Шаг 1. Определите условия эксплуатации заданной детали. Для этого оцените:
- нагрузки: статические (деталь просто держит вес), динамические (удары, вибрации) или циклические (постоянные повторяющиеся изгибы). Для ударных нагрузок нужна вязкая сталь, для циклических — усталостно-прочная;
- износ: будет ли деталь тереться о другую поверхность? Если да, потребуется высокая поверхностная твердость (закаливаемые, цементуемые или азотируемые стали);
- рабочую температуру: комнатная, условия Севера (до -60 °C), вблизи печей (+400…+600 °C). При низких температурах велик риск хладноломкости, поэтому нужны низкоуглеродистые никелевые или марганцовистые стали;
- рабочая среда: пресная или соленая вода, кислоты, щелочи, абразивная пыль, контакт с пищевыми продуктами. Здесь на первый план выходит коррозионная стойкость;
- габариты: толщина сечения будущей детали. В больших сечениях легирующие элементы проникают хуже, а сердцевина может не прокалиться.
Шаг 2. Выберите класс стали по назначению. В российской маркировке (по ГОСТ) первая цифра обычно указывает назначение:
- конструкционные (начинаются на «Ст» или имеют первую цифру 1, 2, 3) (подойдут для шестерней, валов, осей, рам, крепежа);
- углеродистые обыкновенного качества (Ст3, Ст5) — самые дешевые, для ненагруженных сварных конструкций общего назначения;
- углеродистые качественные (сталь 20, 45) — основной рабочий материал. Сталь 20 отлично варится и подходит для валов средней нагруженности, сталь 45 после закалки дает высокую прочность;
- легированные (40Х, 30ХГСА, 38Х2МЮА) — применяются там, где нужен высокий предел прочности, износостойкость или работа при пониженных температурах. Например, 40Х — классика для закаливаемых валов и осей;
- инструментальные (начинаются на «У», «Х», «9ХС») (применяется для штампов, пресс-форм, режущего инструмента). Они очень твердые, но хрупкие и плохо поддаются сварке;
- нержавеющие (например, 12Х18Н10Т, AISI 304/316) (используется для изготовления пищевого оборудования, в медицине, химической промышленности, архитектуре);
- жаропрочные и жаростойкие (например, 12Х1МФ, 20Х23Н18): детали турбин, выхлопные системы, работающие при температурах выше +600 °C.
Шаг 3. Учтите способ изготовления (как вы будете ее обрабатывать). Это критический момент, который часто упускают. Идеальная по свойствам сталь может оказаться абсолютно непригодной в вашем цеху.
- сварка: высокоуглеродистые (сталь 60, У8) и высоколегированные инструментальные стали крайне склонны к трещинам при сварке без специального подогрева. Для сложных сварных узлов выбирайте низкоуглеродистые стали (до 0,25% углерода, например, сталь 20) или низколегированные повышенной прочности (09Г2С, 17Г1С);
- механическая обработка: твердые и вязкие стали быстро тупят резец. Если деталь требует много фрезеровки или “токарки”, иногда выгоднее взять более дешевую, но легкообрабатываемую сталь (например, автоматную сталь А12 или А30 с повышенным содержанием серы и фосфора);
- термообработка: некоторые стали требуют охлаждения в масле, другие — в воде (вода ведет к короблению и трещинам), третьи — в полимерных средах. Для деталей сложной формы предпочтительны стали глубокой прокаливаемости (содержащие хром, никель, молибден), которые можно охлаждать в масле;
- литье или ковка: литейные стали (в маркировке есть буква «Л», например, 35Л) содержат больше кремния и марганца для лучшей жидкотекучести.
Шаг 4. Проверьте доступность и бюджет
Именно отсутствие в наличии либо слишком высокая цена стали выбранной марки иногда приводят к тому, что каким-то из критериев приходится пренебречь и заказать аналог. Поэтому учитывать эти параметры также необходимо.
Правильность выбора стали во многом определяется тем, насколько конкретным было описание детали изначально (чертеж, тип нагрузки, размеры). Именно его анализ и позволяет сузить круг поиска всего до 2–3 определенных марок.
