ТЕХНОЛОГИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ.

ТЕХНОЛОГИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Методические указания

по выполнению лабораторных работ

для направления 150100.62 «Металлургия»

Лысьва, 2008 г.

Материаловедение. Технология конструкционных материалов: Методические указания по выполнению лабораторных работ по дисциплине «Материаловедение. Технология конструкционных материалов»

Материаловедение. Технология конструкционных материалов/ редакция.: Т.О. Сошина. ЛФ ПГТУ, Лысьва 2008. – 99 с.

В методических указаниях содержится описание лабораторных работ, рассмотрены краткие теоретические сведения. Рассмотрение темы выходит за рамки данных методических указаний.

Методические указания предназначены для студентов направления 150100.62 «Металлургия» дневного, вечернего и заочного отделений, изучающих курс «Материаловедение. Технология конструкционных материалов».

Рис. 21, библиогр.: 7 назв.

Методические указания рассмотрены и утверждены на заседании кафедры ТД от 25 января 2008г., протокол №5.

СОДЕРЖАНИЕ

1. Лабораторная работа № 1: Классификация и маркировка сталей

и сплавов 4

2. Лабораторная работа № 2: Применение сталей и сплавов

в промышленности 19

3. Лабораторная работа № 3: Определение марки стали по искре 36

4. Лабораторная работа № 4: Исследование свойств материалов

при одноосном растяжении 43

5. Лабораторная работа № 5: Испытание формовочных смесей 50

6. Лабораторная работа № 6: Разработка технологического

процесса изготовления отливки 55

7. Лабораторная работа № 7: Технология производства стали в

мартеновских печах 77

8. Лабораторная работа № 8: Разработка технологического

процесса свободной ковки 78

Лабораторная работа №1

КЛАССИФИКАЦИЯ И МАРКИРОВКА СТАЛЕЙ И СПЛАВОВ

Цель работы: Ознакомиться с принципами классификации и маркировки сталей, цветных сплавов, чугунов; освоить маркировку сталей по Российским стандартам и по Евронормам.

КЛАССИФИКАЦИЯ СТАЛЕЙ

Все выпускаемые стали можно разделить на следующие группы в зависимости от классифицирующего признака.

I. По металлургическому качеству.

Эта классификация определяет условия металлургического производства и контроля сталей и содержание в них вредных примесей, прежде всего серы и фосфора. По этому признаку стали делятся на четыре класса:

1. Стали обыкновенного качества . По химическому составу – углеродистая сталь, содержащая до 0, 6 %С. Сталь выплавляется в конвертерах или в мартеновских печах, разливается в крупные слитки (а также способом непрерывной разливки) и является поэтому более дешевой. Эти стали могут иметь суммарное содержание серы до 0, 050 % и фосфора до 0, 040 %. Ликвация в сталях этого класса значительнее, чем в рассматриваемых ниже других сталях. Эти стали могут иметь повышенное (по сравнению со сталями следующих классов) количество неметаллических включений.

2. Качественные стали. По химическому составу это углеродистые или легированные стали, выплавляемые в конвертерах и в основных мартеновских печах с соблюдением более строгих требований к составу шихты, процессам плавки и разливки. Для них содержание серы не должно превышать 0, 040 % и фосфора – 0, 035 %. Неметаллических включений в этих сталях меньше, чем в сталях обыкновенного качества. Колебания в содержании углерода в пределах марки не должны превышать 0, 08%.

3. Высококачественные стали . По химическому составу – главным образом более легированные стали, выплавляемые преимущественно в электрических, а также в кислых мартеновских печах. Содержание серы и фосфора для этой группы сталей не должно превышать 0, 025% каждого. Стали имеют также повышенную чистоту по неметаллическим включениям. Колебания в содержании углерода в пределах марки должны быть не более 0, 07%.

