Автоматная сталь

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

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[править | править код]

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[править | править код]

Для улучшения свойств автоматная сталь дополнительно подвергается:

диффузионному отжигу при температуре 1100—1150 °С, для устранения ликвации (неоднородности содержания по объёму) серы;
цементации;
цианированию;
закалке с высоким отпуском.

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

↑ 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.
↑ 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).
↑ Конструкционные материалы. Часть 1. Стали и сплавы, Березков Б. Н., Архипов А. В, 2001, 9.
↑ ГОСТ 1414-75. Прокат из конструкционной стали высокой обрабатываемости резанием, 1975 (переиздание 2002), 19.
↑ Блантер М.С., Кершенбаум В.Я.и др., Металлы. Строение. Свойства. Обработка (Многоязычный толковый словарь), 1999, стр. 13.
↑ Кунакбаева А. Т. и др., Усвоение серы при ковшевой обработке автоматной стали, 2021, Теория и технология металлургического производства, №1, 11—14.

Литература

Березков Б. Н., Архипов А. В. Конструкционные материалы. Часть 1. Стали и сплавы (рус.). — Самара: СГАУ, 2001. — С. 9. — 16 с.
Кунакбаева А. Т., Столяров А. М., Потапова М. В. Усвоение серы при ковшевой обработке автоматной стали // Теория и технология металлургического производства : Журнал. — 2021. — № 1. — С. 11—14. — ISSN 2311-5378.
Блантер М.С., Кершенбаум В.Я., Мухин Г.Г., Новиков В.Ю., Прусаков Б.А., Пучков Ю.А. Металлы. Строение. Свойства. Обработка (Многоязычный толковый словарь). — М.: Издательский центр "Наука и техника", 1999. — С. 13. — 712 с. — ISBN 5-900359-31-X.
ГОСТ 1414-75. Прокат из конструкционной стали высокой обрабатываемости резанием. — М.: ИПК Издательство стандартов, 1975 (переиздание 2002). — 19 с.
Ривлин Ю. И., Коротков М. А., Чернобыльский В. Н. Металлы и их заменители. — М.: Металлургия, 1973. — 440 с.
Лахтин Ю. М. Основы металловедения. — М.: Металлургия, 1988. — 320 с.
Анурьев В. И. Справочник конструктора-машиностроителя: в 3 т. Т. 1. — 9-е изд., перераб. и доп./ под ред. И. Н. Жестковой. — М.: Машиностроение, 2006. — 928 с. — ISBN 5-217-03343-6 (Т. 1)
Афонин В. К., Ермаков Б. С., Лебедев Е. Л., Пряхин Е. И., Самойлов Н. С., Солнцев Ю. П., Шипша В. Г. Металлы и сплавы. Справочник. — СПб.: НПО «Профессионал», НПО «Мир и семья», 2006. — 1084 с.
Солнцев Ю. П., Пряхин Е. И. Материаловедение. — СПб.: Химиздат, 2020. — 784 с.
Degarmo, E. Paul; Black, J T.; Kohser, Ronald A. (2003), Materials and Processes in Manufacturing (9th ed.), Wiley, ISBN 0-471-65653-4.

Ссылки

Автоматная сталь. Марки автоматных сталей. Термообработка автоматной стали.
Конструкционные стали и инструментальные материалы
Сталь автоматная

[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).

[_1aaebdbb5d9bdd78-3] Конструкционные материалы. Часть 1. Стали и сплавы, Березков Б. Н., Архипов А. В, 2001, 9.

[_be9e4743c4c4f961-4] ГОСТ 1414-75. Прокат из конструкционной стали высокой обрабатываемости резанием, 1975 (переиздание 2002), 19.

[_6094f8e559607da9-5] Блантер М.С., Кершенбаум В.Я.и др., Металлы. Строение. Свойства. Обработка (Многоязычный толковый словарь), 1999, стр. 13.

[_b79a0fe7fc53a14f-6] Кунакбаева А. Т. и др., Усвоение серы при ковшевой обработке автоматной стали, 2021, Теория и технология металлургического производства, №1, 11—14.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]