Tēraudu vispārējā klasifikācija

Tēraudus klasificē pēc ķīmiskā sastāva, pielietojuma, dezoksidēšanas paņēmiena, struktūras un kvalitātes.
Atkarībā no ķīmiskā sastāva izšķir oglekļa un leģētos tēraudus. Pēc oglekļa koncentrācijas tos savukārt iedala tēraudos ar mazu oglekļa saturu (<0,3% C), ar vidēju oglekļa saturu (0,3...0,7% C) un ar lielu oglekļa saturu (>0,7% C). Leģētos tēraudus atkarībā no leģējošo elementu satura iedala mazleģētos (leģējošo elementu saturs nepārsniedz 5%), vidēji leģētos (leģējošo elementu saturs ir 30...50%). Pēc leģējošajiem elementiem tēraudus iedala hroma, niķeļa, mangāna, hroma-niķeļa, hroma-mangāna-silīcija un citas grupās.
Atkarībā no pielietojuma izšķir konstrukciju, instrumentu un speciāla pielietojuma tēraudus ar sevišķām īpašībām. Konstrukciju tēraudi ir visplašāk lietojamo materiālu grupa, tos izmanto celtniecības konstrukciju, mašīnu detaļu un aparātu izgatavošanai. To skaitā ietilpst cementējamie, uzlabojamie, augstas stiprības, atsperu, ritgultņu un citi tēraudi.
Instrumentu tēraudus savukārt iedala griezējinstrumentu, spiedapstrādes instrumentu un mērinstrumentu tēraudos.
Pie speciāla pielietojuma tēraudiem pieder korozijizturīgie (nerūsošie), karstumizturīgie, elektrotehniskie un citi tēraudi.
Atkarība no kvalitātes izšķir parastās kvalitātes, kvalitātes un augstas kvalitātes tēraudus. Tēraudu kvalitāte ir komplekss rādītājs, kas galvenokārt atkarīgs no kaitīgo piemaisījumu (sēra un fosfora) un gāzu satura. Ir izstrādāti vairāki tehnoloģiskie paņēmieni kaitīgo piemaisījumu un gāzu satura samazināšanai, piemēram, tēraudu apstrāde ar sintētiskajiem kušņiem, vakuumu, elektrosārņu pārkausēšana u.c. Gāzu daudzumu tēraudos ir grūti noteikt, tādēļ nevēlamo piemaisījumu saturs ir galvenais tērauda kvalitātes rādītājs.
Parastās kvalitātes tēraudi satur līdz 0,06% S un līdz 0,07 % P, kvalitātes tēraudi – ne vairāk par 0,04% S un ne vairāk par 0,035% P, augstas kvalitātes tēraudi – ne vairāk par 0,025% S un ne vairāk par 0,025% P. Ļoti augstas kvalitātes leģētajiem tēraudiem pieļauj ne vairāk par 0,025% P (aiz markas šiem tēraudiem raksta burtu 3).
Atkarībā no dezoksidēšanas paņēmiena un sacietēšanas rakstura izšķir mierīgos, pusmierīgos un verdošos tēraudus. Tēraudi satur skābekļi, galvenokārt FeO veidā, kas spiedapstrādē rada trauslu lūzumu.
Mierīgo tēraudu dezoksidē izliešanas kausā ar mangānu, silīciju un alumīniju. Pēc dezoksidēšanas tas mierīgi bez gāzu izdalīšanās sacietē lietnī. Mierīgā tērauda lietnis ir viendabīgs, tikai tā augšdaļā izveidojas sarukuma dobums un poras, ap kurām koncentrējas piemaisījumi. Verdošos tēraudus dezoksidē ar mangānu. Sacietējot daļa oglekļa reaģē ar skābekli, un izdalās CO gāze, kas rada tērauda vārīšanās iespaidu. Verdošais tērauds ir lēts, satur maz oglekļa un silīcija (<0,07% Si), tādēļ tas ir samērā plastisks. To pakļauj apstrādei ar spiedienu.