4. Особо высококачественные стали. Выплавляются в электрических печах с электрошлаковым переплавом (или другими совершенными методами) и имеют содержание серы до 0, 015 % и фосфора – до 0, 025%. Содержание углерода и легирующих элементов такое же, как и в соответствующих марках высококачественных сталей. Содержание примесей в таких сталях настолько мало, что его указывают в особых единицах – ppm (от англ. parts per million) количество атомов примеси на миллион атомов железа.

II. По химическому составу.

Классифицирующим признаком этих сталей является содержание в них углерода и легирующих элементов.

В свою очередь, по содержанию в стали углерода и легирующих элементов можно произвести следующее деление:

Углеродистые стали	Легированные стали
Низкоуглеродистые – менее 0, 3% С	Низколегированные – суммарное содержание легирующих элементов – менее 3 %
Среднеуглеродистые – от 0, 3 до 0, 65%С	Среднелегированные – суммарное содержание легирующих элементов – от 3 до 10 %
Высокоуглеродистые – более 0, 65 % С	Высоколегированные – суммарное содержание легирующих элементов – от 10 до 50 %

Легированные стали в зависимости от введенных элементов подразделяют на хромистые, марганцовистые, хромоникелевые и многие другие.

III. По назначению. Стали делятся на следующие классы:

1. Конструкционные – это стали, предназначенные для изготовления деталей машин, приборов, инженерных конструкций, подвергающиеся механическим нагрузкам.

2. Инструментальные – это стали, предназначенные для изготовления инструмента.

IV. По степени раскисления и характеру затвердевания стали классифицируют на спокойные, полуспокойные и кипящие. Раскисление – процесс удаления из жидкого металла кислорода, проводимый для предотвращения хрупкого разрушения стали при горячей деформации. Спокойные стали раскисляют марганцем, кремнием и алюминием. Они содержат мало кислорода и затвердевают спокойно, без газовыделения. Кипящие стали раскисляют только марганцем. Перед разливкой в них содержится повышенное количество кислорода, который при затвердевании стали, взаимодействуя с углеродом, удаляется в виде СО. Выделение пузырей СО создает впечатление кипения стали, с чем и связано ее название. Кипящие стали дешевы, их производят низкоуглеродистыми и практически без кремния, но с повышенным количеством газообразных примесей. Полуспокойные стали по степени раскисления занимают промежуточное положение между спокойными и кипящими.

V. По структуре. При этой классификации учитывают особенности строения стали в отожженном и нормализованном состояниях. По структуре в отожженном состоянии стали разделяют на следующие классы: доэвтектоидные, эвтектоидные и заэвтектоидные.

МАРКИРОВКА СТАЛЕЙ В РОССИИ

МАРКИРОВКА СТАЛЕЙ ПО ЕВРОНОРМАМ

МАРКИРОВКА ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

Медь и ее сплавы

По чистоте медь подразделяется на марки

МВЧк – содержание Cu и Ag не менее 99, 993 Cu.

МОО – 99, 99 Cu

МО – 99, 95 Cu

М1 – 99, 9 Cu

М2 – 99, 7 Cu

М3 – 99, 5 Cu

После изготовления марки указывают способ изготовления меди: к – катодная, б – без кислородная, р – раскисленная. Медь огневого рафинирования не обозначается.

Например: МООк – технически чистая катодная медь, содержащая не менее 99, 99% меди и серебра.

М3 – технически чистая медь огневого рафинирования, содержит не менее 99, 5 % меди и серебра.

Медные сплавы подразделяются на бронзы и латуни.

Бронзы и латуни

Латуни – сплавы меди с цинком с небольшим содержанием алюминия, кремния, свинца, никеля, марганца.. Обозначается Л

Деформируемые латуни маркируются буквой Л, за которой следует число, показывающее содержание меди в процентах, например в латуни Л62 содержится 62 % меди и 38 % цинка.

