитных работ.
Коэффициент теплопередачи является основополагающим при вычислении коэффициента, который используют для расчета тепловых потерь отопления в зданиях и по которому ведут сопоставление зданий по тепловому критерию.
Дать рекомендации по выбору оптимальной толщины изоляционных материалов достаточно сложно. Очень часто решение зависит от того, какая поверхность подлежит изоляции. Например, при изготовлении плавающего бесшовного пола, как правило, применяется насыпной изоляционный материал толщиной 2-3 см. При защите внешних и наружных стен, так же, как и перекрытий, во многих случаях толщина материала составляет 6-10 см. Деревянные балки перекрытий должны покрываться защитным материалом полностью. Величину теплоизоляционного слоя на уклонах крыши определяют толщиной стропил. При этом достигают хорошего эффекта теплоизоляции путем небольшого усложнения конструкции. В некоторых случаях необходимо выполнять комбинированную защиту, предусматривающую устройство промежуточного вентилируемого пространства толщиной 2-4 см между изоляционным слоем и кровлей.

Огнестойкость и защита от огня. Эти свойства определяют класс строительных материалов. Материалы классов А1 и А2 являются негорючими. Материалы класса В1 следует считать трудновоспламеняемыми, и они горят лишь при наличии огня. Если удалить источник огня, пламя гаснет в кратчайшее время. Материалы класса В2 имеют нормальные условия воспламенения. Легковоспламеняемыми являются материалы класса В3, которые нельзя использовать в высотном строительстве.
При строительстве новых зданий и реконструкции старых местными властями устанавливаются подлежащие обязательному выполнению специальные требования к пожаробезопасности.
Строительные изделия и конструкции имеют разную степень огнестойкости, и по этому показателю их делят на соответствующие классы и маркируют. Так, по степени огнестойкости элементы внутренних стен и перекрытий обозначают как F, внешние стены — W, вентиляционные трубопроводы — L, остекленные блоки — G. Классы огнестойкости F30, F60, F120, F180 обозначают, что внутренние стены или перекрытия могут сопротивляться воздействию огня по меньшей мере в течение 30, 60, 120 и 180 мин, не изменяя своих функциональных свойств.
Наряду с этим, указывают горючесть элементов строительных изделий или конструкций. Например, основные элементы и изделия класса В, выполненные из трудновоспламеняемых материалов, маркируют индексом В (F30-B), выполненные из считающихся горючими материалов — индексом АВ (F30-AB), а все составные элементы, включающие только негорючие материалы, — индексом A (F30-A).
С точки зрения защиты от пожара предпочитают строительные детали, покрытые защитным материалом с высокой степенью сопротивления горению.
Улучшение пожарозащиты возможно путем применения негорючих изоляционных материалов или облицовки из изоляционных материалов — гипсокартонных или облегченных древесно-волокнистых плит.
Многие изоляционные материалы имеют различные области применения. Материалы, подвергаемые нагрузкам, могут быть использованы при изоляции кровель. Некоторые изоляционные материалы отличаются шершавой фактурой поверхности, позволяющей удерживать слои штукатурки. Материалы, используемые для защиты покрытий стен, пропитаны водоотталкивающим составом.
Назначение и область применения изоляционного материала указывают на этикетке.

Влагозащитные свойства. Защитный материал должен воспринимать как можно меньше влаги, поскольку при ее впитывании изоляционный материал полностью теряет свои качества, т. к. вода является намного лучшим проводником, чем воздух. Кроме того, на стыкующихся строительных элементах может образоваться плесень и зона гниения, что приводит к разрушению изоляционного материала. Во всех случаях, где предполагается стык строительных изделий, последние должны быть обезвожены.
Влажность проявляется также в виде водяного пара. Большое значение имеет пароводонепроницаемость изоляционного материала. Так как влажность воздуха в помещениях и снаружи различается, существует тенденция ее выравнивания. Это наблюдается при вентиляции и проникновении водяного пара через наружные стены, в особенности в зимнее время. При этом водяные пары охлаждаются и влага конденсируется на строительных конструкциях. Различные строительные и защитные материалы оказывают различное сопротивление паропроницаемости, т. е. они хуже или лучше пропускают влагу. Если защитный материал, обладающий низкой степенью проникновения пара (например, плиты из минеральной ваты), нанести на стены с высокой степенью проникновения (например, бетон), то в местах соприкосновения может произойти насыщение конденсатом защитного материала и штукатурки. Это особенно характерно для помещений с высокой влажностью (кухни, ванные). Наиболее оптимальным является гармоничное сочетание влагопроницаемости строительных изделий и защитных материалов. Это означает, что на теплую сторону строительного элемента необходимо наносить паронепроницаемый материал, а на холодную сторону — паропроницаемый. Поэтому плиты из минеральной ваты пригодны прежде всего для защиты наружных элементов. Если возводятся внутренние элементы помещений, где высокая степень влажности, то они должны быть соответствующим образом защищены. Эти условия необходимо выполнять также при наружных работах в процессе монтажа кровли.

Читайте также:
Деформация металла - физическая природа процесса и его виды

Химические свойства. Защитные материалы не должны вызывать коррозию окружающих материалов. С другой стороны, защитные материалы должны быть стойкими к воздействию материалов применяемых изделий. Это особенно важно при использовании различных химических продуктов, например клеев, которые должны снабжаться инструкцией изготовителя.

Устойчивость против насекомых. Большинство защитных материалов не разрушается насекомыми, однако гнездование насекомых в материалах из торфа, соломы и тростника полностью исключить не удается, хотя эти материалы пропитывают или обсыпают гашеной известью.

Воздействие на здоровье человека. Ответить на вопрос, какие вредные продукты содержатся в защитных материалах, трудно, т. к. изготовители, как правило, не публикуют данные о составе материалов, во-первых, по соображениям охраны сведений о технологии производства, во-вторых, чтобы не волновать покупателей.
Если рассмотреть основные компоненты, из которых изготавливают защитные материалы, то растительные и минеральные составляющие, как правило, не вызывают сомнений с точки зрения воздействия на здоровье. Вместе с тем синтетические материалы, изготовленные на основе искусственных продуктов, могут оказаться вредными для здоровья. Поэтому сырьевые составляющие таких материалов проходят предварительную обработку, после которой их вредное воздействие уменьшается.
При переработке минеральное волокно измельчают до такой степени, что его частицы при попадании в легкие человека могут вызвать нежелательные последствия. Для предотвращения этого в состав вносят связывающие компоненты, в результате чего создается относительно безопасный основной продукт, используемый для изготовления защитных материалов. Однако искусственные строительные материалы все же могут содержать остаточные компоненты, которые вредно воздействуют на организм человека.
Вместе с тем весьма сложен вопрос о том, какие вредные последствия могут вызывать отдельные компоненты защитных материалов, использованных в конкретной конструкции, содержащей эти материалы. Известно также, что и естественные материалы способны выделять вредные вещества, как, например, при нагреве пробки. С учетом изложенного выше вредное воздействие любых материалов необходимо ограничивать правильным выполнением монтажа.
Во всяком случае материал под плавающим покрытием или алюминиевой фольгой оказывает, несомненно, меньшее вредное воздействие на воздух в помещении, чем при закрытии его деревянным покрытием.

Воздействие на окружающую среду. Все используемые в строительстве материалы рано или поздно совершают своеобразный круговорот в природе: когда они старятся, их отправляют на специальные свалки, где сжигают в специальных устройствах. С этой точки зрения в строительстве предпочтительнее использование материалов растительного или минерального происхождения, которые не выделяют при переработке вредных веществ.

Обработка материалов. Различные материалы требуют и различных методов обработки. В основном защитные материалы можно крепить к конструкциям гвоздями, болтами или шурупами. При создании сплошных наружных покрытий защитные плиты прибивают гвоздями и облицовывают с помощью специальных клеящих составов. В случае защиты двухскатных кровель методы обработки должны указываться изготовителями.

Скачать книгу с рисунками и таблицами – нажмите сюда

Средства индивидуальной защиты на производстве

Средства индивидуальной защиты – это средства, которые используются работником для уменьшения либо предотвращения действия опасных, вредных и других негативных факторов на производстве. СИЗ обязаны также предохранять человека от загрязнений. Они применяются тогда, когда безопасность выполняемых работ не может быть обеспечена другими способами (конструкция оборудования, средства коллективной защиты, организация безопасных технологических процессов и другие).

