Первый тип сплавов характеризуется увеличенной прочностью и стойкостью к коррозийным воздействиям. Эти свойства могут быть значительно улучшены при использовании алюминиевого сплава, в котором содержится 5–6% магния. Также следует отметить, что прочность дюралюминиевых сплавов можно повысить путем закалки, что делает их более эффективными в различных приложениях.
Сварка различных металлов: типы и особенности
Сварка представляет собой сложный процесс соединения металлических изделий с использованием высокотемпературного нагрева. В этом процессе на практике пересекаются принципы электричества, теплопроводности, металлургии и химического состояния материалов. Без четкого понимания этих принципов возможно возникновение неисправностей, что может вызвать разрушение или ослабление сварного шва.
Чтобы минимизировать риски и повысить эффективность процесса сварки, важно учитывать особенности каждого из типов металлов, которые подлежат свариванию. Это знание поможет значительно сэкономить время, которое будет затрачено на сварку и последующую обработку, такую как полировка и шлифовка изделий.
Особенности сваривания углеродистых сталей
Углеродистая сталь состоит из нескольких компонентов, которые сильно отличаются по своему химическому составу. Ключевым элементом здесь является углерод, на который накладываются небольшие добавки, такие как кремний, фосфор и сера. Влияние на свариваемость изделий имеет именно содержание углерода.
В зависимости от количества углерода, который может варьироваться от 0,1 до 2,1%, углеродистые стали делятся на три основные категории:
- Низкоуглеродистые – содержание углерода менее 0,30%;
- Среднеуглеродистые – содержание углерода в пределах 0,30%–0,60%;
- Высокоуглеродистые – содержание углерода составляет 0,61%–2,1%.
Низкоуглеродистая сталь, обладающая высокой пластичностью, является наиболее удобной для сварки при стандартных условиях. Среднеуглеродистая сталь требует предварительного прогрева и последующей термической обработки, чтобы избежать появления трещин в сварном шве. В свою очередь, сварка высокоуглеродистой стали потребует тщательного предварительного нагрева, а также обязательной термической обработки после сварки.
Кроме этого, немаловажно учитывать скорость охлаждения сварного шва. Углеродистые стали с повышенным содержанием углерода и другими примесями охлаждаются медленнее, чем их низкоуглеродистые аналоги.
Во избежание попадания водорода, который может привести к образованию пор на сварном шве, область соединения должна быть тщательно очищена от масел, красок, ржавчины или окалины.
Сварка низкоуглеродистых сталей
При проведении газовой сварки низкоуглеродистых сталей в среде аргона рекомендуется использовать присадочную проволоку из низкого углерода, что помогает предотвратить образование пор в сварном шве.
Стали с низким содержанием углерода характеризуются высокой свариваемостью и могут быть соединены без использования флюса. В процессе соединения деталей чаще всего применяется ручная дуговая сварка с использованием различных типов покрытых электродов или газовая сварка. Первый метод больше подходит для деталей толщиной более 5 мм, тогда как второй применяется для тонких элементов, толщина которых не превышает 5 мм.
Как правило, для дуговой сварки низкоуглеродистых сталей используются электроды с рутиловым или кальциево-фтористорутиловым покрытием, в состав которого входит небольшое количество железного порошка.
В таблице приведены марки электродов, подходящие для сваривания как рядовых, так и ответственных конструкций:
Рядовые конструкции
АНО-6, АНО-3, АНО-4, АНО-5, АНО-6, ОЗС-3, ОММ-5, ЦМ-7
Ответственные конструкции
АН-7, АНО-1, ВСП-1, ВСЦ-2, ДСК-50, К-5А, КПЗ-32Р, МР-1, МР-3, ОЗС-2, ОЗС-4, ОЗС-6, ОМА-2, РБУ-5, СМ-5, СМ-11, УОНИ-13/45, УОНИ-13/55, УП-1/45, УП-2/45, УП-1/55, УП-2/55, Э-138/45Н, Э-138/50Н, ЭРС-1, ЭРС-2
Сварка низкоуглеродистых сталей может производиться также и другими способами:
- электрошлаковая сварка с применением флюсов;
- автоматическая и полуавтоматическая сварка;
- сваривание с использованием порошковой проволоки.
Чтобы структура соединяемого изделия осталась равномерной, рекомендуется нагреть его до 400 °C с последующим охлаждением на воздухе.
Сварка среднеуглеродистых сталей
Среднеуглеродистые стали широко применяются в машиностроении для производства рельсов, осей и колес для вагонов, а также несущих конструкций. Эти сплавы отлично поддаются ковке и имеют хорошую переносимость при сварке.
