Какие стали называются автоматными и где они применяются

У классической конструкционной стали высокая прочность, устойчивость к охлаждению и перегреву, отсутствие вредных примесей. Однако эти преимущества могут легко превратиться в недостатки материала в том случае, если речь идет об изготовлении метизов. Для решения этой проблемы инженерами была разработана так называемая автоматная сталь (автомат-сталь).

В состав этого сплава дополнительно вносятся сера или фосфор, а также различные дополнительные элементы — селен, свинец, теллур и некоторые другие. Это делает материал более ломким, поэтому работать с ним на станках гораздо легче.

Автоматные стали имеют специальную маркировку, которая позволяет однозначно отличить материал от других сплавов. Но какие стали называются автоматными? Какими химическими и физическими свойствами обладает автоматная сталь? Как маркируется этот материал и в каких сферах металлургии он используется чаще всего? В нашей статье мы в деталях рассмотрим все эти вопросы.

Что такое конструкционная сталь?

С точки зрения металлургии автомат-сталь является подвидом конструкционной стали, поэтому сперва рассмотрим этот материал, чтобы понять основные отличия сплавов. Конструкционная сталь — это стальной сплав на основе железа и углерода. Особенность этих сплавов с химической точки зрения — минимальное содержание серы и фосфора (во время выплавки используется специальные техники очистки, которые позволяют искусственным способом понизить содержание этих элементов).

Почему металлургам так важно избавиться от этих присадок? Дело все в том, что сера и фосфор снижают физические свойства стального сплава:

• Сера — этот элемент делает сплав хрупким и ломким, а во время холодной обработки такой материал может серьезно растрескаться, что сделает его бесполезным в использовании.
• Фосфор — этот элемент также снижает прочность стального сплава + при тепловой обработке из-за фосфора также могут появиться трещины в материале.

Согласно нормам ГОСТ содержание фосфора и серы в конструкционной стали должно составлять не более 0,05%, хотя встречаются и более качественные прочные сплавы с содержанием вредных примесей в более низкой концентрации. Такие материалы называют качественным (концентрация серы и фосфора — до 0,035 %), высококачественными (до 0,025%) и сверхвысококачественными (до 0,015%).

Что такое автоматная сталь?

Как мы уже выяснили ранее, фосфор и сера — это вредные примеси, содержание которых стараются минимизировать в итоговом сплаве, поскольку они ухудшают качество стали. Однако существует особый класс стальных конструкционных сплавов, где фосфор и сера могут содержаться в значительных количествах — это класс называют автоматной сталью.

Дело все в том, что при изготовлении сложных небольших деталей на станках-автоматах не требуется сверхпрочный материал — зато нужен пластичный материал, который легко и быстро обрабатывать.

Именно поэтому в автоматной стали допускается повышенное содержание примесей — фосфора или серы + различных дополнительных элементов (хрома, никеля, селена, свинца и других). Оптимальная температура ковки автоматной стали — от +950 до +1200 градусов по Цельсию.

Автомат-сталь используется для поточного производства метизов — болтов, гаек, шурупов, осей, валиков, фрагментов цепей и так далее. Также этот материал подходит для производства мелких автомобильных деталей сложной формы и конфигурации — зубцовых передаточных механизмов, колец полуосей машин, валиков масляного насоса и так далее. Выплавка автоматной стали контролируется государственным нормами ГОСТ 1414-75. Согласно ГОСТ автоматная сталь должна удовлетворять следующим требованиям:

• Высокое качество надлома стружки (при обработке на станке очень важно быстро удалять стружку, которое образуется в больших количествах во время работы).
• Низкая шероховатость поверхности (в противном случае деталь может получиться неоднородной по своей структуре, что критично при изготовлении мелких деталей сложной формы, где каждый изгиб имеет определенное конструктивное значение).
• Минимальный износ режущего инструмента (в противном случае режущий станок очень быстро придет в негодность, что сделает себестоимость деталей очень высокой).
• Есть возможность резать объект на высокой скорости (это позволяет снизить конечную стоимость детали, что минимизирует расходы на электричество и улучшает себестоимость такого способа обработки).

Физические свойства и изготовление автоматной стали

Физические свойства автомат-стали очень похожи на свойства обыкновенной конструкционной стали. Отличительные свойства автоматных сталей обуславливаются вхождением в состав материала различных примесей — в первую очередь это сера и фосфор, однако в состав автомат-стали могут входить и некоторые другие добавки (свинец, селен, кальций, марганец, теллур и другие). Также большое значение имеет способ выплавки и последующей обработки (диффузный отжиг, цементация, закалка и другие). Ниже мы кратко рассмотрим все основные примеси и способы правильной обработки.