Что такое средства индивидуальной защиты на производстве?

Средства индивидуальной защиты (СИЗ) в общем случае содержат следующее: специальную обувь и одежду; костюмы изолирующие; средства для защиты органов дыхания, глаз, лица, головы; также предусматривающие защиту рук, органов слуха. К ним относятся предохранительные приспособления, для кожи – защитные дерматологические средства.

Классификация промышленных изделий, СИЗ

Для того чтобы грамотно ориентироваться в огромном многообразии защитных средств необходимо разбираться в их классификации. Для классификации СИЗ существует ГОСТ 12.4.011-89. Этот стандарт подразделяет все средства в зависимости от их назначения на 10 классов. Эти классы в зависимости от конструкции делятся на типы.

Существующие классы СИЗ по российской классификации:

  1. Это одежда специальная защитная. К ней относятся: тулупы, куртки, пальто, накидки и т.п.
  2. Средства для защиты рук – это перчатки, наплечники, рукавицы, нарукавники и т.п.
  3. Средства, защищающие ноги. К этому классу относятся: ботинки, сапоги, бахилы и т.п.
  4. Средства защиты глаз, кожи лица. К этому классу относятся: защитные очки, лицевые щитки и т.п.
  5. Защитные средства головы. Это шлемы, каски, головные уборы к которым относятся шапки, береты, кепки и т.п.
  6. Средства, предназначенные для защиты органов дыхания. К этому классу относятся: всевозможные противогазы, респираторы, то есть СИЗОД, самоспасатели и т.п.
  7. Изолирующие костюмы (скафандры, пневмокостюмы и т.п.).
  8. Средства, обеспечивающие защиту органов слуха. К ним относятся: вкладыши, защитные наушники, шлемы и т.п.
  9. Средства защиты от возможного падения с высоты. Это страховочные привязи, всевозможные стропы, анкерные линии, всевозможные блокирующие устройства и т.п.
  10. Средства, осуществляющие защиту кожных покровов человека.
Читайте также:
Строительные конструкции: классификация, свойства, применение, требования

Общие требования к СИЗ на производстве

Каждый класс СИЗ имеет свои особенности, которые связаны с назначением эксплуатации их. Но, они имеют и общие требования, а именно:

  • защита от негативных факторов; средства обязаны эффективно препятствовать влиянию негативных производственных факторов влияющих на здоровье работника;
  • СИЗ должны обладать необходимой прочностью и устойчивостью. Это требование должно соблюдаться по отношению к неблагоприятным факторам окружающей среды (влажность, радиоактивность, экстремальные температуры и т.п.);
  • средства обязаны иметь техническую эстетичность и обладать комфортом, то есть они должны быть удобными в эксплуатации, быть эргономичными. Эти условия позволяют выполнять работу без лишних затрат усилий;
  • СИЗ в обязательном порядке должны быть безопасными для пользователя. Сами СИЗ не должны создавать неблагоприятные факторы, влияющие на работника;
  • средства в обязательном порядке должны своевременно заменяться. Эта функция входит в обязанности работодателя. Он должен во время производить замену или вышедшие из строя средства на новые.

Требования к отдельным средствам индивидуальной защиты, применяемым на производстве

Кроме общих требований непосредственно к определенным СИЗ предъявляются и специфические. Эти требования зависят от назначения одежды, среды и условий эксплуатации, а также от негативных факторов, защитой от которых она и служит.

Одежда специальная защитная

Эта одежда служит для защиты от общих производственных загрязнений, а также от механических воздействий. Должна отвечать техническим требованиям в соответствии с ГОСТ 12.4.280-214. Предназначается для работников всевозможных отраслей промышленности и других предприятий.

Этот тип спецодежды в зависимости от своих защитных свойств делится на следующие группы:

  • изделия для защиты от общих загрязнений (маркируется буквой З), сюда входит также облегченная одежда и санитарная (Зо);
  • изделия для защиты от механических повреждений, захвата частями механизма, которые движутся (Мд);
  • защита от истирания и механического воздействия (Ми);
  • защита от механического действия в виде проколов, порезов (Мп).

Размер спецодежды обязан соответствовать эргономическим характеристикам тела человека. Материалы, идущие на изготовление одежды, обязаны соответствовать этому стандарту. Маркировка производится согласно требований ГОСТа с указанием обязательных сведений об СИЗ.

Средства для защиты рук

Эти средства, перчатки служат для защиты рук от вредного действия разных внешних факторов. Должны отвечать техническим требованиям в соответствии с ГОСТ 12.4.252-2013. Предназначается для работников всевозможных отраслей промышленности и других предприятий. Перчатки изготавливаются по этому стандарту: швейные, трикотажные, маканые или штанцованные.

Этот тип средств в зависимости от своих защитных свойств в общем случае должен обеспечивать защиту: от механических воздействий; вибрации; экстремальных температур; нетоксичной пыли; радиоактивных загрязнений; растворов кислот и щелочей; органических растворителей; электрического тока и т.п.

Размеры защитных перчаток обязаны соответствовать эргономическим характеристикам рук человека. Материалы, идущие на изготовление перчаток, обязаны соответствовать этому стандарту. Маркировка производится согласно требований ГОСТа с указанием обязательных сведений об СИЗ.

Средства, предназначенные для защиты органов дыхания

Эти средства, представлены респираторами и противогазами. Служат для защиты органов дыхания, а также глаз и кожи лица. Должны отвечать техническим требованиям ГОСТ 12.4.299-2015 Средства индивидуальной защиты органов дыхания. В них представлены рекомендации по выбору и эксплуатации их. Предназначается для работников всевозможных отраслей промышленности и других предприятий.

Средства индивидуальной защиты органов дыхания (СИЗОД) делятся на фильтрующие и изолирующие.

Ответственность за правильный выбор и эксплуатацию несет работодатель. Он также обязан организовать обучение применения СИЗОД на рабочих местах на основе инструкции по эксплуатации.

Для определения необходимости применения СИЗОД используют критерии. Причем для применения их необходимо наличие хотя бы одного из перечисленных условий:

  • принятые меры не обеспечивают необходимый уровень защиты от опасных и вредных веществ;
  • концентрация опасных и вредных веществ на производстве превышает ПДК, защитные меры только предпринимаются;
  • прервать работу для принятия защитных мер нет возможности;
  • негативные факторы возникают эпизодически и кратковременно, для использования других защитных мер экономически не целесообразно;
  • защита органов дыхания необходима кратковременно, например, при выходе из опасной зоны;
  • при работах в чрезвычайных ситуациях, причем она проводится специально обученным персоналом.

Эти средства используют для обеспечения дополнительной меры безопасности сотрудников. Применение их также должно учитывать концентрацию вредных веществ в загрязненной атмосфере и ее качественный состав.

Легированная сталь

Содержание статьи
  • Характеристика
    • Виды
    • Назначение
  • Свойства
  • Марки

В современном мире имеется большое количество разновидностей стали. Это один из самых востребованных материалов, который используется практически во всех отраслях промышленности.

Характеристика легированных сталей

Легированная сталь представляет собой сталь, которая кроме обычных примесей оснащена еще и дополнительными добавочными веществами, которые необходимы для того, чтобы она соответствовала тем или иным химическим и физическим требованиям.

Обычная сталь состоит из железа, углерода и примесей, без которых невозможно себе представить данный материал. В легированную сталь добавляются дополнительные вещества, которые получили название легирующих. Они используются для того, чтобы сталь стала обладать такими свойствами, которые необходимы в тех или иных ситуациях.

В большинстве случаев в качестве легирующих элементов к железу, примесям и углероду добавляются: никель, ниобий, хром, марганец, кремний, ванадий, вольфрам, азот, медь, кобальт. Также не редко в таком материале отмечаются такие вещества, как молибден и алюминий. Для придания прочности материалу в большинстве случаев добавляется титан.

Такой вид стали имеет три основные категории. Отношение легированной стали к той или иной группе обусловлено тем, сколько в ней содержится стали и примесей, а также легированных добавок.