Процесс сварки среднеуглеродистых сталей может быть более сложным, так как наблюдается различие в прочности между сварными швами и основными соединяемыми частями. При этом вдоль сварного шва могут образовываться трещины и поры. Для уравновешивания прочности во время сварки часто применяются электроды с низким содержанием углерода.
Качество и назначение
Качество расплава углеродистої стали зависит от содержания углерода и наличия технологических примесей. Увеличение содержания таких элементов, как сера и фосфор, ведет к образованию трещин и снижению ударной вязкости. Углеродистые стали делятся на следующие категории:
- Марки обычного качества – содержание углерода не превышает 0.49%, серы и фосфора – 0.05% и 0.04% соответственно. Эти стали можно производить в печах любого типа и поставлять на предприятия в виде профилей и проката;
- Качественные стали – содержат в своем составе не более 0.04% и 0.035% серы и фосфора, что делает их более пластичными и ударопрочными. Эти марки стали также отличаются повышенной износостойкостью и высокими прочностными характеристиками после термообработки;
Качество сталей определяет их назначение и область применения. Поэтому углеродистые стали подразделяются на две основные группы.
Маркировка
В России и странах СНГ маркировка углеродистых сталей осуществляется с использованием буквенно-цифровой системы. Для стали обычного качества используется обозначение «Ст», к которому добавляются цифры от 0 до 6, указывающие на химический состав. Качественные стали маркируются двухзначными номерами, где каждый номер обозначает содержание углерода в сотых долях процента.
Степень раскисления обозначается следующими индексами:
- кп – кипящая;
- пс – полуспокойная;
- сп – спокойная.
Инструментальные стали начинаются с буквы «У» в маркировке. Иногда маркировка может содержать дополнительные буквы, указывающие на назначение стали, такие как «к» для котельной или «л» для литейной.
Для примера можно рассмотреть следующие марки углеродистых сталей:
Ст5Гпс – это конструкционная углеродистая сталь обычного качества, полуспокойная, с содержанием углерода 0.22-0.3% и марганца до 1.2%.
20кп – это качественная конструкционная углеродистая сталь, кипящая, с содержанием углерода в пределах 0.17-0.24%.
Группы сталей по свариваемости
Оценка свариваемости углеродистых сталей регламентируется стандартами ГОСТ 2601. Каждый вид стали или его марки имеют свои уникальные особенности. Одни из них обладают высокой свариваемостью, тогда как у других она гораздо хуже. Чтобы разобраться в принадлежности сталей к определенным группам, полезно ознакомиться с классификацией.
Хорошая
К этой категории относятся стали с содержанием углерода в пределах до 0,25%. Для этих сплавов допустимы все режимы сварки, отсутствуют ограничения по размерам деталей и температурному режиму. Сплавы могут быть как углеродистыми, так и легированными. Некоторые марки стали с хорошей свариваемостью:
К этой группе также относятся легированные сплавы, такие как 10ХСНД, 15ХСНД, 10ГСНД и другие.
Удовлетворительная
Эта категория включает углеродистые стали, такие как марки 30 и 35, а также ВСт5. Легированные разновидности:
Ограниченно свариваемые
К этой группе относятся стали с увеличенным содержанием углерода, колеблющимся от 0,35% до 0,45%. Для их соединения подходят не все режимы, а их перечень строго регламентируется. Обязательно требуется предварительный или поддерживающий прогрев детали до температуры не менее +250 градусов Цельсия.
К данной группе с ограниченной свариваемостью относятся углеродистые марки 40 и 45, а также ВСт6. Также сюда входят многие легированные стали, такие как:
- 35Г, 40Г, 45Г;
- 35Х, 40Х, 45Х;
- 40Г2;
- 20Х2Н4МА;
- 40ХМФА;
- 35ХМ;
- 30ХГСА.
Плохо свариваемые
К этой группе относятся сплавы с углеродом выше 0,45%. Они требуют строго определенных условий сварки, при этом обязательным является предварительный нагрев. Также требуется постобработка изделий, так как такие сплавы плохо поддаются соединению. К углеродистым сталям с плохой свариваемостью относятся марки:
Что касается легированных сплавов, то с плохой свариваемостью выделяются 50Г, 50Ч, 6ХС, 45ХН3МФА.
От чего зависит свариваемость?
Свариваемость как углеродистых, так и легированных сталей определяется на основе точного вычисления различных параметров сплава. При этом изучается не только химический состав, но и ряд других факторов. Для расчета и определения свариваемости часто используется специальная формула.
