Сталь ASTM A27: как выбрать идеальную марку для вашего отливка

Понимание влияния химического состава и термической обработки после сварки

Правильная материаловая спецификация отливки должна быть определена до размещения заказа в литейном цехе. Это гарантирует, что желаемый отливок будет обладать необходимыми качествами для лучшей производительности и долговечности. Заказы на отливки в литейных цехах обычно делаются по спецификациям ASTM — системе классификации стали и других материалов на основе механических свойств, химического анализа и предполагаемого применения. ASTM International, ранее известная как Американское общество испытаний и материалов (ASTM), — это глобально признанная организация по стандартизации.

Что такое ASTM A27?

В зависимости от требуемых механических и химических свойств, сталь (Fe) будет содержать переменные количества легирующих элементов (сплавов) в дополнение к углероду (C). ASTM A27 — это спецификация, разработанная для углеродистых стальных отливок общего назначения. Часто называемая мягкой сталью или обычной углеродистой сталью, баланс стоимости и прочности этой распространенной формы литой стали делает ее желательной для широкого спектра применений.

ASTM A27 предоставляет несколько марок и два класса стальных отливок, которые можно указать в зависимости от химических требований и требований к прочности конструкции. Она также предусматривает дополнительные требования, если отливки требуют уникальных инспекций и соответствия другим проектным потребностям. ASTM A27 включает углеродистые стальные отливки для применений, требующих минимального предела прочности на разрыв до 485 МПа (70 ksi).

Под спецификацию ASTM A27 попадает несколько стальных марок и два класса стальных отливок. Каждая марка отличается химическим составом и типом термической обработки, необходимой для изменения механических свойств.

Дополнительные испытания могут применяться к спецификациям, когда требуются испытания за пределами химического и тензильного анализов. Дополнительное тестирование требует от производителей проведения выбора из дополнительных испытаний.

ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ИСПЫТАНИЯ

Поверхностный контроль

Внутренний контроль на سليзность

Испытания на прочность

Инспекция на наличие трещин или разрывов путем наблюдения за текстурой и деформациями поверхности.

Инспекция на внутренние пустоты для обеспечения отсутствия трещин, усадочных раковин или других дефектов.

Проверка для верификации температурно-зависимого дукtiles-хрупкого перехода.

Напр. Магнитопорошковый контроль

Напр. Рентгеновский контроль

Напр. Ударное испытание Шарпи

Влияние термической обработки

Термическая обработка используется для изменения, восстановления или улучшения физических свойств металла. Этот процесс в литейном цехе включает нагрев и охлаждение с использованием термических печей, часто до экстремальных температур. Это уменьшает напряжения в отливке, однороднит физические свойства отливки и модифицирует физические свойства металла. Термическая обработка включает полное отжиг, нормализацию и отпуск — или закалку и отпуск. Термические обработки должны выполняться после полного остывания отливок.

При рассмотрении стальных марок и классов термическая обработка играет решающую роль. Все отливки, за исключением марок N-1 и U-60-30, должны подвергаться термической обработке. Класс стали во многом определяется необходимостью постсварочной термической обработки отливки.

Выбор стальной марки

При выборе стальной марки следует выбирать ту, которая удовлетворяет реальным требованиям, а не той, которая нацелена на выполнение условий, которые никогда не ожидаются. Более высокие марки и дополнительные испытания обычно требуют более высоких затрат. Когда выполняются излишние испытания или критерии приемки сверх необходимых, расходы увеличиваются без необходимого повышения эксплуатационной пригодности отливки. Объем требуемого тестирования и критерии приемки должны соответствовать проектным и эксплуатационным требованиям.

СТАЛЬНЫЕ МАРКИ

Марка N-1

Только химический анализ

Марка N-2

Термически обработана, но не механически испытана

Марка U-60-30

Механически испытана, но не термически обработана

Марки 60-30, 65-35, 70-36 и 70-40

Термически обработаны, но не механически испытаны

Выбор стального класса

После определения стальной марки приходит время выбрать стальной класс. Существует два отдельных класса стали, различающихся по необходимости термической обработки.

• Класс 1: Постсварочная термическая обработка требуется
  

  Литейный цех должен провести термическую обработку или повторную термическую обработку отливки, если выполняется любая сварка.

• Класс 2: Постсварочная термическая обработка не требуется
  

  Литейный цех может провести некоторую сварку на отливке без необходимости термической обработки или повторной термической обработки. Это нормально в случае очень мелких косметических швов.

Если швы требуют термической обработки, важно указать Класс 1 вместе с маркой. Напротив, если термическая обработка не будет использоваться, следует указать Класс 2 вместе с маркой.

Испытания стали ASTM A27 на прочность

Испытания на прочность обычно выполняются на репрезентативных стальных пробинах, называемых купонами, а не на сечениях, взятых из реальных отливок. Испытания на купонах имеют тот же состав, что и отливка, так как они залиты и термически обработаны одновременно с отливками. Результаты покажут качество стали, но не обязательно свойства реальной отливки. Во время термической обработки условия кристаллизации и скорость остывания влияют на размер, форму и толщину отливки.

Стальные спецификации обычно относятся к пределу прочности на разрыв и пределу текучести. Сталь A27, за исключением марок N-1 и N-2, должна проходить испытание на растяжение и соответствовать следующим механическим требованиям:

Предел прочности на разрыв (Ultimate tensile strength)

Прочность материала, измеряемая наибольшим напряжением, которое он может выдержать при растяжении до разрыва.

Предел текучести

Напряжение, которое материал может выдержать перед началом пластической деформации.

Относительное удлинение (%)

Процент начальной длины, на который растягивается проба на разрыв до поломки или трещины.

Относительное сужение (%)

Разница между исходной площадью поперечного сечения пробы на растяжение и наименьшей площадью после разрыва (выраженная в процентах от исходной площади).

Испытания на прочность против испытаний на твердость

Предел прочности на разрыв не то же самое, что твердость. Предел прочности на разрыв относится к сопротивлению материала разрыву под натяжением. Как упоминалось ранее, предел прочности можно проверить с помощью купонных проб для верификации тензильных свойств, включая предел прочности, предел текучести и удлинение отливки.

Твердость относится к способности материала сопротивляться деформации. Когда речь идет о неаустенитных сталях, существует последовательная функциональная зависимость между значениями твердости и пределами прочности на разрыв, поэтому измерение твердости может указывать на пределы текучести. В литейном деле испытания на твердость обеспечивают дешевый, легкий и системный способ проверки физических свойств без необходимости проводить уникальные испытания на растяжение. Хотя они не дают точного или гарантированного измерения, они относительно точны для однородных сталей. Следовательно, испытания на твердость и последующее преобразование могут обеспечить быстрый, экономичный метод быстрого подтверждения предположений о физических свойствах.