При расшифровке маркировки автоматной стали стоит учитывать, что согласно требованиям государственных стандартов, необходимо указание на наличие добавок таких элементов, как марганец, селен, хром или свинец. Каждому компоненту присвоено соответствующее буквенное обозначение. Например, маркировка А40Г указывает на то, что данный сплав содержит 0,4 % углерода и около 1 % марганца.
Автоматная сталь: свойства, плюсы и минусы, сферы применения
Автоматная сталь в металлургии представляет собой особую группу сплавов, которая входит в более обширную категорию конструкционных металлов. Сначала рассмотрим, чем эти соединения отличаются от других металлов.
Под конструкционными стальями понимают углеродистые железные сплавы. Главной особенностью этого вида сталей является высокая чистота от нежелательных примесей, таких как сера и фосфор. В процессе выплавки металла применяются специальные технологии для снижения концентрации этих элементов, что способствует улучшению характеристик материала.
Уменьшение содержания серы и фосфора критически важно при получении конструкционных сплавов, поскольку эти элементы значительно ухудшают качество стали. Например, наличие серы может привести к образованию трещин при обработке при низких температурах, что приводит к потере эксплуатационных свойств. Аналогично, фосфор также негативно влияет на характеристики материала, поскольку он способствует образованию трещин во время термообработки.
Согласно действующим нормативам, уровень содержания серы и фосфора в конструкционной стали не должен превышать 0,05 % от общего объема. Сплавы с концентрацией этих элементов ниже 0,035 % считаются качественными, а высококачественными — с содержанием не более 0,025 %, тогда как сверхвысококачественные сплавы должны содержать менее 0,015 % этих примесей.
Конструкционные стали характеризуются высокой прочностью, устойчивостью к экстремальным температурам и чистотой. Однако, когда речь идет о метизах (металлических изделиях), такие свойства стали могут оказаться недостатками. Создание автоматной стали стало важным шагом в решении проблем, связанных с обработкой материалов при массовом производстве металлических изделий.
Автоматная сталь не имеет никакого отношения к производству огнестрельного оружия, что может подразумевать её название. На самом деле, автоматная сталь — это углеродистый железный сплав, обладающий необходимыми физическими свойствами для обработки на автоматических станках.
Автоматная сталь широко используется в производстве метизов в промышленных масштабах, которые не подлежат эксплуатации при высоких нагрузках. К таким изделиям относятся различные гайки, болты, шпильки и подобное. Вопросы, касающиеся производства изделий из автоматной стали, регламентируются ГОСТ 1414-75.
Как было упомянуто ранее, содержание серы и фосфора требует максимального удаления из состава конструкционных марок стали. Однако в автоматной стали допустимо наличие данных элементов в относительно высоких концентрациях.
Это объясняется тем, что для сталей, предназначенных для производства метизов на автоматических станках, важны не только прочность и твердость, но и свойства, такие как пластичность и хорошая обрабатываемость.
В состав автоматной стали могут входить не только сера и фосфор, но и другие примеси. Оптимальная температура для ковки такого металла колеблется в диапазоне от +950 °С до +1200 °С.
Состав автоматной стали
Легированные автоматные стали могут содержать разнообразные добавки, состав и количество которых зависит от предназначения сплава. Эти компоненты необходимы для снижения себестоимости готовой продукции и увеличения производительности:
- Сера (максимум 0,2 %). Способствует облегчению работы с металлом, увеличивая ломкость стружки при обработке на станках. Кроме этого, сера обладает смазывающими и вяжущими свойствами, что позволяет получать более ровную поверхность. В большинстве случаев сера вводится в состав соединений в виде марганцевых сульфидов, поэтому в такой стали также может быть присутствовать марганец, который практически не влияет на её свойства.
- Фосфор (должен содержаться в количестве не более 0,15 %). Этот элемент также повышает хрупкость стружки, что облегчает обработку стали на станках.
- Селен способствует улучшению ломкости стружки без ущерба для прочностных характеристик металла. Он также увеличивает срок службы режущих кромок инструментов.
- Кальций — улучшает резку и ускоряет обработку, формируя специальный поверхностный слой. Эта добавка также предотвращает налипание отходов на заготовку и увеличивает срок службы рабочих частей станков.
- Свинец (в процентном содержании не более 0,3 %) позволяет повысить производительность на треть и существенно снизить износ режущих кромок. Так как этот элемент значительно уменьшает налипание отходов обработки, он также применяется в латуни в качестве добавки.
Определение концентрации и наличие легирующих добавок в составе автоматной стали также регламентируется вышеупомянутым государственным стандартом, который должен соблюдаться при выпуске всех типов конструкционной стали.
Это объясняется тем, что любое изменение в количестве хотя бы одного из элементов очень сильно влияет на обрабатываемость металла или качество конечной продукции.
Какая сталь называется автоматной?