Если кроме меди и цинка, имеются другие элементы, то ставятся их начальные буквы (А – алюминий, Мц –марганец, С – свинец, Б – бериллий, Мг – марганец, Ср – серебро, Ж – железо, Мш – мышьяк, Су – сурьма, К – кремний, Н – никель, Т – титан, Кд – кадмий, О – олово, Ф – фосфор, Х – хром, Ц – цинк).

Количество этих элементов обозначается соответствующими цифрами после числа, показывающего содержание меди.

Например: сплав ЛАЖ60-1-1 содержит 60 % меди, 1 % алюминия, 1 % железа и 38 % цинка.

Литейные латуни также маркируются буквой Л, После буквенного обозначения основного легирующего элемента (цинк) и каждого последующего ставится цифра, указывающая его усредненное содержание в сплаве.

Например: ЛЦ23А6Ж3Мц2 – латунь, содержит 23 % цинка, 6 % алюминия, 3 % железа, 2 % марганца.

ЛЦ40Мц3Ж – латунь, содержащая 40% цинка, 3% марганца, 1% железа, остальное медь.

ЛАМш77 – 2 – 0, 05 – латунь, содержащая 77% меди, 2% алюминия, 0, 05 мышьяка, остальное цинк.

Л96 – латунь, содержащая 96% меди, остальное цинк.

Наилучшей жидкотекучестью обладает латунь марки ЛЦ16К4. К литейным латуням относятся латуни типа ЛС, ЛК, ЛА, ЛАЖ, ЛАЖМц.

Бронзы – сплавы меди с оловом, свинцом, алюминием, кремнием, сурьмой и фосфором. Обозначается Бр.

При маркировке деформируемых бронз на первом месте ставятся буквы Бр, затем буквы, указывающие, какие элементы, кроме меди, входят в состав сплава. После букв идут цифры, показывающие содержание компонентов в сплаве.

Например: БрОФ10-1 означает, что в бронзу входит 10 % олова, 1 % фосфора, остальное – медь.

БрА9Мц2Л – бронза, содержащая 9% алюминия, 2% марганца, остальное медь. Буква Л указывает на то, что сплав литейный.

БрО3Ц12С5 содержит 3 % олова, 12 % цинка, 5 % свинца, остальное – медь.

Магний и его сплавы

Деформируемые магниевые сплавы.

Деформируемые сплавы маркируют МА1, МА8, МА9, ВМ 5—1.

Из деформируемых магниевых сплавов изготавливают детали автомашин, самолетов, прядильных и ткацких станков. В большинстве случаев эти сплавы обладают удовлетворительной свариваемостью.

Литейные магниевые сплавы.

Литейные сплавы маркируются МЛ3, МЛ5, ВМЛ–1. Последний сплав является жаропрочным, может работать при температурах до 300^oС.

Отливки изготавливают литьем в землю, в кокиль, под давлением. Необходимы меры, предотвращающие загорание сплава при плавке, в процессе литья.

Например:

МА1 – деформируемый магниевый сплав № 1.

МЛ19 – литейный магниевый сплав № 19.

Алюминий и его сплавы

Технически чистый алюминий маркируется буквой А.

В зависимости от степени чистоты:

- особой чистоты – А999 (99, 999 % Al).

- высокой чистоты – А995 (99, 995 % Al), А95 (99, 995 % Al);

- технической чистоты – А 85 (99, 985 % Al), А7Е, АО (от 99, 85 до 99% % Al)и др.

Буква Е – повышенное содержание железа и пониженное кремния.

Алюминиевые сплавы

Принцип маркировки алюминиевых сплавов. В начале указывается тип сплава: Д – сплавы типа дюралюминов; А – технический алюминий; АК – ковкие алюминиевые сплавы; В – высокопрочные сплавы; АЛ – литейные сплавы.

