Автоматная сталь: свойства, плюсы и минусы, сферы применения

Автоматная сталь как подвид конструкционной

В металлургии автоматная сталь – это разновидность сплавов, входящая в большую группу конструкционных металлов. Для начала разберемся, чем соединения этого типа отличаются от прочих подвидов.

Конструкционными принято называть углеродистые железные сплавы. Основной особенностью этого вида стали выступает высокая степень очистки от таких нежелательных примесей, как сера и фосфор. При выплавке металла предусмотрено снижение концентрации этих элементов с помощью особых технологических приемов.

В ходе получения сплавов конструкционного типа максимальное понижение процентного содержания серы и фосфора крайне важно из-за того, что они существенно ухудшают качество стали. Наличие серы ведет к холодному растрескиванию металла при обработке и практически полной утрате полезных эксплуатационных качеств. Похожим образом влияет на характеристики материала и содержание фосфора, который приводит к образованию трещин при термообработке.

В соответствии с принятыми нормативами фосфор и сера могут присутствовать в конструкционной стали в количестве не более 0,05 % от общей массы. Качественным принято называть сплав с концентрацией этих элементов ниже 0,035 %, высококачественным – не выше 0,025 % и сверхвысококачественным – 0,015 %.

Конструкционные стали отличаются высокой прочностью, стойкостью к воздействию экстремальной температуры и чистотой. Но когда речь идет о метизах, эти свойства сплава могут стать его недостатками. Разработка автоматной стали стало решением проблем обработки при выпуске металлических изделий.

Автоматной называют вовсе не сталь, идущую на оружейное производство, как можно судить по названию. Так называемая автомат-сталь – это углеродистый железный сплав, который обладает необходимыми физическими свойствами для обработки с помощью автоматических станков.

Автоматная сталь используется для производства в промышленных масштабах метизов, которые не предназначены для эксплуатации под высокими нагрузками. Это различные гайки, болты, шпильки и т. п. Вопросы, связанные с изготовлением изделий из автоматной стали, регламентирует ГОСТ 1414-75.

Как говорилось выше, примеси серы и фосфора, ухудшающие характеристики металла, требуют максимального удаления из состава конструкционных марок стали. А в автомат-стали допустимо наличие этих элементов в относительно высоких концентрациях.

В составе автоматного типа стали могут присутствовать не только сера и фосфор – допустимы и другие примеси. Для обработки такого металла ковкой оптимальной является температура от +950 °С до +1200 °С.

Состав автоматной стали

Автоматные типы легированной стали могут содержать самые разные присадки, состав и соотношение которых зависят от предназначения металла. Такие компоненты призваны снизить себестоимость готовых изделий и повысить производительность:

• Сера (не более 0,2 %). Облегчает работу с металлом, увеличивая ломкость стружки при станочной обработке. Кроме того, этот элемент обладает смазывающими и вяжущими свойствами, что позволяет получать более ровную поверхность. Поскольку для введения этой добавки в состав соединения часто используют марганцевые сульфиды, то в такой стали также допустимо содержание марганца, который практически никак не влияет на ее свойства.
• Фосфор, концентрация которого не должна превышать сотых долей процента, также способствует повышению хрупкости стружки, облегчая обработку стали на станках.
• Селен повышает ломкость стружки, сохраняя при этом прочностные характеристики металла. Наличие этого элемента способствует увеличению срока службы режущих кромок инструмента.
• Кальций – способствует лучшему резанию и ускоряет обработку, создавая особый поверхностный слой. Кроме того, эта присадка препятствует налипанию отходов на заготовку и повышает срок службы рабочих частей станков.
• Свинец в процентном содержании не более 0,3 % позволяет на треть повысить производительность и существенно снизить износ режущих кромок. Поскольку этот элемент существенно снижает налипание отходов обработки, он используется в качестве присадки также в латуни.

Концентрация и наличие в составе автомат-стали легирующих добавок также регламентирует вышеуказанный государственный стандарт, который обязателен к соблюдению при выпуске всех видов конструкционной стали.

