Технические характеристики стали 10

В разных отраслях промышленности требуются изделия, выполненные из металла с повышенной поверхностной твердостью и пластичностью. Для этих целей широко используется конструкционная сталь 10, характеристики которой соответствуют предъявляемым условиям эксплуатации.

Химический состав

Основные характеристики стали 10 заданы его химическим составом. Для конструкционных сплавов характерно небольшое число легирующих добавок. Один из основных компонентов стали, углерод, содержится в небольшом количестве – 0,07-0,14%, что обеспечивает достаточную твердость и хорошую обрабатываемость металла.

Концентрации полезных технологических добавок составляют:

• кремния – 0,17-0,37%;
• марганца – 0,35-0,65%.

Известно, что кремний и марганец являются сильными раскислителями. Их совместное влияние обеспечивает:

• удаление из металла в процессе выплавки растворенного кислорода;
• увеличение прочности сплава без потери пластичности;
• снижение красноломкости, вызванной присутствием серы.

В соответствии с ГОСТом 1050-88, сталь 10 содержит малые количества других элементов:

• хрома – до 0,15%;
• никеля и меди – по 0,3%.

Эти элементы добавляют стали прочности и коррозионной стойкости. Однако их примеси в количественном отношении незначительны, поэтому сплав нельзя отнести к категории нержавеющих.

Сера и фосфор относятся к трудноудаляемым примесям, попадающим в сплав из руды или чугуна. Они ухудшают качественные характеристики металла, поэтому их содержание стараются минимизировать. В данном сплаве они не превышают 0,035-0,040%.

Расшифровка марки и ее аналоги

При расшифровке марки стали 10 цифры указывают на массовую долю углерода в составе – 0,1%, что свидетельствует о незначительности остальных примесей. На рынок продукция поступает, согласно ГОСТам, в виде:

• сортового проката; уголка и квадрата;
• швеллера;
• балок и кругов;
• калиброванного прутка;
• полос и лент;
• листов разной толщины горячей и холодной обработки;
• шестигранников и проволоки; серебрянки; труб термообработанных.

Из отечественных заменителей сплава можно отметить 08, 08КП и 15.

Аналоги стали 10 есть также во многих странах:

• С1010, М1012 – в США;
• 040А10, 045М10, CFS3 – Великобритании;
• 10305, С10Е – Германии;
• AF34, XC10 – Франции;
• F.1511 – Испании;
• 1С10, С14 – Италии;
• S10C, SWMR – Японии;
• С10 – Швейцарии.

Технические свойства

Физические и механические свойства стали 10 соответствуют ее назначению:

• плотность – 7856 кг/м³;
• модуль упругости – 206 МПа;
• коэф. линейного расширения – 12,4*106 1/К;
• удельная теплоемкость – 466 Дж/кг*К;
• ударная вязкость – 235 МПа;
• твердость стали НВ 10-1 – 143 МПа;
• условный предел текучести – 260 МПа;
• временное сопротивление разрыву – 420 МПа;
• относительное удлинение после разрыва – 32%;
• относительное сжатие – 69%;
• коэф. теплопроводности при 1000 С – 58 Вт/м*К;
• удельное электросопротивление – 190 Ом*м;
• температура ковки – от 1300 до 700 градусов.

Не менее привлекательны технологические свойства сплава:

• сварные швы отличаются высокой прочностью и не требуют предварительной или заключительной термической обработки;
• определенная коррозионная стойкость расширяет сферу применения металла, однако поверхность изделий требует защитного покрытия;
• благодаря хорошей пластичности сталь применима для производства изделий методом холодной штамповки;
• предел выносливости металла достаточно высок для изготовления деталей, предназначенных для длительной эксплуатации;
• металл легко поддается резке на станках или ручным инструментом;
• не обладает флокеночувствительностью и отпускной хрупкостью.

Термическая обработка

Для улучшения технических свойств стали 10 применяется термическая обработка. В результате закалки повышается поверхностная твердость стали, которая сопровождается более высокой пластичностью внутренней структуры. Для предотвращения хрупкости из-за внутренних напряжений используется отпуск с воздушным или масляным охлаждением. Для того чтобы процесс охлаждения сделать более равномерным и предотвратить структурные трещины, наиболее предпочтительным является охлаждение в масляной ванне.

Хорошо зарекомендовал себя метод ММТО (многократная механико-термическая обработка). Метод состоит из нескольких этапов деформации и последующего старения металла и позволяет в итоге:

• уменьшить скорость ползучести при 400 градусах в несколько раз;
• повысить предел текучести в 2,5 раза;
• предел прочности – на 65-70%;
• предел упругости – на 60%.

Процесс отжига в температурном интервале 300-500 градусов после трехкратной деформации приводит к более полной стабилизации внутренней структуры и повышает устойчивость к кратковременным и длительным нагрузкам.

Преимущества и недостатки

Востребованность марки стали 10 на мировом рынке обусловлена ее преимущественными особенностями:

• высокая поверхностная твердость и сопротивляемость износу позволяют изготавливать из сплава ответственные детали с длительным сроком работы;
• благодаря хорошей обрабатываемости металл можно резать ручным инструментом;
• показатель пластичности позволяет использовать сталь для производства штампованных изделий;
• металл поддается сварке любым способом без дополнительных манипуляций;
• одним из достоинств стали является отсутствие флокеночувствительности;
• важное преимущество, расширяющее сферу применения металла – доступная стоимость.

Основной недостаток сплава – его низкая теплостойкость. При нагревании снижается поверхностная твердость и износостойкость изделий. Это свойство не позволяет использовать металл для производства деталей, подвергающихся активному трению.

Область применения

Эксплуатационные характеристики стали обеспечили ей широкое применение во многих сферах народного хозяйства. Высокая поверхностная твердость и пластичность сердцевины делают материал незаменимым для производства:

• валов и барабанов;
• шестерен и осей;
• дисков и колец;
• шкивов и втулок.

Сплав используется для создания деталей, способных выдерживать широкий диапазон температур эксплуатации – от -40 до +450 градусов:

• втулок и стержней;
• клапанных пластин компрессоров;
• конвейерных лент;
• крепежных деталей;
• сварных изделий;
• трубопроводов;
• котлов высокого давления;
• инструмента, работающего без разогрева рабочей кромки;
• электрических нагревателей.

Способность к обработке резанием используется в машиностроении, где распространены фрезеровальные или токарные станки. Поэтому термообработка деталей производится уже после точения.