Далее указывается условный номер сплава. За условным номером следует обозначение, характеризующее состояние сплава: М – мягкий (отожженный); Т – термически обработанный (закалка плюс старение); Н – нагартованный; П – полунагартованный (АМг3П)

По технологическим свойствам сплавы подразделяются на три группы:

1. деформируемые сплавы, не упрочняемые термической обработкой: Обозначаются сплавы: с марганцем – АМц, с магнием – АМг; после обозначения элемента указывается его содержание в процентах: АМг3 АМц, АМцС, АМг1, АМг4, 6.

2. деформируемые сплавы, упрочняемые термической обработкой: к таким сплавам относятся дюралюмины. Маркируются буквой Д и порядковым номером: Д1, Д12, Д18, АК4, АК8.

Чистый деформированный алюминий – АД0, АД1, АД (разный процент алюминия).

Высокопрочными стареющими сплавами являются сплавы, которые кроме меди и магния содержат цинк. Сплавы В95, В96 имеют предел прочности около 650 МПа.

Ковочные алюминиевые сплавы АК:, АК8 применяются для изготовления поковок.

Иногда маркируют АК7М2, АК21М2. В этом случае М – медь, К – кремний, Ц – цинк, Н – никель, цифра – содержание в процентах.

3. литейные сплавы: к литейным сплавам относятся сплавы системы алюминий – кремний (силумины), содержащие 10…13 % кремния. Литейные сплавы маркируются от АЛ2 до АЛ20.

Методами порошковой металлургии изготовляют спеченные алюминиевые сплавы (САС) испеченные алюминиевые порошковые сплавы (САП).

Титан и его сплавы

Маркируется ВТ, 0Т и порядковым номером.

Титановые сплавы делятся на деформируемы и литейные.

Деформируемые ВТ1-00, ВТ1-0, 0Т4-0 имеют предел прочности не более 60 кг/мм² и их считают сплавами повышенной пластичности. Применяют для изготовления деталей сложной формы.

Деформируемы сплавы средней прочности ВТ5, ВТ5-1, 0Т4, ВТ4, ВТ6, ВТ16, ВТ14 характеризуются пределом прочности на уровне 60 - 100 кг/мм² и удовлетворительной технологической пластичностью. Применяют для листовой штамповки, сварки.

Деформируемы высокопрочные сплавы ВТ14, ВТ3-1, ВТ6-6С, ВТ-23, ВТ-15, ВТ9 имеют предел прочности выше 100 кг/мм².

Деформируемые жаропрочные сплавы ВТ3 – 1, ВТ9, ВТ8, ВТ18 предназначены для работы при повышенных температурах 450 – 500С.

Литейные сплавы ВТ1Л, ВТ5Л, ВТ3-1Л, ВТ-6Л, ВТ-9Л, ВТ-14Л характеризуются хорошими литейными свойствами и имеют достаточно высокую прочность.

Марка ВТ означает «ВИАМ титан».

Марка ОТ означает «Опытный титан» - сплавы, разработанные совместно ВИАМом и заводом ВСМПО (г. Верхняя Салда, Свердловской области).

Марка ПТ означает «Прометей титан» - разработчик ЦНИИ КМ («Прометей», г. Санкт-Петербург.)

Иногда в марку сплава добавляют буквы

«У» - улучшенный

«М» - модифицированный,

«И» - специального назначения.

«Л» - литейный сплав,

«В» - сплав, где марганец заменен эквивалентным количеством ванадия.

Например: ВТ1-00, ВТ3 – 1, ВТ4 иногда 0Т4 – 0, 0Т4 – 1, ПТ – 7М.

Порядок выполнения работы

1. Выполнить контрольное задание для своего варианта.

2. Составить отчет.

Содержание отчета

1. Название работы.

2. Цель работы.

3. Краткие сведения из теории:

3.1. Принцип маркировки сталей в России.

3.2. Принцип маркировки сталей по Евронормам.

3.3. Маркировка цветных металлов и сплавов.

3.4. Маркировка чугунов.

4. Маркировка сталей в России.