Легирующие добавки

Согласно регулирующему ГОСТ 1414-75 в состав автоматной стали могут входить следующие добавки:

• Сера (не более 0,2%). Улучшает надлом стружки за счет снижения прочности сплава, что делает возможным станочную обработку стального материала. Помимо этого сера оказывает вяжущий и смазывают эффект, что снижает шероховатость поверхности. В большинстве случаев сера вводится в состав сплава в виде марганцевых сульфидов, поэтому достаточно часто автоматные стали помимо серы содержат марганец.
• Фосфор (до 0,15%). По своим свойствам очень похож на серу — улучшает надлом стружки, снижает шероховатость и так далее.
• Селен. Позволяет дополнительно повысить надлом, но одновременно и сохранить высокую прочность сплава. К тому же селен позволяет сохранить режущий инструмент острым, что положительно сказывается на сроке годности автомат-станка.
• Свинец. Повышает стойкость режущего инструмента станка, а также увеличивает срок обработки материала, что благоприятно сказывается на себестоимости деталей.
• Кальций. Во время резки кальций создает на поверхности металла тонкий слой, который улучшает резку и скорость обработки. Некоторые дополнительные свойства кальция — снижает вероятность прилипания стружки к металлу, увеличивает срок годности режущего инструмента и так далее.
• Марганец. Практически не влияет на свойства автоматной стали, однако содержится во многих автоматных сплавах, поскольку сера в сплав вносится в виде марганцевого сульфида, а после расплавки марганец остается в материале в виде добавочного компонента в небольших концентрациях (обычно не более 0,01%).

Физическая обработка

При выплавке помимо внесения дополнительных компонентов автоматная сталь обычно подвергается обжигу при температуре около 1300 градусов по Цельсию. Цель подобного обжига — обеспечить равномерное распределение фосфора и серы по всему объему стального сплава (в противном случае некоторые фрагменты металла будут хрупкими, а некоторые фрагменты — сверхтвердыми).

Также во время обработки материал может подвергаться цементированию и закалке — это позволяет получить более прочным пластичный материал, который будет легко резаться + он не будет портить режущую поверхность автомат-станка. Основные методы выплавки автомат-стали — мартеновский метод и конвертерная техника.

Преимущества и недостатки автоматной стали

Преимущества автоматной стали:

• Простота обработки с помощью автомат-станков — можно получить как обычные детали (болты, гайки, шурупы), так и различные объекты сложной формы и конфигурации (различные шестерни, сложные валики с выемками, различные передаточные механизмы и так далее).
• Высокая скорость обработки, отличное качество резки и низкая степень порчи резаков на станках. Это снижает себестоимость деталей.
• Некоторые другие плюсы — простота выплавки, неплохая прочность, большой срок годности деталей, возможность внесения различных присадок для изменения физических свойств материала и так далее.

Главные минусы — наличие серы и фосфора, что снижает вязкость и пластичность конечных деталей. Особенно критично это в случае автомобильных деталей, когда поломка того или иного агрегата может представлять угрозу для жизни человека. К тому же нужно помнить, что фосфор и сера делают материал хрупким при резком перепаде температур, поэтому детали из автоматной стали использовать в помещениях со стабильными температурами.

Маркировка автомат-стали

Согласно нормирующим требования ГОСТ 1414-75 обозначается с помощью большой буквы A, которая указывает на то, что данный материал рекомендуется использоваться для обработки с помощью автоматных станков. После буквы А обычно ставится число, которое указывает на общую концентрацию углерода (единицы измерения — сотые доли процента). Если в состав материала входят какие-либо дополнительные присадки (марганец, селен, хром или свинец), то в таком случае это также указывается в названии материала согласно номенклатуре ГОСТ.

Основные марки автомат-стали

Заключение

Давайте подведем итоги. Автоматная сталь — это особый тип конструкционной стали, с повышенным содержанием фосфора и серы в материале. Из-за содержания примесей автомат-сталь становится более хрупкой, поэтому из подобного материала можно делать различные небольшие метизы простой или сложной формы — гайки, шурупы, матрицы, валики, оси, втулки, валы и так далее. Для производства метизов обычно используются специальные станки, которые не годятся для работы с обычной конструкционной сталью (ведь такой материал является очень прочным, что серьезно усложняет его обработку).

Состав и физические свойства автоматной стали регулируются государственными нормами ГОСТ 1414-75. Согласно этому документу в состав автомат-стали помимо серы и фосфора могут входить и некоторые другие добавки в небольших количествах — селен, свинец, марганец, кальций и другие. Автомат-сталь должна удовлетворять следующим требованиям — высокая степень надлома стружки, минимальная шероховатость, высокая степень обработки станковыми способом и так далее.

Автоматная сталь обладает как преимуществами, так и недостатками, что нужно учитывать при выборе материала для изготовления метизов. Согласно нормам ГОСТ для маркировки автомат-стали используется заглавная буква А и число, которое указывает на общее содержание углерода в материале. При наличии дополнительных примесей (свинец, селен, марганец и другие) могут указываться и некоторые другие буквы маркировки.