Учебные пособия 2 страница

Для конструкционных марок первые две цифры показывают содержание углерода в сотых долях процента. Если содержание легирующего элемента больше 1%, то после буквы указывается его среднее значение в целых процентах. Если содержание легирующего элемента около 1% или меньше, то после соответствующей буквы цифра не ставится.

В качестве основных легирующих элементов в конструкционных сталях применяют хром до 2%, никель 1-4%, марганец до 2%, кремний до 2%. Такие легирующие элементы, как Мо, W, V, и Тi, обычно вводят в сталь в сочетании с Сr и Ni с целью дополнительного улучшения физико-механических свойств. Их количество в конструкционных сталях не превышает 1%. Суммарное количество легирующих элементов в конструкционных сталях обычно не превышает 7-8%.

Поставляются конструкционные легированные стали по ГОСТ4543-71. По количеству углерода они делятся на две группы: малоуглеродистые цементуемые стали, содержащие углерода до 0,2% и подвергаемые поверхностному насыщению углеродом, и среднеуглеродистые улучшаемые стали, содержащие 0,25-0,5% углерода и подвергаемые упрочнению путем закалки и высокого отпуска (улучшению). Выплавляются легированные стали по количеству вредных примесей только качественными, содержащими серы и фосфора меньше 0,035% каждого и высококачественными, содержащими этих элементов менее 0,025%. Высококачественные обозначаются буквой "А" в конце марки.

 

 

СОСТАВ НЕКОТОРЫХ КОНСТРУКЦИОННЫХ ЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ (ГОСТ 4543-71)

 

Таблица 1.7.

 

Марка стали	Содержание элементов. %
	С	Мn	Si	Сr	Ni	S	Р	Другие
						не более
Цементуемые стали
15ХФ	0,12-0,18	0,40-0,70	0,17-0,37	0,80-1,10	до 0,30	0,035	0,035	0,06-0,12V
20ХН	0,17-0,23	²	"	0,45-0,75	1,0-1,4	²	²	-
18ХГТ	²	0,80-1,10	"	1,0-1,3	до 0,30	²	²	0,03-0,09Тi
18Х2Н4МА	0,14-0,20	0,25-0,55	"	1,35-1,65	4,0-4,4	0,025	0,025	0,30-0,40 Мо
Улучшаемые стали
40Х	0,36-0,44	0,50-0,80	"	0,80-1,10	До 0,30	0,035	0,035	-
30ХГС	0,28-0,35	0,80-1,10	0,9-1,2	²	"	"	"	-
40ХНМА	0,37-0,44	0,50-0,80	0,17-0,37	0,6-0,9	1,2-1,6	0,025	0,025	0,15-0,25 Мо
38ХН3МФА	0,30-0,42	²	"	1,2-1,5	3,0-3,4	"	"	0,35-0,45Мо 0,1-0,2V

В инструментальных сталях в начале ставится цифра, показывающая содержание углерода в десятых долях процента: 7ХФ, 3Х2В8Ф и т.д. Как правило, это однозначная цифра. Если углерода 1% или больше, то начальная цифра не ставится: ХГ, ХВГ. Исключение из этого правила составляют 2 марки: 11ХФ и 13Х.

 

 

СОСТАВ НЕКОТОРЫХ ЛЕГИРОВАННЫХ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ СТАЛЕЙ (ГОСТ5950-73)

Таблица 1.8

Марка стали	Содержание элементов. %
	С	Si	Мn	Сr	W	Мо	V	Ni
8ХФ	0,70-0,80	0,15-0,35	0,15-0,40	0,40-0,70	-	-	0,15-0,30	-
ХВ4	1,25-1,45	²	²	²	3,50-4,30	-	0,15-0,30	-
9ХС	0,85-0,95	1,20-1,60	0,30-0,60	0,95-1,25	-	-	-	-
ХВГ	0,90-1,05	0,15-0,35	0,80-1,10	0,90-1,20	1,20-1,60	-	-	-
Х12М	1,45-1,65	²	0,15-0,40	11,0-12,5	-	0,40-0,60	0,15-0,30	-
5ХНМ	0,50-0,60	²	0,50-0,80	0,50-0,80	-	0,15-0,30	-	1,40-1,80
4Х5МФС	0,32-0,40	0,80-1,20	0,15-0,40	4,50-5,50	-	1,20-1,50	0,30-0,50	-
3Х2В8Ф	0,30-0,40	0,15-0,40	²	2,20-2, 70	7,50-8,50	-	0,20-0,50	-
5ХВ2С	0,45-0,55	0,55-0,80	²	1,00-1,30	2,00-2,50	-	-	-
11ХФ	1,05-1,15	0,15-0,35	0,40-0,70	0,40-0,70	-	-	0,15-0,30	-
13Х	1,25-1,40	²	0,30-0,60	²	-	-		-
Содержание серы и фосфора не выше 0,030% каждого