Автоматной сталью называют сплав из железа и углерода, предназначенный для обработки на станках крупносерийного и массового производства. Этот вид стали, как подвид конструкционных сталей, подходит для изготовления деталей, не подверженных высоким нагрузкам. Свойства автоматной стали зависят от типа используемых добавок и метода дальнейшей обработки.
Автоматные конструкционные стали обладают меньшей прочностью по сравнению с обычными конструкционными сталями, но при этом демонстрируют более высокую обрабатываемость. В металлургической практике стараются минимизировать содержание серы и фосфора — присадок, которые ухудшают эксплуатационные качества. Однако в производстве автоматных сплавов наоборот, этих элементов становится больше. Например, сера может сделать материал хрупким и ломким, а фосфор ухудшает прочность и может привести к появлению трещин. Тем не менее, это ускоряет процесс обработки металлических заготовок в изделия сложной формы.
Какие присадки добавлены в автоматных легированных сталях?
Легирующие добавки вводятся для улучшения податливости к обработке и снижения механических характеристик готовых изделий. Основное стремление заключается в повышении содержания серы и фосфора, что помогает упростить переработку металла и сократить затраты на обслуживание станков и его расходные материалы.
В зависимости от необходимых свойств металла, добавляют разнообразные добавки, которые легируют сплав и позволяют ускорить серийное производство, что, в свою очередь, приводит к удешевлению готовой продукции.
Сплав характеризуется содержанием следующих компонентов:
- Сера добавляется в состав в виде марганцевого сульфида, что снижает прочность сплава, улучшает резание стружки и уменьшает шероховатость.
- Фосфор действует аналогично с простым взаимодействием, как и сера.
- Селен дополнительно увеличивает ломкость стружки, не влияя на прочность сплава.
- Свинец, как добавка, делает обработку деталей экономически менее затратной, поскольку инструменты дольше остаются острыми и не выходят из строя так быстро, как при работе с более прочными металлами.
- Кальций облегчает обработку тем, что стружка не прилипает к металлу, а инструменты могут служить дольше.
- Марганец, как добавка, практически не отражается на качестве сплава и используется для введения серы в составе марганцевого сульфида.
Плюсы и минусы
Нетрудно заметить, что автоматные стали быстро и легко обрабатываются. При работе с ними стружка отделяется без затруднений, а сам материал обладает высокой теплопроводностью. Это сравнительно мягкий материал, который не требует значительных затрат на ресурс резца любого станка.
Эти достоинства обеспечивают множество преимуществ в производительности и рентабельности процессов. В то же время, высокое содержание серы и фосфора, обеспечивающее хорошую обрабатываемость, создает проблемы: добиться высоких вязких и пластических свойств становится весьма сложно.
Маркировка и основные марки
Автоматные стали маркируются индексами, начинающимися с буквы А. Эта буква стоит даже перед процентным содержанием углерода. Вместе с углеродом, серой и фосфором могут применяться различные другие добавки. Присутствие свинца обозначается буквенным символом С, а введение кальция обозначается знаком Ц. Сплавы со свинцом представлены:
Углерод в их составе составляет 0,14%, 0,4%, 0,35%, 0,45% и 0,3% соответственно. Доля свинца может варьироваться от 0,15 до 0,3%. Кальцинирование производится в очень малых дозах — максимум 0,007%. Имеются марки АЦ20, АЦ40, АЦ35Г2, АЦ30ХМ. Содержание селена допускается до десятых долей процента, что обозначается буквой Е в конце, например А35Е, А45Е или А40ХЕ.
Физические свойства и изготовление автоматной стали
Физические свойства автоматной стали очень схожи с обычной конструкционной сталью. Однако отличительным моментом автоматных сталей остается присутствие различных добавок, прежде всего серы и фосфора, но также могут встречаться и другие элементы (свинец, селен, кальций, марганец, теллур и так далее). Существенное влияние на свойства материала оказывается также методом выплавки и последующей обработки (например, диффузный отжиг, цементация, закалка и т. д.). Далее представлены краткие описания основных примесей и методов их обработки.
Легирующие добавки
- Сера (не более 0,2%). Улучшает качество надлома стружки благодаря снижению прочности сплава, что делает возможной станочную обработку стального материала. Кроме того, сера оказывает вяжущее и смазывающее действие, сокращая шероховатость поверхности. В большинстве случаев сера вводится в состав сплава в виде марганцевых сульфидов, так что многие автоматные стали добавляют также марганец.
- Фосфор (до 0,15%). По своим свойствам близок к сере — улучшает ломкость стружки, уменьшает шероховатость и прочие характеристики.
- Селен. Увеличивает ломкость стружки, при этом сохраняя прочность сплава. Также селен помогает сохранить остроту режущего инструмента, что благотворно влияет на срок службы станков.