Легирующие примеси
Если в сталях минимально количество примесей, влияние легирующих элементов зачастую оказывается более значительным. Большинство сталей содержат загрязняющие компоненты, такие как сера. При концентрации серы до 0,06% на свариваемость она не влияет, но при превышении данного уровня может привести к горячему растрескиванию. Фосфор, превышающий 0,08%, также способствует образованию подобных дефектов, но уже в холодном состоянии.
К легирующим примесям, оказывающим влияние на свариваемость, относят:
Когда количество легирующих компонентов минимально, предсказать способности сплава к соединению по сварному шву становится проще.
При снижении концентрации углерода свариваемость сталей улучшается, тогда как увеличение его содержания приводит к затруднениям в формировании сварного шва. Также количество углерода влияет на другие свойства сплава. Есть формула, позволяющая рассчитывать эквивалент содержания углерода, включая все легирующие компоненты. Она дает возможность предварительно оценить свариваемость сплава. Пример такой формулы выглядит следующим образом: эквивалентное содержание (Сэкв) = C (углерода) + (Mn/6) + ((Cr+Mo+V)/5 + (Ni+Cu)/15).
Что такое углеродистая сталь?
Углеродистая сталь – это специфический сплав, на основе железа, в который входит до 2.14% углерода (С). Состав сплава также включает в себя множество примесей, таких как кремний, марганец, сера и другие. В некоторых случаях могут содержаться небольшие объемы азота, кислорода и водорода. Тем не менее, именно углерод является определяющим фактором, влияющим на химические и физические свойства материала. Для улучшения определенных характеристик в сплавы иногда добавляются хром, никель, алюминий или другие элементы с высокими эксплуатационными качествами.
Увеличение концентрации углерода в сталях позволяет регулировать состав таким образом, что проявляются уникальные свойства. Среди наиболее важных изменений, происходящих при повышении углерода, выделяются:
- Увеличение сопротивления электрическому току.
- Снижение магнитной проницаемости – этот параметр может изменяться даже от незначительного увеличения углерода на сотые доли процента.
Важно отметить, что если содержание углерода в сплаве ниже 0,2%, то формируются феррит и третичный цементит, которые имеют значительное влияние на свойства материала. Чем больше цементита в составе, тем ниже прочность стали.
Таким образом, строгий контроль за концентрацией углерода в стальном сплаве позволяет самым точным образом управлять его рабочими характеристиками и устойчивостью к ударным и вибрационным нагрузкам.
Влияние содержания углерода на свариваемость стали
Углеродистые стали лучше всего свариваются, если содержание углерода не превышает 0,25%. В таком случае швы получаются очень ровными и лишены дефектов и трещин.
Когда же содержание углерода начинает увеличиваться, свариваемость стали значительно ухудшается. Это может привести к образованию трещин и пустот в местах соединения, что негативно сказывается на прочности шва. Такие соединения плохо выдерживают большие нагрузки и подвержены влиянию температурных колебаний.
Преимущества углеродистой стали
Точное добавление углерода позволяет достичь улучшения определенных свойств материала. В результате, такая сталь становится более прочной и устойчевой к нагрузкам. Содержимое углерода в определенных пределах делает ее более твердой, надежной и долговечной. Предметы и конструкции из углеродистой стали могут служить более 50 лет. Они активно используются в сферах, где требуется высокая устойчивость к температурным перепадам и механическим нагрузкам.
Кроме того, углеродистые сплавы легко выплавляются. При производстве таких материалов процесс предполагает постоянное удаление газов в виде пузырьков. Благодаря этому увеличивается скорость теплообмена в сплаве, что сокращает время выплавки, в то время как пузырьки эффективно выводят из стали ненужные примеси.
Разделение углеродистых сталей
Все стали с добавлением углерода можно классифицировать на три категории в зависимости от концентрации этого элемента. Ниже приводится список этих сплавов с характеристиками (таблица 1).
Количество углерода, % | Название стали | Свойства |
---|---|---|
До 0.25 | Низкоуглеродистая | Повышенная пластичность. Материал легко деформируется. Допускается как термическая, так и холодная обработка. |
От 0.25 до 0.6 | Среднеуглеродистая | Отличные пластические и прочностные характеристики. Данный материал применяется для изготовления деталей и металлоконструкций, работающих в нормальных условиях. |
От 0.6 до 2% | Высокоуглеродистая | Преимущества: высокая износостойкость, низкий коэффициент вязкости, значительно повышенная прочность. Однако такое содержание углерода приводит к плохой свариваемости. Для сварки высокоуглеродистых стальных сплавов требуется предварительный нагрев до температуры +220 градусов. |
Качество сплава также зависит от содержания вредных примесей. Наиболее отрицательное воздействие оказывают сера и фосфор. Таблица 2 демонстрирует распределение стали по категориям качества в зависимости от содержания этих отверстий.