Способы улучшения технических характеристик автоматной стали

Помимо внесения в состав сплава легирующих добавок, для улучшения его технических характеристик могут использоваться:

1. цементация, которая ведет к повышению износостойкости металла и заключается в диффузионном насыщении поверхностных слоев стали углеродом;
2. диффузионный отжиг, который проводят при температуре около +1150 °С, равномерно распределяя серу по всем слоям сплава;
3. закалка и последующий высокий отпуск металла, позволяющие повысить его твердость, снижая при этом вязкость и пластичность;
4. цианирование (диффузионное насыщение сплава азотом и углеродом в смеси) – производится при температуре близкой к +950 °С.

Плюсы и минусы автоматной стали

Многие из них уже упоминались, но для лучшего понимания рассмотрим особенности такого вида сплава в одном списке. Все виды стали из этой подгруппы обладают следующими плюсами:

• хорошей обрабатываемостью на автоматических станках, что позволяет производить, помимо простых метизов (гаек, болтов, шпилек и т. д.), детали сложной геометрии вроде зубчатых колес, валов с углублениями и других подобных изделий;
• относительно низкой стоимостью конечной продукции за счет повышения производительности, срока службы оборудования и качества резки;
• ломкой стружкой, которая легко и быстро удаляется из зоны обработки;
• низкой шероховатостью, получаемой при станочной обработке поверхности изделий.

Также сплавы этой группы прочны, долговечны, просто выплавляются и допускают применение разнообразных улучшающих добавок.

В итоге перечисленные преимущества таких стальных сплавов ведут к повышению прибыльности производства, повышая производительность и снижая себестоимость продукции.

К отрицательным свойствам автомат-стали следует в первую очередь отнести снижение вязкости и пластичности из-за присутствия таких вредных примесей, как сера и фосфор. Эта особенность критически важна, к примеру, в автомобилестроении, где от надежности узлов и агрегатов напрямую зависит безопасность. Также эти особенности автоматной стали не позволяют эксплуатировать изготовленные из них изделия при нестабильной температуре.

Маркировка автоматной стали

Требования уже упоминавшегося ГОСТа предписывают обозначать марки автоматной стали большой буквой А, после которой следует цифровой индекс, обозначающий углеродистость сплава (А35, А48 и т. д.)

Для расшифровки маркировки автоматной стали важно помнить, что государственные стандарты предписывают указание наличия добавок марганца, селена, хрома или свинца. Все компоненты имеют буквенное обозначение. К примеру, маркировка А40Г говорит о том, что данный сплав включает 0,4 % углерода и примерно 1 % марганца.

Для легированной стали приняты следующие буквенные обозначения:

• А – сернистая сталь;
• АС – с добавлением свинца;
• Ц – кальций;
• Х – хром;
• Н – никель;
• Г – марганец;
• Е – селен;
• С – кремний;

Важно понимать, что буквы в маркировке стали не совпадают с обозначением элемента в периодической таблице элементов.

Сферы применения автоматной стали

Состав сплава, особенно содержание углерода, является фактором, определяющим область его использования:

• А11 – применяется в производстве болтов, гаек, цепей и вилок сцепления в автомобильной промышленности;
• А12 – идет не изготовление осей, шурупов, болтов, гаек и изделий сложной конфигурации;
• А20 – используется для производства мелких деталей со сложной геометрией;
• А30 – применяется для изготовления метизов, требующих прецизионной обработки.

Марки, содержащие различные присадки, идут на изготовление:

• А35Е – матриц и бандажей;
• АС19ХГН – зубчатых передаточных механизмов;
• АС35Г2 – валиков масляных насосов;
• АС40Х – колец полуоси автомобилей.

Как уже было сказано, главным образом автомат-сталь предназначена для изготовления крепежных изделий. Также из нее производят другие элементы конструкции различных агрегатов, где их эксплуатация не связана с высокими механическими нагрузками и перепадами температуры.

Сплавы такого типа могут также служить основой для производства деталей со сложной конфигурацией.

Из хромистых и хромоникелевых типов легированной стали, содержащих в качестве присадок свинец и кальций, выполняют детали автомобилей, строительной и сельскохозяйственной техники, несущие высокие нагрузки.

Для обработки автоматной стали применяют специальное оборудование, имеющее ряд отличий от станков для работы с обычным конструкционным металлом, требующим особых условий обработки. Плюсы и минусы автомат-стали, о которых было рассказано в этой статье, необходимо учесть, выбирая металл для изготовления метизов и деталей механизмов.