Виды легированной стали

Есть три основных вида стали с легирующими элементами:

  • Низколегированная сталь.

Она характеризуется тем, что в ней содержится около двух с половиной процентов легирующих дополнительных элементов.

  • Среднелегированная сталь.
Читайте также:
Конструкционные материалы: определение, характеристики и применение

Данный материал имеет в своем составе от 2.5 до 10 процентов легирующих дополнительных веществ.

  • Высоколегированная сталь.

К данному виду относятся стальные материалы, количество легирующих добавок в которых превышает десяти процентов. Количество этих компонентов в такой стали может достигать пятидесяти процентов.

Назначение легированной стали

Легированную сталь широко применяют в современной промышленности. Она обладает высоким уровнем прочности, что позволяет изготовлять из нее оборудование для резки и рубки металлического проката самых разных видов.

По своему назначению стали легированного типа могут быть представлены большим количеством групп.

Основными из них являются:

  • конструкционная легированная сталь,
  • инструментальная легированная сталь,
  • легированная сталь с особыми химическими и физическими свойствами.

Характеристики легированных сталей могут быть разнообразными. Они их приобретают благодаря соотношению основных элементов. Стали такого типа являются в любом случае более прочными и устойчивыми к образованию коррозии.

Свойства легированной стали

Свойства легированных сталей являются разнообразными. Они главным образом определяются теми добавками, которые применяются в качестве легирующих при производстве отдельных видов стальных материалов.

В зависимости от добавленных легирующих компонентов сталь приобретает следующие качества:

  • Прочность. Данное свойство приобретает после добавления в ее состав хрома, марганца, титана, вольфрама.
  • Устойчивость к образованию коррозии. Это качество появляется под воздействием хрома, молибден.
  • Твердость. Сталь становится боле твердой благодаря хрому, марганцу и другим элементам.

Внимание: Стоит отметить, что для того, чтобы легированная сталь была более прочной и устойчивой к внешнему влиянию окружающей среды необходимое содержание хрома не должно быть менее двенадцати процентов.

Сталь легированного типа при правильном процентном соотношении всех входящий в нее элементов не должна менять свои качестве при температуре нагревания до шестисот градусов Цельсия.

Производство легированной стали.

Марки легированной стали

Марки легированной стали являются различными. Они представлены в большом многообразии. В зависимости от назначения стали определяется ее маркировка.

Сегодня имеется большое количество требований к маркировке легированной стали. Для данного процесса используются цифровые и буквенные обозначения. Сначала при маркировке используются цифры. Они являются показателями того, сколько содержится в том или ином виде легированной стали сотых долей углерода. После цифр стоят буквы, которые являются обозначением того, какие легирующие добавки были использованы при производстве того или иного легированного типа стали.

После букв могут стоять цифры, обозначающие количество легирующего вещества в составе стального материала. Если после обозначения какого-либо легирующего элемента не стоит цифровое обозначение, то его в составе имеется минимальное количество, не достигающее даже одного процента.

Таблица 1. Сопоставление марок стали типа Cm и Fе по международным стандартам ИСО 630-80 и ИСО 1052-82.
Марки стали
Ст Fe Ст Fe
СтО Fe310-0 Ст4кп Fe430-A
Ст1кп Ст4пс Fe430-B
Ст1пс Ст4сп Fe430-C
Ст1сп Fe430-D
Ст2кп Ст5пс Fe510-B, Fe490
Ст2пс Ст5Гпс Fe510-B, Fe490
Ст2сп Сг5сп Fe510-C, Fe490
СтЗкп Fe360-A
СтЗпс Fe360-B Ст6пс Fe590
СтЗГпс Fe360-B Стбсп Fe590
СтЗсп Fe360-C Fe690
СтЗГсп Fe360-C
Fe360-D
Таблица 2. Условные обозначения легирующих элементов в металлах и сплавах
Элемент Символ Обозначение элементов в марках металлов и сплавов Элемент Символ Обозначение элементов в марках металлов и сплавов
черные цветные черные цветные
Азот N А Неодим Nd Нм
Алюминий А1 Ю А Никель Ni Н
Барий Ва Бр Ниобий Nb Б Нп
Бериллии Be Л Олово Sn О
Бор В р Осмий Os Ос
Ванадии V ф Вам Палладий Pd Пд
висмут Bi Ви Ви Платина Pt Пл
Вольфрам W В Празеодим Pr Пр
Гадолиний Gd Гн Рений Re Ре
Галлий Ga Ги Ги Родий Rh Rg
Гафнии Hf Гф Ртуть Hg Р
Германий Ge Г Рутений Ru Pv
Гольмий Но ГОМ Самарий Sm Сам
Диспрозий Dv ДИМ Свинец Pb С
Европий Eu Ев Селен Se К СТ
Железо Fe Ж Серебро Ag Ср
Золото Au Зл Скандий Sc С км
Индий In Ин Сурьма Sb Cv
Иридий Ir И Таллий Tl Тл
Иттербий Yb ИТН Тантал Та ТТ
Иттрий Y ИМ Теллур Те Т
Кадмий Cd Кд Кд Тербий Tb Том
Кобальт Co К К Титан Ti Т ТПД
Кремний Si С Кр(К) Т’лий Tm ТУМ
Лантан La Ла Углерод С У
Литий Li Лэ Фосфор P п Ф
Лютеций Lu Люн Хром Cr х Х(Хр)
Магний Mg Ш Мг Церий Ce Се
Марганец Mn Г Мц(Мр) Цинк Zn Ц
Медь Cu Д М Цирконий Zr Ц ЦЭВ
Молибден Mo М Эрбий Er Эрм
Статьи по теме

Алкидная эмульсия

Требования защиты окружающей среды вызвали интерес к алкидным эмульсиям. Стабильные эмульсии можно получить из большинства алкидов при условии, что вязкость смол не слишком большая и прилагаемых сдвиговых сил достаточно для эмульгирования.

Характеристики нержавейки

В современном мире нержавеющая сталь является незаменимым материалом при производстве разных разновидностей изделий. Она применяется в пищевой, медицинской, металлургической и военной промышленности.

Марки нержавеющей стали

В начале прошлого столетия специалистам в области металлургической промышленности удалось заметить, что взаимодействие хрома и кислорода является лучше, чем с железом.

Легированные стали: классификация и маркировка

Легированная сталь — это сталь, содержащая специальные легирующие добавки, которые позволяют в значительной степени менять ряд ее механических и физических свойств. В данной статье мы разберемся, что из себя представляет классификация легированных сталей, а также рассмотрим их маркировку.

Круглый прокат из легированной стали

Классификация легированных сталей

По содержанию в составе стали углерода идет разделение на:

  1. низкоуглеродистые стали (до 0,25% углерода);
  2. среднеуглеродистые стали (до 0,25% до 0,65% углерода);
  3. высокоуглеродистые стали (более 0,65% углерода).

В зависимости от общего количества в их составе легирующих элементов, которые содержит легированная сталь, она может принадлежать к одной из трех категорий:

  1. низколегированная (не более 2,5%);
  2. среднелегированная (не более 10%);
  3. высоколегированная (от 10% до 50%).

Свойства, которыми обладают легированные стали, определяет и их внутренняя структура. Поэтому признаку классификация легированных сталей подразумевает разделение на следующие классы:

  1. доэвтектоидные — в составе присутствует избыточный феррит;
  2. эвтектоидные — сталь имеет перлитную структуру;
  3. заэвтектоидные — в их структуре присутствует вторичные карбиды;
  4. ледебуритные — в структуре присутствует первичные карбиды.

По своему практическому применению легированные конструкционные стали могут быть: конструкционные (подразделяются на машиностроительные или строительные), инструментальные, а также стали с особыми свойствами.

Назначение конструкционных легированных сталей:

  • Машиностроительные — служат для производства деталей всевозможных механизмов, корпусных конструкции и тому подобного. Отличаются тем, что в подавляющем большинстве случаев проходят термическую обработку.
  • Строительные — чаще всего используются при изготовлении сварных металлоконструкций и термической обработке подвергаются в редких случаях.