 

Стали с особыми свойствами (жаростойкие, жаропрочные, нержавеющие) не имеют особого способа обозначения. Они маркируются по схеме, разработанной для конструкционных легированных сталей (в начале марки стоит двухзначная цифра, обозначающая процент углерода в сотых долях процента): 08Х13, 12Х17, 12Х18Н10Т, 40Х10С2М, 55Х20Г9АН4 и т.д.

Если суммарная доля легирующих элементов в конструкционной машиностроительной стали не превышает 7-8%, то стали с особыми свойствами имеют суммарную долю легирующих элементов выше 10%, причем в большинстве случаев намного выше. Поставляются стали с особыми свойствами по стандарту: ГОСТ 5632-72.

 

1.5.ОСОБЫЕ СПОСОБЫ МАРКИРОВКИ СТАЛЕЙ

 

Указанная выше система маркировка является очень простой и наглядной. Она охватывает большинство углеродистых и легированных сталей. Но для некоторых групп сталей сделаны исключения - введены дополнительные элементы маркировки либо разработаны иные схемы маркировки.

 

1.5.1. Маркировка сталей для отливок.

 

В первую очередь следует отметить большую и разнообразную по составу группу литейных сталей. Эти стали используют в виде фасонных отливок в тяжелом транспортном и энергетическом машиностроении для станин станков, маховиков, зубчатых колес, тормозных дисков, катков, траверс и т.д. Эти стали маркируются дополнительно буквой "Л", которая ставится после маркировки по стандартной схеме. По составу и назначению это могут быть стали простые углеродистые конструкционные: 15Л, 40Л, 50Л; легированные конструкционные машиностроительные: 40ХЛ, 35ХМЛ, 25ГСЛ, 35ХНЛ, а также стали с особыми свойствами: 10Х18Н9Л, 20Х13Л, 20Х20Н14С2Л, 40Х24Н12СЛ. Поставляются отливки из этих сталей по ГОСТ977-75 и ГОСТ2176-77. Литая сталь по сравнению с деформированной при одинаковом значении пределов прочности и текучести имеет меньшую пластичность и вязкость.

 

 

1.5.2. Маркировка автоматных сталей

 

Характерной особенностью автоматных сталей является хорошая обрабатываемость резанием на металлорежущих станках. Это достигается в первую очередь повышением в автоматных сталях содержания серы до 0,15¸0,35% и фосфора до 0,10¸0,15%. Безусловно эти элементы ухудшают механические свойства сталей, зато производство выигрывает в затратах на механическую обработку, так как получает возможность изготавливать неответственный крепеж (болты, винты, гайки) и мелкие детали в условиях массового производства на быстроходных автоматических линиях. Автоматными сталями являются как углеродистые так и легированные стали.

Маркируются автоматные стали буквой "А", которая ставится в начале марки перед указанием количества углерода: А12, А20, А30, А40Г.

Помимо этих основных элементов (S и Р) в автоматные стали вводят свинец, селен, кальций. Введение этих элементов находит отражение в написании марки. Свинец обозначается буквой "С", а кальций буквой "Ц". Обе эти буквы ставятся после буквы "А" и перед цифрой, обозначающей углерод в марке. Свинецсодержащие марки: АС14, АС40, АС35Г2, АС45Г2, АС30ХМ, АС40ХГНМ. Свинец вводится в количестве 0,15¸0,30%. Кальцийсодержащие марки: АЦ20, АЦ40, АЦ60, АЦ40Х, АЦ35Г2, АЦ30ХМ и др. Количество кальция в марке ничтожно мало: 0,001-0,007%, т.е. не превышает одной сотой процента. А селен, обозначаемый в марке буквой "Е", ставится в конце марки: А35Е, А45Е, А40ХЕ. Количество селена не превышает десятой доли процента.