Tēraudus klasificē atkarībā no struktūras atkvēlinātā un normalizētā stāvoklī. Atkvēlinātā (līdzsvara) stāvoklī tēraudus iedala 6 klasēs: 1) pirmseitektoīdie tēraudi ar ferīta struktūru pārsvarā; 2) eitektoīdie tēraudi ar perlīta struktūru; 3) aizeitektoīdie tēraudi ar sekundāriem karbīdiem struktūrā; 4) ledeburīta tēraudi ar eitektiskiem karbīdiem struktūrā; 5) austenīta tēraudi un 6) ferīta tēraudi. Oglekļa tēraudiem var būt tikai pirmās trīs klases, leģētajiem tēraudiem – visas klases. Leģējošie elementi var izmainīt atsevišķu struktūru stabilitātes apgabalus, līdz ar to saglabājot normālā temperatūrā ferīta un austenīta struktūru.

Normalizētā stāvoklī tēraudus iedala perlīta, martensīta, austenīta un ferīta klases tēraudos.
Perlīta klases tēraudiem ir neliela pārdzesētā austenīta stabilitāte. Atdzesējot gaisā, tie iegūst perlīta, sorbīta vai trostīta struktūru. Pie šīs klases pieder oglekļa un mazleģētie tēraudi.
Martensīta klases tēraudiem pārdzesētā austenīta stabilitāte ir lielāka. Atdzesējot gaisā, tie norudas un iegūst martensīta struktūru. Pie šīs klases pieder vidēji un augsti leģētie tēraudi.
Austenīta klases tēraudiem palielinātais niķeļa vai mangāna saturs pārbīda martensīta pārvērtību sākuma temperatūru zem 0ºC, bet normālā temperatūrā tajos saglabājas austenīta struktūra.
Atsevišķu leģējošo elementu un to kompleksu ietekmi uz tēraudu struktūru nosaka pēc sakausējumu stāvokļa un struktūru diagrammām.
Tēraudu marķēšana. Oglekļa tēraudus, izņemot parastās kvalitātes tēraudus, marķē pēc oglekļa satura. Leģēto tēraudu markas sastāv no burtiem un cipariem, kas norāda to ķīmisko sastāvu. Saskaņā ar ГОСТ 4543-71 leģējošos elementus tēraudu markās apzīmē šādi: X-hroms, H-niķelis, Г-mangāns, C-silīcijs, M-molibdēns, B-volframs, T-titāns, Ф-vanādijs, Ю-alumīnijs, Д-varš, Б-niobijs, P-bors, K-kobalts. Skaitlis aiz burta norāda leģējošā elementa saturu procentos. Ja skaitļa nav, leģējošā elementa saturs ir apmēram 1% vai pat mazāks.
Leģētajiem konstrukciju tēraudiem markas sākumā divciparu skaitlis norāda oglekļa saturu procenta simtsdaļās. Tā, piemēram, tērauds 20XH3A vidēji satur 0,20% C, 1% Cr un 3% Ni. Burts A markas beigās norāda, ka tērauds ir augstas kvalitātes. Ļoti augstas kvalitātes tēraudiem markas beigās raksta burtu Ш (piemēram, 30XГС-Ш).
Instrumentu tēraudiem viencipara skaitlis markas sākumā norāda oglekļa saturu procenta desmitdaļās, piemēram, 9XC-0,9% C, 1% Si. Ja oglekļa saturs ir 1% un vairāk, to markā neuzrāda, piemēram, tērauds XB4 satur vairāk par 1% C, 1% Cr un 4% W.
Atsevišķām tēraudu grupām to markās, uzrāda papildu apzīmējumus, piemēram, ritgultņu tēraudu markas sākas ar burtu Ш, ātrgriezējtēraudu markas – ar burtu P, elektrotehnisko tēraudu markas – ar burtu Э, automātu tēraudu markas – ar burtu A utt.