Классификация машиностроительных легированных сталей выглядит следующим образом.

  • Жаропрочные стали активно используются для производства деталей, предназначенных для работы в сфере энергетики (например, комплектующие паровых турбин), а также из них делают особо ответственный крепеж. В качестве легирующих добавок в них используют хром, молибден, ванадий. Жаропрочные относятся к среднеуглеродистым, среднелегированным, перлитным сталям.
  • Улучшаемые (из категорий среднеуглеродистых, низко- и среднелегированных) стали, при производстве которых используют закалку, применяются для изготовления сильно нагруженных деталей, испытывающих нагрузки переменного характера. Отличаются чувствительностью к концентрации напряжения в рабочей детали.
  • Цементуемые (из категорий низкоуглеродистых, низко- и среднелегированных) стали, как можно понять по названию, подвергаются цементации и следующей после нее закалке. Их применяют для изготовления всевозможных шестерен, валов и других похожих по назначению деталей.

Зависимость толщины цементованного слоя от температуры и времени обработки

Классификация строительных легированных сталей подразумевает их разделение на следующие виды:

  • Массовая — низколегированные стали в виде труб, фасонного и листового проката.
  • Мостостроительная — для автомобильных и ж/д мостов.
  • Судостроительная хладостойкая, нормальная и повышенной прочности — хорошо противостоит хрупкому разрушению.
  • Судостроительная хладостойкая высокой прочности — для сварных конструкций, которым предстоит работать в условиях низких температур.
  • Для горячей воды и пара — допускается рабочая температура до 600 градусов.
  • Низкоопущенные высокой прочности — применяются в авиации, чувствительны к концентрации напряжений.
  • Повышенной прочности с применением карбонитритного упрочнения, создающим мелкозернистую структуру стали.
  • Высокой прочности с применением карбонитритного упрочнения.
  • Упрочненные прокаткой при температуре 700-850 градусов.

Применение инструментальных легированных сталей

Инструментальная легированная сталь широко используется при производстве разнообразного инструмента. Но помимо явного превосходства над углеродистой сталью в плане твердости и прочности, у легированной стали есть и слабая сторона — более высокая хрупкость. Поэтому для инструмента, который активно подвергается ударным нагрузкам, такие стали не всегда подходят. Тем не менее при производстве огромного перечня режущего, ударно-штампового, измерительного и прочего инструмента именно инструментальные легированные стали остаются незаменимыми.

Отдельно можно отметить быстрорежущую сталь, отличительными особенностями которой являются крайне высокая твердость и красностойкость до температуры 600 градусов. Такая сталь способна выдерживать нагрев при высокой скорости резания, что позволяет увеличить скорость работы металлообрабатывающего оборудования и продлить срок его службы.

К отдельной категории относятся легированные конструкционные стали, наделенные особыми свойствами: нержавеющие, с улучшенными электрическими и магнитными характеристиками. От того, какие элементы, а также в каких количествах преимущественно содержатся в них, они могут быть хромистыми, никелевыми, хромоникельмолибденовыми. Также они делятся на трех-, четырех- и более компонентные по числу содержащихся в них легирующих добавок.

Легирующие элементы и их влияние на свойства сталей

Маркировка легированных сталей указывает на то, какие добавки в ней содержатся, а также на их количественное значение. Но также важно знать и то, какое именно влияние на свойства металла оказывает каждый из этих элементов в отдельности.

Добавка хрома увеличивает коррозионную стойкость, повышает прочность и твердость, является основным компонентом при создании нержавеющей стали.

Добавление никеля повышает пластичность, вязкость стали и коррозионную стойкость.

Титан уменьшает зернистость внутренней структуры, повышая прочность и плотность, улучшает обрабатываемость и коррозионную стойкость.

Присутствие ванадия уменьшает зернистость внутренней структуры, что повышает текучесть и порог прочности на разрыв.

Добавка молибдена дает возможность улучшить прокаливаемость, повысить коррозионную устойчивость и снизить хрупкость.

Вольфрам повышает твердость, не дает зернам увеличиваться при нагреве и снижает хрупкость при отпуске.

При содержании до 1-15% кремний повышает прочность, сохраняя вязкость. При увеличении процента содержания кремния повышается магнитопроницаемость и электросопротивление. Также данный элемент увеличивает упругость, стойкость к коррозии и сопротивляемость к окислению, но также повышает хрупкость.

Введение кобальта увеличивает ударопрочность и жаропрочность.

Добавление алюминия способствует повышению окалиностойкости.

Таблица назначения некоторых видов стали

Отдельно стоит упомянуть примеси и их влияние на свойства сталей. Любая сталь всегда содержит технологические примеси, так как полностью удалить их из состава стали чрезвычайно трудно. К такого рода примесям относятся углерод, серу, марганец, кремний, фосфор, азот и кислород.

Оказывает на свойства стали очень значительное влияние. Если его содержится до 1,2%, то углерод способствует повышению твердости, прочности, предела текучести металла. Превышение указанного значения способствует тому, что начинает значительно ухудшаться не только прочность, но и пластичность.

Если количество марганца не превышает 0,8%, то он считается технологической примесью. Он призван повысить степень раскисления, а также противостоять негативному влиянию серы на сталь.

При превышении содержания серы выше 0,65% механические свойства стали существенно снижаются, речь идет об уменьшении уровня пластичности, коррозионной стойкости, ударной вязкости. Также высокое содержание серы негативно влияет на свариваемость стали.

Даже незначительное превышение содержания фосфора выше необходимого уровня чревато повышением хрупкости и текучести, а также снижением вязкости и пластичности стали.

Азот и кислород

При превышении определенных количественных значений в составе стали вкрапления данных газов повышают хрупкость, а также способствуют понижению ее выносливости и вязкости.

Слишком большое содержание водорода в стали ведет к увеличению ее хрупкости.

Маркировка легированных сталей

К категории легированных относится большое разнообразие сталей, что и вызвало необходимость в систематизации их буквенно-цифрового обозначения. Требования к их маркировке оговаривает ГОСТ 4543-71, согласно которому сплавы, наделенные особыми свойствами, обозначаются маркировкой, где на первой позиции стоит буква. По этой букве как раз и можно определить, что сталь по своим свойствам относится к определенной группе.

Пример расшифровки маркировки легированной стали

Так, если маркировка легированных сталей начинается с букв «Ж», «Х» или «Е» — перед нами сплав нержавеющей, хромистой или магнитной группы. Сталь, которая относится к нержавеющей хромоникелевой группе, обозначается буквой «Я» в ее маркировке. Сплавы, относящиеся к категории шарикоподшипниковых и быстрорежущих инструментальных, обозначаются буквами «Ш» и «Р».

Стали, относящиеся к легированным, могут принадлежать к категории высококачественных, а также особо высококачественных. В таких случаях в конце их марки ставится буква «А» или «Ш» соответственно. Стали, которые обладают обычным качеством, таких обозначений в своей маркировке не имеют. Специальное обозначение также имеют сплавы, которые получены прокатным методом. В таком случае в маркировке присутствует буква «Н» (нагартованный прокат) или «ТО» (термически обработанный прокат).

Точный химический состав любой легированной стали можно посмотреть в нормативных документах и справочной литературе, но получить такую информацию позволяет и умение разбираться в ее маркировке. Первая цифра позволяет понять, сколько углерода (в сотых долях процента) содержит легированная сталь. После этой цифры в марке перечисляются буквенные обозначения легирующих элементов, которые содержатся дополнительно.

Обозначение легирующих элементов в маркировке стали

После каждой такой буквы проставляется количественное содержание указанного элемента. Выражается это содержание в целых долях. После буквы, обозначающей элемент, может не стоять никакой цифры. Означает это то, что его содержание в стали не превышает 1,5%. Государственный стандарт 4543-71 регламентирует обозначение легирующих добавок, входящих в состав легированной стали: А — Азот, Б — Ниобий, В —Вольфрам, Г — Марганец, Д — Медь, К — Кобальт, М — Молибден, Н — Никель, П — Фосфор, Р — Бор, С — Кремний, Т — Титан, Ц — Цирконий, Ф — Ванадий, Х — Хром, Ю — Алюминий.