Автоматные стали поставляются по ГОСТ1414-75.

1.5.3. Стали для подшипников

 

Элементы подшипников (кольца, ролики, шарики) работают в условиях, которые требует от стали высокой твердости, износостойкости и контактной усталостной прочности. В качестве шарикоподшипниковой стали используют высокоуглеродистые (»1%) хромистые стали, а для массивных подшипников в хромистую сталь добавляют повышенное (до1%) количества марганца и кремния.

Стали для подшипников поставляются по ГОСТ 801-78. Особенности маркировки сталей для подшипников: в начале марки ставится буква "Ш", далее стоит индекс основного легирующего элемента хрома и последующая цифра, показывающая содержание хрома в десятых долях процента. Остальные легирующие элементы маркируют так, как принято для легированных сталей.

 

СОСТАВ ПОДШИПНИКОВЫХ СТАЛЕЙ (ГОСТ801-78)

Таблица 1.9.

Марка Стали	Химический состав, %
	Углерод	Марганец	Кремний	Хром
ШХ15	0,95-1,05	0,20-0,40	0,17-0,37	1,30-1,65
ШХ15СГ	0,95-1,05	0,90-1,20	0,40-0,65	1,30-1,65

 

 

1.5.4. МАРКИРОВКА БЫСТРОРЕЖУЩИХ СТАЛЕЙ

Быстрорежущая сталь является инструментальной легированной сталью с особыми свойствами. Особым ее свойством является красностойкость - способность сохранять структуру, высокую твердость и износостойкость до температур порядка 600-620°, возникающих в режущей кромке при резании с большей скоростью. Поставляются быстрорежущие стали по ГОСТ19265-73.

Красностойкость стали придает вольфрам, являющийся основным легирующим элементом быстрорежущей стали. Маркируется быстрорез буквой "Р", после которой стоит цифра, обозначающая содержание вольфрама в целых процентах, остальные легирующие - Мо, Со, V - обозначаются обычным способом.

Классическим быстрорезом является чисто вольфрамовая сталь Р9, Р12, Р18. Но вольфрам дорогой элемент. Более дешевым является его аналог молибден, поэтому часть вольфрама заменяют молибденом. Для повышения износостойкости вводят ванадий, а для упрочнения металлической основы - кобальт: Р6М5, Р6М5К5, Р6М5Ф3, Р10К5Ф3, Р6М5Ф2К8. Все быстрорежущие стали содержат около 1% углерода.

1.5.5. Маркировка строительных сталей.

Горячекатанный фасонный прокат (уголки, двутавры, швеллеры), листовой, широкополостной прокат, гнутые профили из углеродистых и низколегированных сталей, предназначенных для сварных строительных конструкций, в соответствии с ГОСТ 277-88 подразделяются на условные классы вне зависимости от химического состава и марки стали, принимая во внимание только их механические свойства при растяжении.

КЛАССЫ И СООТВЕТСТВУЮЩИЕ ИМ МАРКИ СТАЛЕЙ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Таблица 1.10

Класс стали	Предел текучести, МПа, не менее	Марка стали по ГОСТ и ТУ
Обычная прочность
С235		Ст3кп, 18кп
С 245		Ст3пс, 18пс
С255		Ст3Гпс, 18пс
С 275		Ст3пс
С285		Ст3сп, Ст3Гсп
Повышенная прочность
С 345		09Г2С, 12Г2С, 14Г2
С345Т	"	15ХСНД, Ст3псТ
С345К	"	10ХНДП
С375, С375Д		12Г2С, 12Г2СД
С390, С390Т		14Г2АФ, 10Г2С1, 10ХСНД
С390К	"	15Г2АФД
Высокая прочность
С440		16Г2АФ
С590		12Г2СМФ
С590К	"	12ГН2МФАЮ
Буква Т- означает термическое упрочнение, Д - наличие в стали меди, К - вариант химического состава.