Количество S и P, % | Качество | Маркировка |
---|---|---|
До 0.05% | Обыкновенная | Ст |
До 0.035% | Качественная | Сталь |
До 0.025% | Высококачественная | А |
До 0.015% | Особовысококачественная | Ш |
При этом высококачественные сплавы, с минимальным содержанием примесей, как правило, стоят намного дороже своих менее чистых аналогов.
Применение углеродистой стали
Углеродистая сталь находит широкое применение в машиностроении, в изготовлении различного металлопроката и метизов. Готовые изделия при этом обладают высокой прочностью и стойкостью к механическим нагрузкам.
Машиностроение
Для создания деталей автомобилей, специального оборудования и промышленного оборудования используют сталь с разнообразным содержанием углерода. Выбор марки сплава зависит от условий эксплуатации данных механизмов.
Если детали не подвержены высоким нагрузкам, постоянным вибрациям или ударам, то можно использовать низкоуглеродистый металл. Примеры таких деталей – маховики, планки и втулки.
Стали с низким содержанием углерода хорошо подходят для изготовления корпусов и каркасов, соединение которых осуществляется с помощью сварки. Поскольку они обладают хорошими сварочными характеристиками, это позволяет легко получать крепкие швы, скрепляющие каркасные детали. Здесь невысокая прочность материала компенсируется его толщиной.
Если же детали предполагается эксплуатировать в жестких условиях с большими нагрузками, то предпочтение отдается среднеуглеродистым сплавам. Обычный процесс также включает предварительную закалку. Из таких сталей изготавливают шестерни, ролики подшипников, поршни и рычаги.
Процесс производства машинных деталей начинается с подготовки металлических заготовок, которые подвергаются прокатке, литью, упаковке и штамповке. Затем заготовки обрабатываются высоким температурным воздействием с последующей обработкой, такой как полировка и притирка.
Важно отметить: до абразивной обработки подвергаются только закаленные стали. Металлы, не прошедшие процесс закалки, не поддаются обработке абразивами, так как в этом случае частицы абразива забиваются и не успеют качественно отшлифовать поверхность.
Стали с высоким содержанием углерода используются для изготовления пружин, рессор и цанг. Этот материал обладает высокой прочностью, но его труднее обрабатывать. В случае возникновения дефектов, устранить их будет сложно. Поэтому рессорно-пружинные стали используются исключительно для ограниченного числа деталей.
Производство инструментов
Для производственных нужд используются специализированные инструментальные стали, которые отличаются несколькими аспектами:
- Не подойдут для применения в состояний высокой температуры. Уже при температуре +250 градусов сталь теряет свою прочность и твердость.
- В процессе производства инструментов необходимо учитывать прочностные характеристики резального материала, чтобы исключить применение инструмента для резки материалов, имеющих большую прочность.
Инструментальные стали чаще применяются для изготовления инструментов для резки, выдавливания и различных видов обработки черных и цветных металлов, но только после соблюдения всех условий устранения дефектов.
Процесс создания инструментов осуществляется из кованых заготовок. После резки, сверления и фрезерования следует процесс закалки, после которого проводятся абразивные процедуры для устранения дефектов, возникших в результате воздействия температуры или закалки.
Производство крепежных изделий
Крепежные изделия, такие как болты, винты и шпильки, требуют для производства стали с содержанием углерода от 0,1 до 0,45%, обладающей определенным классом прочности.
Заключение
Заказать обработку углеродистой стали можно онлайн или по телефону. Компания Профбау предлагает услуги по производству деталей различной формы и размера с учетом всех технологических требований клиента.
Почему стоит выбрать компанию Профбау:
- Опыт работы — более 20 лет в области проектирования и производства металлических изделий.
- Полный спектр обработки стальных марок: штамповка, резка, гибка, сварка, фрезеровка, 3D-печать и другие технологии обработки.
- Современнее производство, оснащенное европейским оборудованием, обеспечивающее максимальную точность в соответствии с ГОСТ.
- Собственный склад — готовая продукция хранится на охраняемом складе.
- Предоставление гарантии на все виды выполненных услуг.
- Наличие всех необходимых сертификатов и разрешений для выполнения работ по обработке металлических изделий.
Наша компания работает с клиентами по всей территории России. Специалисты предоставляют подробные консультации и помогают оформить заказ.