Использование легированных сталей

Сегодня сложно найти сферу жизни и деятельности, в которых бы не использовалась легированная сталь. Из инструментальных и конструкционных сталей производится практически любой инструмент: резцы, фрезы, штампы, измерительные устройства, шестерни, пружины, подвески, растяжки и многое другое. Нержавеющие легированные стали активно используются и в быту, из них изготавливают посуду, корпуса и другие элементы многих видов бытовой техники.

Легированные стали по причине их высокой стоимости используются только для производства самых ответственных конструкций и деталей, где изделия из других металлов просто не смогут выполнить возложенные на них задачи.

Легированная сталь что это такое: марки, состав, виды и применение

В данной статье мы расскажем про один из наиболее распространенных методов, а также дадим ответ про легированную сталь – что это такое.

Любой металл, а также его сплав, имеет механические и химические характеристики. Такая наука, как материаловедение, вместе со всей металлургической промышленностью, занимаются изучением свойств материалов, а также находят способы для их улучшения.

В первую очередь отметим, что мы имеем дело не с отдельным веществом, а с составом, основные компоненты которого – железо (не менее 45%) и углерод. Но в отличие от классического в марки добавляют специализированные легирующие элементы. Их концентрация не очень большая, но даже эта небольшая доля (обычно от 1 до 3%) способствует значительному изменению в лучшую сторону характеристик материала.

Описание термина – что такое легированная сталь

Физические свойства, такие как прочность, пластичность, хрупкость, могут быть увеличены или уменьшены в несколько раз. Изменение кристаллической решетки материалов активно применяют в металлургии, а также при производстве многочисленных деталей и корпусов для автомобильного, машинного, станочного и прочего производства, а также для создания строительных конструкций и инструментов. Сфера применения настолько велика, что сплав начали изготавливать большими партиями, он постепенно вытесняет долю изготавливаемого железа и обычных стальных веществ.

Исходя из приведенной информации, легирование стали – это металлургический процесс выплавки, в ходе которого в состав добавляются материалы примесей. При этом есть два вида операции:

  • Объемный – когда компоненты попадают в глубинную структуру. В расплав или шихту внедряются хром, никель и пр.
  • Поверхностный – в ходе него происходит диффузионное или иное напыление, то есть покрывается только верхний слой.

Процесс начал использоваться относительно недавно. Впервые эксперименты начали проводить в 1882 году. И с первого же образца исследователи обнаружили, что вместе с улучшением физических свойств значительно снижается степень обрабатываемости. Простыми словами, с материалом просто стало сложно работать. Безусловно, к настоящему времени все дополнительные эффекты легирования изучены, поэтому составлены специальные ГОСТы для разных способов металлообработки.

Химический состав легированной стали

Есть постоянные компоненты – это те, которые есть в любом сплаве данной категории, есть также необязательные, легирующие ингредиенты. Сперва перечислим те, которые образуют классический материал:

  • Железо. Это очень ковкий сам по себе металл, который добывается из руды. Особенность в том, что его довольно много находится в недрах земли, по добываемости он на втором месте после алюминия. Он хорошо вступает в реакции, именно по этой причине его можно сплавлять различными образами. В процентном соотношении его может быть от 45 до 97-99 процентов. Точное количество частей мы называть не будем, поскольку существует очень много марок сталей, состав которых разнится.
  • Углерод. Это один из неотъемлемых компонентов. При совокупности данных веществ увеличиваются природные качества железа. В среднем его добавляют от 0,1% до 1,4% к общей массе. Чем больше его содержание, тем выше прочность. Все стальные изделия делят на углеродистые и низкоуглеродистые.
  • Марганец. Интересный ингредиент, который также является легирующим. Хотя если его меньше, чем 1%, то особенных свойств он не придает. Сам по себе это очень красивый серебристый металл, именно от него слитки приобретают свой характерный перелив. Но основная заслуга марганца в том, что он является раскислителем, то есть способствует удалению из сплава кислорода, который, в свою очередь, негативно влияет на особенности. Есть интересные соединения (имени Гадфильда – создателя), которые содержат около 11 – 14 процентов. В таком случае сталь теряет свои магнитные качества, а также становится очень ударопрочной и износостойкой, поскольку при ударах упрочняется.
  • Кремний – обязательный элемент, который при большом содержании (более 0,8%) имеет легирующие свойства. Он тоже является раскислителем, а также увеличивает стойкость, предел упругости, жаропрочность и некоторые другие особенности.

Кроме того, в составе обычно есть вредные и скрытые примеси. От них пытаются избавиться, но, к сожалению, полностью убрать не получается. Поэтому в крайне малых дозах в образцах есть:

  • Сера, из-за которой увеличивается красноломкость – появляются трещины на разогретой заготовке.
  • Фосфор, он приводит к увеличению хладноломкости, то есть хрупкости.
  • Кислород, азот и водород – «разрыхляют» структуру.
  • Окислы и нитриды – могут привести к надрывам.

Третья группа компонентов – это случайные. Они попадают в емкость вместе с шихтами, то есть со смесью исходных материалов, и не несут положительного влияния. Бывают безвредными или не очень полезными, но из-за малой доли содержания практически не важны. К ним относят:

  • медь;
  • цинк;
  • свинец;
  • хром;
  • никель и пр.

И, наконец, четвертая группа – это специальные легирующие добавки. Эти элементы вводятся дополнительно для повышения определенных характеристик. Именно они делают из классического сплава упрочненный. Более подробно мы перечислим компоненты в соответствующем разделе статьи.

Виды легированных сталей

Основная классификация разделяет все марки на три подвида по количеству полезных примесей. Представим процентное соотношение в таблице:

Название Процент добавок
Низколегированная Около 2,5%. Положительные качества прибавились, но при этом ковкость и прочие характеристики для металлообработки не сильно поменялись.
Среднелегированная От 2,5% до 10%. Используется такое соединение чаще всего.
Высоколегированная От 10% до 50%. Максимальная прочность и дороговизна – отличительные черты таких изделий.

Помимо этого, все распространенные легированные стали различаются по маркам. Об этом более подробно расскажем в разделе про маркировку.

Классификация

Вне зависимости от того, какое процентное содержание легирующих веществ в сплаве, он также может быть разделен на три подвида:

  • Конструкционный – применяется для изготовления разных деталей, механизмов и конструкций в машиностроении, станкостроении, прочих сферах промышленности и в строительстве. Это очень прочный материал, который может выдерживать большие статические и динамические нагрузки. Именно из таких марок изготавливаются двигатели и запчасти для автомобилей.
  • Инструментальный – очень жаропрочный, который предназначен для создания инструментов – как ручных, так и станочных. Большинство фрез, резцов, сверл изготовлены именно из такой стали.
  • С особыми свойствами. Если предыдущие два сорта скорее брали прочностью и надежностью, то данный подвид отличается химической или термической устойчивостью.

Последнюю категорию ряд исследователей даже классифицирует отдельно, утверждая, что ее можно поделить на:

  • Жаропрочные – они выдерживают температуры вплоть до 1000 градусов.
  • Устойчивые к коррозии металла, поэтому их можно применять в изделиях и конструкциях, которые предназначены для эксплуатации в условиях повышенной влажности.
  • Жароустойчивые и окалиностойкие – характеристики отмечают их невосприимчивость к распаду.

Что означают добавки легированной стали и их влияние на свойства

Мы уже упоминали, что некоторые компоненты могут быть как обязательными, так и специальными примесями – в зависимости от их количества. Различные марки могут содержать:

Элемент Влияние
Хром Значительно защищает от коррозии, способствует повышению твердости, а также ударопрочности. Показательно то, что много хрома добавляют в нержавейку.
Никель С добавлением данного вещества сплав становится более вязкий и пластичный, уменьшается его хрупкость, что очень важно, например, перед обработкой давлением – прессованием или штамповкой.
Титан Снижает зернистость, делает структуру более однородной, а значит, менее подверженной появлению трещин и расколов. Дополнительно улучшается восприимчивость к металлообработке и устойчивость к ржавлению.
Ванадий Как и после внедрения титана, можно заметить менее зернистую форму. Также характерно увеличение текучести и порога прочности на разрыв.
Молибден После него намного эффективнее процесс закалки, а также снижается хрупкость, появляется большая выносливость к ржавлению.
Вольфрам Кроме повышения твердости, он еще и помогает при термообработке – зернистость не увеличивается при нагреве, а при отпуске не сильно страдает ломкость.
Кремний Его задача – одновременное увеличение прочности и сохранение уровня вязкости. Но если его будет более 15%, то можно наблюдать за повышением магнитной проницаемости и сопротивляемости электричеству. однако нужно быть осторожным, поскольку сталь становится более хрупкой.
Кобальт Хорошо защищает от быстрого разрушения под воздействием высоких температур; делает выше ударопрочность
Алюминий Добавляет окалиностойкость, то есть при большом жаре не происходит быстрого окисления.