 

1.5.6. Магнитные стали

 

Магнитные стали по магнитным характеристикам делятся на магнитомягкие и магнитотвердые. Эти термины не относятся к характеристике механических свойств материала. Существуют механически мягкие, но магнитотвердые материалы и наоборот.

У магнитомягких материалов маленькая коэрцитивная сила, узкая петля гистерезиса, они легко намагничиваются и перемагничиваются. Используются для изготовления сердечников реле, электрических машин, измерительных приборов, дросселей, трансформаторов, усилителей, магнитных экранов и т.д. Все магнитомягкие материалы делятся на 3 группы:

1. Сталь электротехническая тонколистовая и сортовая нелегированная (техническое железо ), ГОСТ3836 -73 и 11035-75;

2. Сталь электротехническая кремнистая, ГОСТ21427-78;

3. Прецизионные магнитомягкие сплавы, ГОСТ10160-75.

 

Для сталей первых двух групп разработана чисто цифровая система. Нелегированные стали обозначаются пятизначной цифрой: 10895, 20895, 10880, 20880, 10864, 20864, 11895,21895, 11880, 21880, 11864, 21864.

Первая цифра в марке обозначает способ изготовления стали: 1-горячекатанная, 2-холоднотянутая. Вторая цифра "0" или "1" обозначает, что сталь не легирована и имеет нормируемый или ненормируемый коэффициент старения (упрочнения); третья, четвертая и пятая цифры в марке обозначает магнитные характеристики.

Сталь кремнистая электротехническая имеет четырехзначную цифровую марку. Первая цифра может варьироваться от одного до трех и обозначает способ изготовления стали: 1- горячекатанная, 2- холоднотянутая, 3- текстурованная.

Вторая цифра показывает содержание кремния и может варьироваться от нуля до 5, что соответствует примерно среднему содержанию кремния в целых процентах. Две последние цифры указывают на магнитные характеристики:

1211 (Si2%), 1312 (Si3%), 1413 (Si4%), 1514 (Si5%) - горячекатанная сталь;

2111 (Si1%), 2212 (Si2%), 2312 (Si3%), 2412 (Si4%), - холоднокатанная сталь;

3411 (Si4%), 3412 (Si4%), 3413 (Si4%), 3415 (Si4%) - текстурованная сталь.

Третья группа сплавов содержит никеля от 45 до 78% с добавками железа и кобальта. Эти сплавы называются пермаллоями и используются в приборе для работы в слабых полях.

Если в качестве электротехнической стали используется практически безуглеродистые сплавы, то для постоянных магнитов используется сталь с содержанием углерода около 1%. Улучшение магнитных свойств достигается легированием хромом, вольфрамом, молибденом и кобальтом. Маркируются эти стали буквой Е, которая ставится первой в марке, далее обозначение стандартное. Поставляются стали по ГОСТ6862-71: ЕХ3, ЕВ6, ЕХ5К5,ЕХ9К15М2. Стали используются после закалки и отпуска.

 

 

1.5.7. Стали специальных способов выплавки

 

Для получения высококачественного металла применяют различные способы обработки жидкого металла или переплава с целью удаления вредных примесей, газов, неметаллических включений, повышение однородности структуры. Эти дополнительные способы переработки находят дополнительное отражение в написании марки стали:

1. 15ХА-СШ, 12Х2Н4МА-СШ, 35ХМФА-СШ, 35ХН3МА-СШ стали, прошедшие дополнительную обработку синтетическими шлаками в ковше.

2. ШХ15-Ш, ШХ15СГ-Ш, 95Х18-Ш, 18Х2Н4МА-Ш – стали, подвергнутые электрошлаковому переплаву;

3. 12Х18Н10Т-ВИ, 03Х18Х12Б-ВИ – стали, выплавленные в вакуумно-индукционных печах.

 

1.5.8. Нестандартные легированные стали

 

Нестандартные стали выпускаются заводом "Элетросталь" и обозначаются сочетанием букв "ЭИ" (электросталь исследовательская) или «ЭП» (электросталь пробная). Легированную сталь, выпускаемую Златоустовским металлургическим заводом, маркируют буквами "ЗИ". Во всех случаях после буквенного индекса стоит порядковый номер стали, например, ЭИ417, ЭП767, ЗИ8 и т.д. Состав таких сталей можно найти только в специальных марочниках на электросталь. После освоения марки металлургическими и машиностроительными заводами условные обозначения заменяют общепринятой маркировкой, отражающей химический состав стали.

