Автоматная сталь

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].

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.

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.

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.

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.

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).