Мы перечислили основные добавки, которые применяются при легировании. Также сделаем отдельную таблицу для примесей, которые невозможно полностью убрать из состава.

Элемент Влияние
Углерод Очень сильно повышает прочность, твердость, ударостойкость, предел текучести. Но есть строгие ограничения по его добавлению. проще говоря, если его будет более 1,2 – 1,4 процента, то все перечисленные характеристики, напротив, пойдут на спад вместе с пластичностью.
Марганец Выше мы представили его значимость в качестве раскислителя. Но вещество защищает не только от кислорода, но и от серы, а зачем защищать, читаем ниже.
Сера Высоким называется уже ее содержание, превышающее 0,6%. Примесь в такой концентрации приводит к плохой свариваемости, сниженной прочности, пластичности и коррозионной устойчивости. в общем, этот ингредиент не приносит никакой пользы, только вред.
Фосфор Его наличие может привести к завышенному показателю хрупкости и текучести, а также к понижению вязкости и пластичности.
Азот, водород и кислород Газы способствуют разрыхлению структуры, из-за чего сплав становится хрупким, менее выносливым к нагрузкам и недостаточно вязким.

Маркировка: какие марки стали называются легированными

Нормативный документ, который регламентирует название каждого нового подвида, – это ГОСТ 4543-71. Потребность в наличии такой систематизации возникла из-за огромного количества разновидностей, которые только увеличиваются с каждым годом, потому что открываются новые соединения и пропорции. Каждый вид предназначен для отдельной сферы деятельности и уникален по-своему. Чтобы их отличать, используют специальные нанесения. Вот как она выглядит:

Или так, на английском языке:

В первом случае букв указано не было, значит это просто классический сплав с добавками. Но во втором мы видим спереди «Х» – ее наличие говорит, что перед нами хромистая сталь. Если в начале стояли другие, они бы свидетельствовали о следующем:

  • Ж – нержавеющая;
  • Е – магнитная;
  • Я – хромоникелевая нержавейка;
  • Ш – шарикоподшипниковая;
  • Р – быстрорежущая инструментальная.

Также аббревиатуры могут стоять справа. Например:

  • А – высококачественная;
  • Ш – особовысококачественная;
  • Н – полученная способом нагартованного проката;
  • ТО – использован термически обработанный прокат.

Теперь о цифрах и буквах внутри самой маркировки. Цифровое обозначение обычно показывает процентное соотношение вещества. Но так как нет возможности уточнять все до сотых частей, то принято округлять до целых. А если содержание не превышает 1%, то буквенный знак присутствует, а цифра не ставится. Сами элементы записываются либо по химическим формулам, либо по первым значениям. Посмотрим более полный перечень:

Если вы хотите исчерпывающие списки и перечни марок, следует заглянуть в вышеупомянутый ГОСТ.

Применение легированной стали

Сфер использования настолько много, что их сложно перечислить. Скажем только о некоторых производствах:

  • Инструменты для медицины, в том числе острые режущие предметы.
  • Лезвия.
  • Подшипники и прочие детали с высокой радиальной и опорной нагрузкой.
  • Резцы, фрезы, сверла и прочая оснастка для станков по металлообработке.
  • Корпуса для техники и приборов.
  • Нержавеющая посуда – ведра, тазы и пр.
  • Делали для автомобилестроения.

Это и многое другое можно изготавливать из данного вещества. Любые задачи, которые требуют превосходных прочностных качеств, могут рассчитывать на легированную сталь.

Свойства

В зависимости от легирующих компонентов они могут быть различными, но в целом улучшаются следующие характеристики:

  • Коррозийная устойчивость. Иногда достаточно только обработать верхний слой защитным составом, но как быть с деталями, которые постоянно соприкасаются с влагой и кислородом? Ответ простой – легировать.
  • Прочность.
  • Твердость.
  • Отсутствие хрупкости.
  • Стойкость к нагрузкам на растяжение и сжатие.
  • Нужный уровень вязкости и предела текучести.
  • Уменьшение намагниченности.

Производство

Основной способ – металлургический. В ходе него в расплавленный металл добавляют нужное количество примесей. Затем задаются дополнительные условия, в которых диффузия или иные реакции проходятся с более высокой скоростью.

Второй вариант легирования – нанесение поверхностного слоя таким образом, что вещества начинают взаимное проникновение друг в друга.

Сварка сплавов

Мы отмечали, что после добавления компонентов металлообработка, в том числе с помощью сварочного аппарата, затрудняется. Посмотрим, в чем особенности.

Низколегированных

  • Нельзя допускать быстрого остывания шва – тогда могут появиться микротрещины.
  • Аппарат должен быть с обратной полярностью и постоянным напряжением.
  • Нужно использовать электроды с фтористо-кальциевым покрытием.
  • Процесс – без перерыва, плавно со средней скоростью в 20 м/ч.
  • Напряжение – 40 В и сила тока – 80 А.

Среднелегированных

  • В электродах должно быть меньше легирующих веществ, чем в сплаве.
  • Если лист шире, чем 5 мм, применяйте аргоновую сварку.
  • При газовом аппарате используйте смесь из ацетилена и кислорода.

Высоколегированных

  • Тепловой захват материала – минимальный.
  • Электроды с фтористо-кальциевым покрытием.
  • Не стоит применять газовую сварку.

В статье мы рассказали все про легированную сталь: что это значит, особенности получения, свойства и состав. Надеемся, что информация была для вас познавательной.

После того, как ознакомитесь со статьей, можете прочитать про наши товары. Компания «Рокта» уже 15 лет на российском рынке. За это время мы охватили практически все города страны.

Применение легированных сталей. Классификация и маркировка сплавов

Уже более 3 000 лет человечество обрабатывает железо изготавливая различные орудия, машины, домашнюю утварь. Несмотря на относительно высокие механические свойства этого металла его разрушение в результате коррозии не способствует долговременному использованию железных изделий на открытом воздухе.

Ещё одним существенным ограничением в использовании данного металла является его невысокие эстетические качества. Чтобы существенно улучшить данные свойства при производстве стали используются добавки придающие устойчивость к окислению, появлению на её поверхности блеска и существенному увеличению прочности металла.

Что такое легированная сталь

Это углеродистая сталь для улучшения технологических свойств которой введены специальные легирующие элементы. Процент добавок в составе невелик, но даже при незначительной концентрации, физические свойства металла улучшаются в несколько раз.

В зависимости от вида используемых добавок при производстве стали металл приобретает следующие свойства:

  • неподверженность коррозии;
  • упругость;
  • тугоплавкость;
  • прочность.

Для придания перечисленных качеств в состав добавляют следующие металлы:

  • хром;
  • никель;
  • молибден;
  • вольфрам;
  • медь.

Зачастую в углеродистую сталь достаточно добавить 1 — 3% легирующих элементов для придания ей необходимых свойств и качеств.

Виды легированных сталей

От процентного содержания добавок стали разделяются на:

  1. Низколегированные — содержание добавок менее 2,5%
  2. Среднелегированные — 2,5 — 10%.
  3. Высоколегированные — более 10%.

Также легированные стали подразделяются на следующие виды:

  • конструкционные;
  • инструментальные;
  • с особыми физическими свойствами.

Конструкционные и инструментальные изделия используются в тех областях применения металлов, где необходима повышенная прочность. Легированные стали с особыми физическими свойствами могут быть устойчивыми к коррозии, высокой температуре и к химически агрессивным средам.