Jaunizstrādātiem tēraudiem markās uzrāda burtus ЭИ un kārtas numuru, piemēram ЭИ415, bet pēc rūpnieciskās apguves un vispusīgas pārbaudes tiem piešķir marku, kas norāda to ķīmisko sastāvu un pielietojumu.
Oglekļa konstrukciju tēraudi. Apmēram 90% no visa ražotā tērauda apjoma sastāda oglekļa konstrukciju tēraudi. Oglekļa tēraudiem ir pietiekami labas mehāniskās īpašības, augsts tehnoloģiskums apstrādē ar griezējinstrumentiem un spiedapstrādē, tie ir samērā lēti.
Oglekļa tēraudiem piemīt arī trūkumi, kas sevišķi izpaužas termiskajā apstrādē. Tiem ir maza dziļrūdāmība un liels rūdīšanas kritiskais ātrums. Līdz ar to rūdīšanā rodas lieli iekšējie spriegumi un deformācijas.
Ražo parastās kvalitātes (ГОСТ 380-71) un kvalitātes (ГОСТ 1050-74) oglekļa konstrukciju tēraudus.
Parastās kvalitātes oglekļa konstrukciju tēraudi. Šajos tēraudos pieļauj paaugstinātu nevēlamo piemaisījumu, gāzu un nemetālisko ieslēgumu daudzumu. Parastās kvalitātes oglekļa konstrukciju tēraudus ražo dažādu normalizētu velmējumu (lokšņu, stieņu, siju u.c.) veidā. Atkarībā no pielietojuma un garantētajām īpašībām šos tēraudus piegādā 3 grupās.
A grupas tēraudiem garantē mehāniskās īpašības. Ķīmiskais sastāvs nav reglamentēts, tādēļ tos nepakļauj termiskajai apstrādei. Marka sastāv no burtiem CT un cipariem, kas norāda markas numuru. Jo lielāks markas numurs, jo lielāka tērauda stiprība un zemāks plastiskums. A grupas apzīmējumu markā neuzrāda.
A grupas tēraudus izmanto tādā stāvoklī, kādā tos piegādā saglabājot normalizācijas struktūru un garantētas mehāniskās īpašības.
Б grupas tēraudiem ir garantēts ķīmiskais sastāvs. To mehāniskās īpašības nav reglamentētas. Šīs grupas tēraudus lieto izstrādājumiem, kuru izgatavošanā izmanto karsto apstrādi (kalšanu, metināšanu u.c.). Ķīmiskais sastāvs ļauj izvēlēties pareizu karstās apstrādes režīmu, tā rezultātā mainās tēraudu struktūra un mehāniskās īpašības.
B grupas tēraudiem ir garantētas mehāniskās īpašības un garantēts ķīmiskais sastāvs. Šīs grupas tēraudus izmanto metinātām konstrukcijām. To sākotnējās mehāniskās īpašības saglabājas tikai tajās konstrukcijas daļās, kuras metināšanas laikā nesakarst. Zināt B grupas tērauda ķīmisko sastāvu ir nepieciešams, lai pareizi izvēlētos metināšanas režīmu un elektrodu markas. Markas sākumā uzrāda grupas apzīmējumu B. Markas ir, sākot no BCT 2 līdz BCT 5, to mehāniskās īpašības atbilst A grupas attiecīgās markas tērauda īpašībām, bet ķīmiskais sastāvs – Б grupas attiecīgas markas ķīmiskajam sastāvam. Tā, piemēram, tērauda BCT 4 mehāniskās īpašības atbilst tērauda CT 4 mehāniskajām īpašībām, bet ķīmiskais sastāvs – tērauda CT 4 sastāvam.
Tēraudus ar kārtas skaitļiem 1...4 izmanto celtniecības konstrukcijās un sastiprināšanas detaļu izgatavošanai. Tēraudiem ar vidēju oglekļa saturu (kārtas skaitļi 5 un 6) ir lielāka stiprība, un tos izmanto dzelzceļa sliežu, vārpstu, zobratu, celšanas un lauksaimniecības mašīnu detaļu izgatavošanai.