Описать стали, цветные металлы, сплавы и чугуны, данные в контрольном задании, по следующей схеме:

Марка; металлургическое качество (а), назначение (б), среднее содержание углерода (в) и легирующих элементов (г).

5. Маркировка сталей по Евронормам. Результаты занести в таблицу:

Заданная марка стали (EU)	Среднее содержание углерода и легирующих элементов, %	Марка стали (РФ)

Контрольные вопросы

1. Обозначить общие признаки материала, которые отражает его обозначение (марка)?

2. Описать структуру обозначения углеродистых сталей? Привести пример?

3. Описать структуру обозначения легированных сталей? Привести пример?

4. Особенности системы маркировки сталей за рубежом?

5. Определение конструкционной стали. Применение?

6. Определение углеродистой стали. Применение?

7. Назначьте марку стали для изготовления коленчатых валов тихоходных и быстроходных двигателей, зубчатых колес?

8. Назначьте материал для изготовления режущего инструмента: развертка, зенкер, сверло для НВ 260-280?

9. Составьте марку стали: легированная конструкционная высококачественная со средним содержание углерода 0, 20 %, хрома – 4%, содержание никеля и ванадия до 1 %?

10. Составьте марку стали: легированная инструментальная качественная со средним содержанием углерода 0, 9 %, марганца – 2%, кремния до 1%?

Контрольные задания

I. Определить металлургическое качество, назначение, среднее содержание углерода и легирующих элементов в сталях:

1. 50ХФА, сталь 45, У10, ХВГ, Р9Ф

2. ШХ15, Х12М, сталь 85, 40ХН2МА, Р9К10

3. 20ХН4ФА, У8А, сталь 15, 9ХС, Р12Ф3

4. 07Х3ГНМ, 3Х2В8Ф, У9А, Х12Ф1, Р12

5. 12Х2Н4А-Ш, 5ХНМ, Х12ВМ, У12А, Р6М5К5

6. 4Х5МФС, сталь 15, ХВГ, 70С3А, Р6М5

7. 12Х18Н9Т, 9Х2, У9А, Х, Р18

8. Х6ВФ, 20ХН, У8А, сталь55Л, Р9

9. 18ХНТ, сталь 40, У10А, 60С2ХВА, Р6М5Ф3

10. 95Х18, У7А, Х6ВФ, сталь 15, Р12Ф3

11. 9ХС, У12А, сталь 75, 08Х18Н10Т, Р14Ф4

12. 38Х43МФА, сталь 45, Х12М, У9А, Р3М3

13. ШХ6, 3Х2В8Ф, У7А, сталь 65, Р6М3

14. 38Х2МЮА, 6ХС, сталь 30, У8А, 8Х4В9Ф2

15. Р9, 7Х2СМФ, 20Х2Н4ВА, У10, Р9Ф

16. 4Х2НМФ, сталь 85, У7А, 10Х14АГ15, Р9К10

17. У9, 40ХФА, Х12М, сталь 05 кп, Р12Ф3

18. 09Г2С, А40Г, 4Х5МФС, У7, Р12

19. ШХ15СГ, У12А, 3Х2Н2, МВФ, 10Г2БД, Р6М5К5

20. А30, 9Х2МФ, У8А, 10Х3ГНМЮФТ, Р6М5

21. 16Г2АФ, Р6М5Х6, сталь 45, У13А, Р18

22. У9, 5ХНТ, 40ХН2МА, сталь 25, Р9

23. 20ХГНР, У10, сталь 10, Х6ВФ, Р6М5Ф3

24. ХВГ, У12А, сталь 55, 20ХН4ФА, Р12Ф3

25. 38ХА, сталь 35, 9ХВГ, У9, Р14Ф4

II. Определить среднее содержание углерода и легирующих элементов по заданной марке стали (EU). Привести маркировку этих же сталей по стандартам России.