Маркировка легированных сталей

Из-за большого разнообразия сплавов с улучшающими добавками появилась необходимость в их маркировке. Легированные стали классификация и маркировка которых будет приведена ниже очень легко идентифицировать по буквенному обозначению, а также по указанию процентного состава тех или иных веществ в металле.

Маркировка включает в себя буквы, которые обозначают предназначение металла.

  1. Ж, Х, Е — обозначение нержавеющих, хромистых и магнитных сплавов.
  2. Я — хромоникелевая нержавеющая сталь.
  3. Ш — шарикоподшипниковая.
  4. Р — режущая.
  5. А, Ш — качественная и высококачественная легированная сталь.

Также в сплавах могут содержаться следующие элементы:

  • Азот — А
  • Алюминий — Ю
  • Бериллий — М
  • Бор — П
  • Вольфрам — В
  • Ванадий — Ф
  • Кобальт — К
  • Кремний — С
  • Марганец — Г
  • Медь — Д
  • Молибден — М
  • Магний — Ш
  • Ниобий — Б
  • Никель — Н
  • Селен — Е
  • Титан — Т
  • Фосфор — П
  • Хром — Х
  • Цирконий — Ц
  • Редкоземельные металлы — Ч

Если легированные стали маркировка которых после букв не имеет цифр не содержат ниобия, молибдена, ванадия, алюминия, азота, бора, титана, циркония и редкоземельных металлов, то это будет говорить о том, что в материале содержание легирующего элемента менее 1,5%. Для перечисленных выше металлов имеется исключение из данного правила, по причине влияния на механические свойства сплава даже десятых долей процента.

Если перед буквенным обозначением стоит цифра, то это показатель содержания кремния, а расположение цифр после буквы указывает процентное соотношение обозначенных химических элементов.

Применение легированных сплавов

Благодаря высоким эксплуатационным характеристикам легированная сталь применение находит в машиностроении, изготовлении инструментов, труб и строительных материалов.

Детали машин обычно изготавливают из перлитных металлов. К этой категории материалов относятся низколегированные и среднелегированные стали, которые после отжига имеют структуру позволяющую легко обрабатывать металл с помощью режущего инструмента.

Низколегированные стали благодаря повышенным прочностным характеристикам позволяют существенно экономить денежные средства при строительстве крупногабаритных сооружений и машин. Например, в судостроительстве благодаря использованию материала удаётся уменьшить толщину применяемого металла.

Легированные стали с добавками хрома широко используются для производства изделий, которые устойчивы к воздействия молочной и уксусной кислоты, а также следующих деталей работающих под значительным давлением:

  1. Поршневые пальцы, карданные крестовины и другие изделия предназначенные для эксплуатации в условиях повышенного износа.
  2. Кулачковые муфты, плунжеры и шлицевые валики.
  3. Шестерни коробок передач и червячные валы, а также другие изделия для работы на малых и средних скоростях.

Высоколегированная сталь широко используется для производства деталей устойчивых к коррозионному разрушению. Такие изделия также устойчивы к высоким температурам и способны работать в условиях до +1100 градусов.

Некоторые виды сплавов благодаря особым тепловым качествам имеют специальное применение, например:

  1. ЭН42 — материал обладает коэффициентом расширения таким же как и у стекла, поэтому применяется в качестве электродов в лампах накаливания.
  2. Х8Н36 — обладает постоянной упругостью, которая не изменяется в температурных пределах от минус 50 до +100 градусов. Благодаря неизменяемой упругости такой материал широко используется для
    производства пружин для часовых механизмов и стрелочных измерительных приборов.
  3. И36 — сплав обладает нулевым коэффициентом температурного расширения, поэтому идеально подходит для изготовления различных эталонов и калибровочных изделий.

Сварка легированных сталей: особенности

Легированные сплавы обладают хорошей пластичностью, поэтому из них можно изготовить сложные конструкции методом сварки. По причине различного содержания добавок каждый тип легированных изделий имеет свои особенности.

Сварка низколегированных сталей

Особенность сварных соединений низколегированных сталей заключается в высокой сопротивляемости холодным трещинам и хрупкому разрушению. Но, такие свойства соединительного шва можно достичь только при правильном сваривании.

Если процесс предварительного нагрева будет нарушен либо сварной шов подвергнется слишком быстрому остыванию металл может получить в местах соединения микроскопические повреждения, которые значительно уменьшат прочность всей конструкции.

Низколегированные стали марки 10Г2СД, а также 14ХГС и 15ХСНД свариваются с использованием аппарата постоянного тока с обратной полярностью. Электроды для сваривания должны иметь фтористо-кальциевое покрытие. Величина сварочного тока должна точно соответствовать типу электрода, толщине металла и типу сплава. Несоблюдение этого требования также отразится на качестве сварного шва и, как следствие, на прочности изготавливаемой конструкции.

Сварка низколегированной стали должна осуществляться без перерыва, чтобы весь шов был выполнен без при температуре металла не менее 200 градусов. Средняя скорость сварки составляет 20 м/ч, при напряжении 40 В и силе тока 80 А.

Сварка среднелегированных сталей

При изготовлении конструкций из среднелегированных сталей необходимо использовать сварочные материалы, в которых содержание легирующих элементов должно быть меньше, чем в свариваемом материале.

Только при использовании таких материалов можно добиться получения шва с высокой устойчивостью к деформации. Если при изготовлении изделий из среднелегированных сталей толщина листа не превышает 5 мм, то высокого качества соединения можно достичь при использовании аргонодуговой сварки.

Если для соединения деталей используется газовая сварка, то в качестве источника горения следует применять ацетилен в смеси с кислородом.

Сварка высоколегированных сталей

Если для производства металлических деталей применяется высоколегированная сталь, то в этом случае следует применять сварочное оборудование с минимальным тепловым захватом материала. Это необходимо для снижения вероятности коробления металла во время сварки, по причине большого содержания в составе металла различных примесей.

Электрическая сварка высоколегированных сплавов осуществляется с использованием электродов с фтористокальциевым покрытием. В этом случае удаётся добиться высоких показателей механической и химической прочности сварного шва.

Применение газовой сварки при изготовлении конструкций из высоколегированных сталей нежелательно. В исключительных случаях возможно использование газовой сварки для соединения жаропрочного высоколегированного стального листа толщиной не более 2 мм.

Заключение

Применение легированных сплавов при изготовлении металлических деталей и конструкций позволяет придать ним необходимые физические качества. При работе с такими металлами обозначение легирующих элементов в стали помогает подобрать заготовку с нужными параметрами, из которой затем будет изготовлена конструкция.

При использовании таких сплавов необходимо не только знать их состав, но и способы соединения при помощи сварки. Поэтому если следовать рекомендациям изложенным в данной статье, то можно получить высококачественное изделия с заданными параметрами.

Легированные стали

Легированные стали – сплавы, свойства которых улучшены путем добавления дополнительных компонентов, называемых легирующими. Их применение обусловлено стремлением добиться от получаемого сырья различных свойств, которые необходимы в разных ситуациях.

Этот сплав обладает повышенной прочностью, дольше не поддается коррозии. Области его применения достаточно разнообразны. В основном, это трубы, детали и другие изделия, которые в процессе эксплуатации будут подвержены повышенным температурным перепадам.

В состав обычного металла входит железо, углерод и различные примеси. При легировании, как уже указывалось ранее, в него добавляют еще другие компоненты, носящие название легирующих. Среди них: ниобий, хром, никель, кремний, ванадий и др. Еще нередко встречаются алюминий и молибден. Чтобы увеличить прочность полученного сырья зачастую добавляют титан.

Свойства легированной стали

Чаще всего, ее свойства определяют по примесям, добавленным при производстве.

Качества стали зависят от легирующих элементов, которые добавлены в ее состав:

  • стойкость к ржавлению возникает благодаря молибдену и хрому;
  • твердость возникает благодаря марганцу, хрому и другим компонентам;
  • прочность приобретается благодаря добавлению титана, марганца, хрома и вольфрама.

Легированная сталь становится прочнее и устойчивее к воздействию окружающей среды, когда хрома в ней не менее 12%.