- Свинец. Повышает износостойкость режущего инструмента и увеличивает срок обработки материалов, что в итоге положительно сказывается на себестоимости деталей.
- Кальций. Во время резки кальций образует тонкий слой на поверхности металла, который улучшает качество резки и скорость обработки. Среди дополнительных свойств кальция имеется снижение вероятности прилипания стружки к металлу, а также продление срока службы режущих инструментов.
- Марганец. Практически не изменяет свойства автоматной стали, но часто встречается в ее составе, поскольку серебро поступает в сплав в виде марганцевого сульфида, и после расплавления марганец сохраняется в материале в небольших концентрациях (обычно не более 0,01%).
Физическая обработка
При производстве автоматной стали, помимо включения дополнительных компонентов, зачастую материал подвергается обжигу при температуре около 1300 градусов по Цельсию. Цель подобного обжига — обеспечить равномерное распределение фосфора и серы по всей массе стального сплава (в противном случае некоторые области металла будут хрупкими, а другие — чрезмерно твердыми).
Кроме того, в процессе обработки материал может проходить этапы цементации и закалки, что позволяет обеспечить более прочный и пластичный материал, который будет легко резаться и не будет повреждать режущую поверхность автоматного станка. Основными методами выплавки автоматной стали служат мартеновский метод и конвертерная техника.
Преимущества и недостатки автоматной стали
- Простота обработки на автоматных станках — возможно изготовление как стандартных деталей (гайки, болты, шурупы), так и более сложных объектов с трудной конфигурацией (различные шестерни, сложные валики с выемками, различные механизмы передачи силы и так далее).
- Высокая скорость обработки, хорошее качество резки и минимальная степень износа резцев на станках. Это ведет к снижению себестоимости деталей.
- Другие положительные стороны — простота выплавки, достаточно хорошая прочность, долговечность деталей, а также возможность ввода различных добавок для изменения физических свойств материала и т.д.
К основным недостаткам относится наличие серы и фосфора, что отрицательно влияет на вязкость и пластичность конечных деталей. Это особенно критично для автомобильных компонентов, где поломка того или иного узла может быть опасна для жизни человека. Также следует учитывать, что содержание фосфора и серы делает материал хрупким при резких перепадах температур, поэтому детали из автоматной стали лучше использовать в условиях с устойчивыми температурными режимами.
Технические характеристики автоматных сталей
Технические характеристики сплавов значительно улучшаются при добавлении таких легирующих элементов, как висмут, марганец, никель и хром. Ввод свинца в количестве не более 0,3 % может увеличить скорость механической обработки примерно на 25-50 %. Это также способствует повышению износостойкости режущих инструментов.
Благодаря добавлению висмута, обрабатываемая часть детали не перегревается. Наличие кальция способствует образованию особого слоя в зоне резания, который предотвращает адгезию и работает как внутренний смазочный компонент. Все легирующие элементы добавляются в соответствии с требованиями ГОСТ 1414-75. Обязательные правила этого документа должны стать основой производства, поскольку даже малое превышение количества добавок может ухудшить свойства материала.
Для улучшения характеристик сталей также широко применяются следующие эффективные методы:
- цементация с диффузией, насыщением углеродом, что значительно влияет на повышение износостойкости конечной продукции;
- диффузионный отжиг, устраняющий неравномерности, вызванные включением серы. Температура отжига находится примерно на уровне 1150°;
- закалка с высоким отпуском. Такой термической обработкой автоматная сталь становится менее вязкой и пластичной, что приводит к увеличению ее твердости, но также к повышению хрупкости;
- цианирование, при котором сталь насыщается как углеродом, так и азотом. Для выполнения процесса необходимо создание температуры около 950°.
Потребителям в основном поставляются нагартованные автоматные стали. Их главные отличия заключаются в удобной обрабатываемости, а также высоких механических характеристиках.
Марки автоматных сталей
Для маркировки используется буква А. Далее идут данные о содержании углерода в сотых долях процента и легирующие элементы. Наиболее распространенные марки — сернистые углеродистые стали А10, А20, А30, содержащие конкретное количество свинца АС11, АС14, АС40, поставляемые с добавлением свинца и марганца АС35Г2, АС45Г2.
Стали с кальцием маркируются АЦ40, АЦ60, с кальцием и марганцем — АЦ35Г2. Селен присутствует в прокате марок А35Е, А45Е. С использованием точной маркировки производители металлических изделий выбирают соответствующие режимы обработки материалов.
Работа на металлорежущих автоматах при производстве деталей осуществляется без частой смены инструмента, что минимизирует участие оператора. Стабильное крупносерийное или массовое производство достигается благодаря образованию хрупкой стружки, легко удаляемой из зоны резания. Высокопроизводительное изготовление метизов различных форм и размеров для промышленности и строительства, выполненное из качественной автоматной стали, успешно удовлетворяет потребности многочисленных заказчиков.