1.6. Чугуны

 

Сплавы железа с углеродом, в которых содержание углерода превышает 2%, называются чугунами. Углерод в чугуне может находиться в двух состояниях: связанном в виде соединения Fe₃C и свободном в виде графита. Чугуны, в которых углерод полностью связан, называются белыми. Соединение Fe₃C называется цементитом. Цементит очень твёрдый, но хрупкий. Поэтому белые чугуны не нашли промышленного применения.

Чугуны, содержащие основную массу углерода в виде графита, называются графитными или графитосодержащими. В зависимости от технологии получения графитных чугунов форма графитных включений различна. В свою очередь, от формы графитных включений зависит уровень механических свойств чугунов.По форме графита чугуны делятся на 3 группы: серые, высокопрочные и ковкие.

Серые чугуны имеют пластинчатую форму графита. Графит такой формы, являясь по существу трещиной или надрезом внутри металла, особенно сильно ослабляет чугун при приложении растягивающей нагрузки, поэтому прочностные характеристики его не высоки. Серый чугун маркируется буквами СЧ и двузначной цифрой, показывающей минимальное значение предела прочности на растяжение.

МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СЕРОГО ЧУГУНА (гост 1412-85)

Таблица 1.11

 

Марка чугуна	Предел прочности при растяжении, sв, МПа (кгс/мм2)	Твердость, НВ, кгс/мм2, не более	Примечание
СЧ10	³ 100(10)
СЧ15	³ 150(15)
СЧ20	³ 200(20)
СЧ25	³ 250(25)
СЧ30	³ 300 (30)
СЧ35	³350 (35)
СЧ18	³ 180 (18)	Не оговорено ГОСТ1412-85	Допускается по требованию потребителя.
СЧ21	³ 210 (21)	То же	То же
СЧ24	³ 240 (24)	То же	То же

 

Серый чугун обладает рядом положительный качеств, благодаря чему он нашел широкое применение: обладает высокими литейными свойствами, хорошо обрабатывается на станках, ему присущи хорошие антифрикционные свойства, он дешев.

Высокопрочный чугун имеет шаровидную форму графита. Округлые включения не создают резкой концентрации напряжений, поэтому такой чугун лучше сопротивляется растягивающей нагрузке. Получают шаровидную форму графита путем введения в чугун перед разливкой магния. Условное обозначение марки включает буквы ВЧ и цифры, показывающие минимальное значение предела прочности при растяжении.

 

МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ВЫСОКОПРОЧНОГО ЧУГУНА (ГОСТ 7293-85)

Таблица 1.12

Марка чугуна	Предел прочности при растяжении, sв, МПа (кгс/мм2)	Предел текучести, sт, МПа (кгс/мм2)	Относительное удлинение, d, %	Твердость по Бринеллю, НВ
не менее
ВЧ35	350(35)	220(22)		140-170
ВЧ40	400(40)	250(25)		140-202
ВЧ45	450(45)	310(31)		140-225
ВЧ50	500(50)	320(32)		153-225
ВЧ60	600(60)	370(37)		192-277
ВЧ70	700(70)	420(42)		228-302
ВЧ80	800(80)	480(48)		248-351
ВЧ100	1000(100)	700(70)		270-360

 

Благодаря высоким прочностным характеристикам высокопрочный чугун применяют вместо стали для изготовления особо нагруженных деталей: коленчатых валов, распредвалов, различных кулачковых валиков и т.д.

Ковкий чугун имеет хлопьевидную форму графита и по прочности занимает промежуточное положение между серыми и высокопрочными чугунами. Получают такой чугун отжигом (томлением) белого чугуна.

Ковкий чугун маркируют буквами КЧ, означающими ковкий чугун, затем идут два числа: первое число показывает предел прочности при растяжении, второе - относительное удлинение. Например, марка КЧ60-3 означает, что чугун имеет s_в=60кгс/мм² и d=3%.

Ковкий чугун применяют для изготовления деталей, работающих при ударных и вибрационных нагрузках. Ковкий чугун применяют главным образом для тонкостенных деталей в отличие от высокопрочного чугуна, который используется для деталей большого сечения.

МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КОВКОГО ЧУГУНА

(ГОСТ 1215-79)

Таблица 1.13

Марка ковкого чугуна	Предел прочности при растяжении, sв, МПа (кгс/мм2),	Относительное удлинение, d, %	Твердость по Бринелю, НВ
не менее
КЧ30-6	294(30)		100-163
КЧ33-8	323(33)		100-163
КЧ36-10	333(35)		100-163
КЧ37-12	362(37)		110-163
КЧ45-7	441(45)	7*	150-207
КЧ50-5	490(50)	5*	170-230
КЧ55-4	539(55)	4*	192-241
КЧ60-3	588(60)		200-260
КЧ65-3	637(65)		212-269
КЧ70-2	686(70)		241-285
КЧ80-1,5	784(80)	1,5	270-320
*- по согласованию изготовителя с потребителем допускается понижение на 1%.

 

1.7. Порошковые материалы.

 

Порошковыми называются материалы, изготовленные из металлических порошков или их смесей с неметаллическими порошками. Порошком считается смесь частиц размером до 1мм. Образование изделий из порошков основано на принципах технологии изготовления керамических изделий (кирпичей, фарфора, силикатных плиток и т.д.) путем прессования смесей порошков, спекания подготовленных композиций при температурах, обеспечивающих схватывание в монолитное металлокерамическое изделие без полного расплавления. Часто путем спекания получают столь разнородные по природе композиции, которые невозможно получить через расплавление. Производство деталей по металлокерамической технологии практически не имеет отходов, т.е. характерно самым высоким коэффициентом использования металла. Создание биметаллических изделий, где подложкой может служить недорогой материал, позволяет экономить дорогие или дефицитные материалы. А также изделия как металлические пористые фильтры невозможно получить какой-либо другой технологией, кроме спекания порошков. При получении вольфрама, молибдена, ниобия, титана, тантала и других материалов металлокерамика единственный способ получения монолитных полуфабрикатов для дальнейшей переработки. Эта технология широко используется для получения изделий радиоэлектроники и электротехники (ферриты, магнитотвердые спеченные материалы, термоэлементы, контакты, резисторы и т.д.), для изготовления узлов трения (фрикционные и антифрикционные материалы), материалы и изделия для атомной энергетики.

Но наибольшую известность и распространение получили инструментальные сверхтвердые материалы. Они состоят из карбидной фракции (WС, ТiС, ТаС) и кобальтовой металлической связки. По химическому составу инструментальная металлокерамика делится на 3 группы:

1. Вольфрамо-кобальтовая (или вольфрамовая), обозначаемая буквами ВК и цифрой, показывающей содержание кобальта; сплав ВК3 содержит 3% кобальта и 97% WC;

2. Титано-вольфрамо-кобальтовая (или титановая) обозначается буквами ТК; цифра, стоящая после буквы Т, указывает количество карбидов титана, цифра после К - количество кобальта, остальное WC; сплав Т5К10 содержит 5% ТiC, 10%Со, 85% WC;

3. Титано-тантало-вольфрамо-кобальтовые сплавы (или титано-танталовые) обозначаются индексом ТТК, цифра после букв ТТ показывает суммарное содержание ТiC + ТаС, цифра после буквы К - содержание кобальта, остальное WC; в сплаве ТТ7К12 содержится 12%Со, 81% WC, 7% ТiC +ТаС.

ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ (%) И ТВЕРДОСТЬ НЕКОТОРЫХ МЕТАЛЛОКЕРАМИЧЕСКИХ ТВЕРДЫХ СПЛАВОВ

(ГОСТ 3882-74)

Таблица 1.14

Сплав	Карбид вольфрама	Карбид титана	Карбид тантала	Кобальт	Твердость, НRА, не менее
ВК3		-	-		89,5
ВК3М		-	-		91,0
ВК6		-	-		88,5
ВК6М		-	-		90,0
ВК6В		-	-		87,5
ВК15		-	-		86,0
ВК25		-	-		83,0
Т3ОК4			-		92,0
Т15К6			-		90,0
Т14К8			-		89,5
Т6К10			-		88,5
ТТ7К12					87,0
ТТ10К8					89,0