Сталь, легированная при соблюдении необходимого процентного содержания всех своих элементов, не будет изменять своих качеств до температуры нагрева 600 градусов Цельсия.

Химический состав

Качество такого материала целиком зависит от количества углерода в ней, так как это один из главных компонентов ее состава. Также обязательно включение в его состав железа. Никель, хром, медь, ванадий и прочие компоненты добавляют с целью улучшить другие свойства сырья.

Теперь рассмотрим, как влияют легирующие элементы на свойства получаемой сырья:

  • Хром, как и никель, несет ответственность за придание стойкости к ржавлению. С его помощью получают всем известную нержавейку, металл делается тверже и прочнее.
  • Никель добавляет не только прочности, но и пластичности.
  • Медь, помимо устойчивости к коррозии, способствует сопротивлению различным кислотам.
  • Ванадий уплотняет структуру, делает мелкозернистой.
  • Марганец несет ответственность за износостойкость.
  • Вольфрам сохраняет твердость материала при воздействии высоких температур.
  • Кремний придает металлу упругость, а также делает его магнитным.
  • Присутствие алюминия добавляет полученному материалу жаростойкости.

Как изменяется структура при добавлении различных примесей? В результате их введения кристаллическая решетка разрушается по причине отличий в форме электронов и атомных величин. Поэтому характеристики легированной стали могут колебаться из-за изменения процентного соотношения элементов в ее составе. Твердость, прочность и пластичность сплав получает после термообработки.

Внешний вид легированной стали

По химическому составу такой металл обычно отличается. Поэтому классификация будет следующей:

  1. Низколегированный – процент легированных добавок не более 2,5.
  2. Среднелегированный – примеси составляют не более 2,5-10 %.
  3. Высоколегированный – примесей может быть больше 10% и расти до 50.

По классификации деление идет на: коррозионно-устойчивую сталь и жаростойкую (выдерживает выше 1000 градусов).

Согласно химическому распаду выделяются:

  • окалиноустойчивая (при 550 градусах);
  • жароустойчивая.

Известны два основных типа: легированные и углеродистые. Посмотрим, какие у них отличия.

Углеродистая сталь – сплав, содержащий совместно с железом и углеродом еще кремний и марганец. Сера и фосфор, тоже имеющиеся в ее составе, относятся к негативно влияющим добавкам, ведь из-за них ухудшаются ее механические свойства.

Сталь бывает низко-, средне- и высокоуглеродистой. Чем большая часть углерода в таких сплавах, тем меньше их пластичность, но зато и тверже получается итоговый материал.

Углеродистая сталь – сплав железа с углеродом до 2%. В него также добавляют кремний, серу и фосфор. Однако, главным компонентом все же является углерод. Количество в процентах этих элементов приблизительно такое: железа до 99,0%, марганца – 03-0,8, серы до 0,06 и кремния до 0,15-0,35.

Главные минусы углеродистой стали:

  • если у нее хорошая прочность и твердость, то недостает пластичности;
  • утрачивается твердость и режущая способность при нагреве до 200 градусов, а при более высоких температурах теряется и прочность;
  • невысокая устойчивость от ржавления при погружении в электролит, в агрессивных средах и т. д.;
  • повышенный коэффициент теплового расширения;
  • утяжеление готовой продукции;
  • возрастание стоимости конечного продукта;
  • трудности при проектировании из-за низкой прочности такой стали.

Легированная – сталь, которая наряду с обычными добавками содержит легированные элементы, значительно повышающие ее качества. Это вольфрам, молибден, никель и др. И еще марганец и кремний в значительных количествах. Примеси добавляются во время плавления. Такой металл отличается своими ценными качествами, которые отсутствуют у углеродистой стали, и лишен ее недостатков.

Использование легированной стали

Сегодня практически невозможно назвать хоть одну из сфер деятельности человека, где не нашлось бы места сплаву с такими характеристиками. Из конструкционной и инструментальной сталей выпускаются почти все инструменты, например, фрезы, резцы, штампы и т. д. Нержавеющие легированные стали также применяются для выпуска бытовых изделий, например, при производстве посуды, корпусов бытовой техники.

Также легированная сталь отличается множеством других качеств, которые гарантируют ей широчайшее применение. Она повышает срок службы самых разных изделий, обеспечивает их надежность и даже позволяет экономить. Ведь чем дольше эксплуатируется та или иная вещь, тем реже приходится приобретать новую.

Кстати, изделия или их компоненты из легированного материала можно встретить не только в строительстве или машиностроении, но и у хирургов в руках, например, скальпель, на производстве трубопроводов. Если изготовить из него нож, то часто точить его не придется.

Изделия из легированной стали

Сфера использования легированных сталей находится в прямой зависимости от способа термообработки, которому она подверглась. Прежде была изучена классификация этого материала по назначению согласно ГОСТ: инструментальные, конструкционные и стали с особыми качествами.

Низколегированные стали хорошо поддаются свариванию, поэтому из них чаще всего делают трубы и другие конструкции. Легированная инструментальная сталь отлично подходит как сырье для изделий, которые будут работать под давлением.

Согласно ГОСТ 5950-2000, легированная сталь — материал для производства медицинских инструментов, ножей, ленточных пил и др. В этот ГОСТ внесены все виды ее обозначений и области использования.

Нержавейка, содержащая много хрома, применяется для выпуска трубных изделий. Трубы, изготовленные из такого материала, отличаются повышенной стойкостью к ржавлению, и еще, они прекрасно противостоят скачкам температур, в особенности, высоких.

Маркировка легированных сталей

Как расшифровывается маркировка легированных сталей? О чем она говорит? Согласно ГОСТ в ней есть такая информация: буква расшифровывает химический элемент, а цифра за ней — сколько его в процентах. Если цифра не внесена, то процент конкретного компонента невелик (не выше 1%).

К легированным относят разные стали. В итоге возникла потребность систематизации их обозначений. Это отражено в ГОСТ 4543-71, в котором обозначено, что в марках сталей, обладающих особыми качествами, буква должна стоять первой. Она и указывает на принадлежность металла, в зависимости от его качеств, к конкретной группе.

Если первые буквы «Ж», «Х» либо «Е», то металл относится к нержавеющим с магнитными свойствами, либо хромистым. Сталь хромоникелевой нержавеющей группы обозначает буква «Я». Буквами «Р» и «Ш» обозначены сплавы, которые принадлежат к шарикоподшипниковым инструментальным и быстрорежущим.

Если сталь легированная, то она может быть либо высокого качества, либо особо высококачественная. Тогда марка у них будет завершаться буквами «А» или «Ш». Обычные стали так не обозначаются.

Сплавы, получаемые методом проката, тоже получают специальное обозначение. Тогда в маркировке будет стоять буква «Н» (нагартованный) либо «ТО» (термически обработанный).

Умение понимать маркировку всегда позволит с легкостью и достаточно четко выяснить химический состав представленного металла, несмотря на то, что он есть в соответствующей литературе. Первая цифра — процент углерода в сотых долях. Далее за цифрой проставляются буквы, расшифровывающие легирующие элементы, использованные в качестве примеси. За каждой из букв указывается количество названного компонента, выражаемое уже в целых частях. Бывает, что есть только буква, что говорит о содержании элемента в количестве, не превышающем 1,5%.

Стоит обратить внимание на то, что обозначение и классификация химических элементов с помощью букв не обязательно может совпадать с начальной буквой в их наименовании: алюминий (ю), хром (х), марганец (г), вольфрам (в), никель (н), азот (а), медь (д), ванадий (ф) и т. д.

Если в посередине маркировки есть буква «А» (азот), то это свидетельствует о том, сколько азота в составе стали. Если же буква «А» будет в конце, то фосфора и серы в этой марке стали менее 0,03%, поэтому она принадлежит к чистым.

Сдвоенная буква «А», стоящая в обозначении первой справа, свидетельствует об особой чистоте материала от присутствия вышеназванных компонентов. Сколько в нем серы тоже определяется согласно ГОСТ. Еще маркировка может начинаться с таких букв: «Ш» — шарикоподшипниковая, «Р» — быстрорежущая, «Э» — электротехническая, «А» — автоматная, буква «Л» свидетельствует, что сталь получена литьем.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: