АссистентНовый вопросИсторияОбласти знаний
Партнёрские проектыСпецпроектыСтать автором
Сменить язык
О РУВИКИ

Автоматная сталь

Автома́тная ста́ль — разновидность конструкционной стали, разработанная для наиболее эффективного массового производства деталей на станках-автоматах[1][2]. Как правило, это низкоуглеродистые стали, содержащие повышенное количество серы и фосфора[3].

Требования к свойствам

Для массового производства метизов (болтов, гаек, шпилек и пр.), а также деталей сложной формы были разработаны автоматные стали, допускающие производство с наименьшей себестоимостью и соответственного качества при производстве станками-автоматами. Для этого такие стали должны обладать наилучшей обрабатываемостью резанием, с легко отделяющейся стружкой (поскольку большинство операций производится именно таким образом), а значит обладать следующими свойствами[4]:

  • хорошим свойством надлома стружки для быстрого её удаления;
  • малой шероховатостью получаемой поверхности;
  • наименьшим износом режущего инструмента;
  • допустимостью резания деталей на повышенных скоростях для увеличения производительности.

Свойства автоматных сталей обусловливается легирующими примесями и их количеством, а также последующей обработкой[5].

Легирование

Для получения необходимых свойств вводят следующие легирующие добавки (ГОСТ 1414-75 регламентирует химический состав автоматных сталей):

  • Сера (0,08—0,2 %) — введение серы приводит к созданию в сплаве сульфидов марганца, способствующих улучшению надлома стружки (сульфидные дисперсные включения нарушают сплошность сплава, в результате стружка ломается, а не навивается на деталь и инструмент), получению низкой шероховатости обработанной поверхности, а также оказывает смазывающее действие (эффект «сухой смазки»), уменьшая трение между обрабатываемой поверхностью, стружкой и инструментом, что повышает стойкость режущего инструмента.
  • Фосфор (0,06—0,15 %) — наряду с серой улучшает обрабатывание резанием;
  • Свинец (0,15—0,30 %) — повышает стойкость инструмента в 3 раза и допустимую скорость резания на 25—50 %;
  • Селен (0,04—0,10 %);
  • Кальций — образует в зоне резания кальцийсодержащий слой толщиной несколько микрометров, играющий роль внутренней смазки и препятствующий адгезии; кроме того, наличие кальция в стали приводит при определённых скоростях резания к возникновению на поверхности обрабатывающего инструмента отложений, предотвращающих и компенсирующих износ;
  • Теллур;
  • Висмут — обладает способностью смазки в зоне резки;
  • Никель;
  • Хром;
  • Марганец (0,7—1,7 %).

Содержание фосфора и серы в автоматных сталях должно быть строго ограничено из-за отрицательных свойств, которые они придают сплаву.

Обработка

Для улучшения свойств автоматная сталь дополнительно подвергается:

Автоматную сталь выплавляют как в электродуговых печах, так и конвертерным способом.

Для повышения механических свойств и улучшения обрабатываемости резанием прокат автоматической стали поставляют в нагартованном виде.

Недостатки

Наличие серы и фосфора в повышенных количествах снижает вязкость и пластичность автоматных сталей, поэтому они имеют пониженную прочность и склонны к разрушению. Кроме того фосфор и сера придают такой стали красноломкость и хладноломкость, отрицательно влияющие на её свойство. Для преодоления этих недостатков применяют кальцийсодержащие автоматные стали, лишённые вышеуказанных недостатков.

Для повышения эффективности усвоения технически чистой серы, вводимой в металл внутри порошковой проволоки диаметром 14—16 мм при ковшевой обработке автоматной стали марки А12 не агрегате «ковш-печь», рекомендуется иметь основность шлака не более 1,5, содержание оксида марганца в шлаке выше 2,5 %, а сумму оксидов железа и марганца более 4,5 %; содержание кремния в металле 0,20—0,35 %; отношение [Mn]/[Si] не более 4,0; отношение [Ca]/[Al] 0,2—0,3 (при разливке открытой струёй) и 0,4—0,5 (при разливке закрытой струёй)[6].

Автоматная сталь обладает плохой свариваемостью.

Применение

Из автоматных сталей изготовляют как различные метизы с невысокими требованиями к механическим свойствам (с повышенным содержанием серы и фосфора), так и более ответственные детали — валы, шестерни и др. (кальцийсодержащие стали), а легированные хромистые и хромоникелевые стали с присадкой свинца и кальция используются для изготовления нагруженных деталей в автомобильной и тракторной промышленности. Показатели прочности автоматных сталей соответствуют аналогичным конструкционным, но пластичность их из-за повышенного содержания серы и фосфора в 1,5—2 раза ниже. Ковка автоматных сталей производится в интервале температур 950—1200 °C.

Маркировка

Автоматные стали обозначают литерой А, последующая цифра в маркировке обозначает содержание углерода в сотых долях процента, далее идёт буквенно-цифровое обозначение легирующих добавок (согласно общему обозначению марок конструкционных сталях).

Автоматные стали А12, А20 с повышенным содержанием серы и фосфора используются для изготовления малонагруженных деталей на станках-автоматах (болты, винты, гайки, мелкие детали швейных, текстильных и других машин). Эти стали обладают улучшенной обрабатываемостью резанием, поверхность деталей получается чистой и ровной. Износостойкость может быть повышена цементацией и закалкой.

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

Легированные хромистые и хромоникелевые стали с присадкой свинца и кальция АЦ45Г2, АСЦ30ХМ, АС20ХГНМ используются для изготовления нагруженных деталей (закалка от 830—900 °С в масле и отпуск на требуемую твёрдость).

Примечания

  1. ↑ Никитин Михаил Сергеевич, Рябов Андрей Валерьевич. Анализ эффективности присадки олова для улучшения условий стружкообразования при обработке конструкционных сталей // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Металлургия. — 2013. — № 1.
  2. ↑ Никитин Михаил Сергеевич, Рябов Андрей Валерьевич. Анализ влияния добавок олова на состав неметаллических включений в конструкционных сталях // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Металлургия. — 2012. — № 39 (298).
  3. ↑ Конструкционные материалы. Часть 1. Стали и сплавы, Березков Б. Н., Архипов А. В, 2001, 9.
  4. ↑ ГОСТ 1414-75. Прокат из конструкционной стали высокой обрабатываемости резанием, 1975 (переиздание 2002), 19.
  5. ↑ Блантер М.С., Кершенбаум В.Я.и др., Металлы. Строение. Свойства. Обработка (Многоязычный толковый словарь), 1999, стр. 13.
  6. ↑ Кунакбаева А. Т. и др., Усвоение серы при ковшевой обработке автоматной стали, 2021, Теория и технология металлургического производства, №1, 11—14.

Литература

Ссылки

Дополнительно по теме

Автоматная сталь
Фазы железоуглеродистых сплавов
  1. Феррит (твёрдый раствор внедрения C в α-железе с объёмно-центрированной кубической решёткой)
  2. Аустенит (твёрдый раствор внедрения C в γ-железе с гранецентрированной кубической решёткой)
  3. Цементит (карбид железа; Fe3C метастабильная высокоуглеродистая фаза)
  4. Графит стабильная высокоуглеродистая фаза
Структуры железоуглеродистых сплавов
  1. Ледебурит (эвтектическая смесь кристаллов цементита и аустенита, превращающегося при охлаждении в перлит)
  2. Мартенсит (сильно пересыщенный твёрдый раствор углерода в α-железе с объёмно-центрированной тетрагональной решёткой)
  3. Перлит (эвтектоидная смесь, состоящая из тонких чередующихся пластинок феррита и цементита)
  4. Сорбит (дисперсный перлит)
  5. Троостит (высокодисперсный перлит)
  6. Бейнит (устар.: игольчатый троостит) — ультрадисперсная смесь кристаллов низкоуглеродистого мартенсита и карбидов железа
Стали
  1. Конструкционная сталь (до 0,8 % C)
  2. Высокоуглеродистая сталь (до ~2 % C): инструментальная, штамповая, пружинная, быстрорежущая
  3. Нержавеющая сталь (легированная хромом)
  4. Жаростойкая сталь
  5. Жаропрочная сталь
  6. Высокопрочная сталь
Чугуны
  1. Белый чугун (хрупкий, содержит ледебурит и не содержит графит)
  2. Серый чугун (графит в форме пластин)
  3. Ковкий чугун (графит в хлопьях)
  4. Высокопрочный чугун (графит в форме сфероидов)
  5. Половинчатый чугун (содержит и графит, и ледебурит)

Категории