Kvalitātes oglekļa konstrukciju tēraudi. Šos tēraudus raksturo pazemināts nevēlamo piemaisījumu, gāzu un nemetālisko ieslēgumu saturs. Tos izgatavo velmējumu, kalumu un citādu pusfabrikātu veidā, tiem ir garantēts ķīmiskais sastāvs un garantētas mehāniskās īpašības. Markā uzrāda oglekļa saturu procenta simtdaļās, to pierakstot ar diviem cipariem (ГОСТ 1050-74). Tā, piemēram, tērauds 08 satur vidēji 0,08% C, tērauds 40 – 0,40% C utt.
Kvalitātes oglekļa konstrukciju tēraudus plaši lieto mašīnbūvē un aparātu būvē, jo tiem atkarībā no oglekļa satura un termiskās apstrādes ir ļoti plašs mehānisko un tehnoloģisko īpašību diapazons.
Tēraudi 15, 20 un 25 ir ar vidēju oglekļa saturu, tie ir plastiski, labi deformējas un metinās. Normalizētā stāvoklī tos lieto nelielas stiprības mašīnu un aparātu detaļu izgatavošanai. Plašāk šos tēraudus izmanto neliela izmēra cementējamu un cianējamu detaļu izgatavošanai, kurām jānodrošina nodilumizturīga virskārta un stigra serdes daļa. Pēc cementēšanas detaļas rūda un izdara zemo atlaidināšanu.
Tēraudiem 40, 45, 50, 55, 60 ar vidēju oglekļa saturu pēc normalizācijas ir liela stiprība, bet pazemināta stigrība un plastiskums. Tos var lietot gan normalizētā, gan arī uzlabotā stāvoklī, t.i., pakļaut rūdīšanai, kurai seko augstā atlaidināšana. Uzlabotā stāvoklī šiem tēraudiem ir liela stigrība, maza jutība pret sprieguma koncentratoriem, liela ilgizturība, un tos izmanto cikliski slogotu detaļu (zobratu, nelielu vārpstu, kloķu) izgatavošanai.
Tēraudiem 65, 70, 80 un 85 ir liela stiprība, nodilumizturība un ilgizturība. Pēc rūdīšanas un vidējās atlaidināšanas tie kļūst ļoti elastīgi. Tos lieto atsperu, atspergredzenu un citu atsperveida detaļu izgatavošanai. Normalizētā stāvoklī šo marku tēraudus izmanto vārpstu, velmju un citu liela izmēra detaļu izgatavošanai.
Šīs grupas tēraudiem ar paaugstinātu mangāna saturu ir lielāka stiprība un elastība.
Automātu tēraudi. Automātu tēraudus izmanto detaļu izgatavošanai ar metālapstrādes automātiem, sasniedzot labu virsmas kvalitāti. Labu apstrādājamību ar griezējinstrumentiem šiem tēraudiem nodrošina paaugstinātais sēra un fosfora saturs. Automātu tēraudu marka sastāv no burta A un divciparu skaitļa, kas norāda vidējo oglekļa saturu procenta simtdaļās. Sērs automātu tēraudos atrodas mangāna sulfīda savienojumu veidā, kas izvietojušies garenvirzienā. Apstrādājot ar griezējinstrumentiem, veidojas trausla īsa skaida, kas labi novada siltumu un līdz ar to ļauj strādāt ar lielāku griešanas ātrumu, saglabājot griezējinstrumentu asumnoturību. Fosfors paaugstina ferīta trauslumu un veicina gludas virsmas iegūšanu. Sērs un fosfors uzlabo apstrādājamību, bet pazemina mehāniskās ōpašības, it sevišķi ilgizturību. Automātu tēraudus izmanto sastiprināšanas un maz slogotu mašīnu detaļu izgatavošanai.
Leģētie konstrukciju tēraudi.
…