1. 9S27, 67SiCr5, X8CrNi12-12

2. 41Cr4, 9SMn22, X40CrMo13

3. 15Cr3, 28NiCrMo4, X8CrNiMoNb18-10

4. 35S20, 30WCrV17-9, X8CrNiMoTi18-10

5. 9S20, 60SiMn7, X12MnCr18-10

6. 60S20, 27CrAI6, X8CrMoTi17

7. 12Ni19, 9S25, X8Cr17

8. 45S20, 28NiCrMo4-4, X12CrNiMo18-18

9. 14Ni6, 13CrV5-3, X15CrNiSi25-20

10. 22S20, 20CrMoV13-5, X15CrNiSi20-13

11. C40, 42CrV6, X12CrNiMo18-18

12. 120Mn50, 14NiCr14, X10CrAI24

13. C25, 28NiCr6, X18CrNiMo18-11

14. 37MnSi5, 30WCrV17-9, X10Cr13

15. 34Cr4, 50MnSi4, X10CrAI13

16. 9SMn22, 10CrMo4-4, X8CrMoTi17

17. 40S20, 30MnCrTi5, X8CrNi30-10

18. C100, 42MnV7, X12CrNi12-7

19. 5Ti5, 70MnCrTi8, X12MnCr18-12

20. C60, 37MnV7, X10CrAI24

21. 10Si4, 42CrMoV6-7, X8CrNiMoTi18-11

22. 40S20, 8CrMo25, X40Cr13

23. 10Mn4, 62SiCr5, X5CrNiNb20

24. C120, 9MnNi4, X2CrNiMo19-13

25. C60, 50MnCrTi4, X12CrNi17-7

III. Расшифруйте марки цветных металлов, сплавов и чугунов:

1. СЧ25, АМц3, МЛ3, ЭИ958

2. ВЧ45, БрА9Мц2Л, ВТ1 -0, ЭИ959

3. КЧ50, БрА7Мц15ЖЗН2Ц2, А6, ДИ55

4. АЧС-4, АД0Е, ОТ4-1, ДИ77

5. АЧК-1, АЛ33, МЛ19, ЭП99

6. АВЧ-1, ЛС63-2, ВТ5, ЭП24

7. СЧ10, ЛА77-2, Д16, ЭП109

8. ВЧ10, АЛ25, МА15, ЭП209

9. КЧ45, БрСу3Н3Ц3С20Ф, А8, ЭП369

10. ЛЦ40Мц3А, АЛ21, ВТ20, ЭП406

11. АЧВ-2, АК4М4, МЛ6, ЭИ993

12. ЛС59-1, Д12, ПТ-7М, ЭИ179

13. Л68, А5Е, МА-12, ЭИ578

14. КЧ60, АЛ2, МА11, ЭИ645

15. ВЧ80, БрА7Мц15ЖЗН2Ц2, АК9, ЭИ107

16. СЧ15, АМг6, ВТ1-0, ЭИ2

17. СЧ18, ЛЦ23АБЖ3Мц2, Д16, ЭИ10

18. ВЧ70, ЛАМш77 – 2 – 0, 05, МА18, ЭИ736

19. СЧ24, Д18, МА19, ЭИ626

20. КЧ63, ЛК80-3, ВТ22, ЭП 407

21. АЧС-6, АК-7, МЛ12, ЭП428

22. ВЧ40, АЛ9, ПТ-3В, ЭП830

23. СЧ20, ЛЦ38Мц2С2, АМг2, ЭИ579

24. КЧ35, АД0, ВТ14, ЭИ404

25. А7, ВТ9, МЛ9, ДИ77

Лабораторная работа № 2

И легирующих элементов

Углерод оказывает основное влияние на свойства стали. С увеличением содержания углерода в стали повышается ее твердость и прочность, уменьшается пластичность. Максимальная прочность стали достигается при содержании углерода 0, 9%, при большем содержании углерода прочность уменьшается – это объясняется появлением в структуре вторичного цементита (сталь становится хрупкой).

Марганец и кремний являются полезными примесями в стали. Их добавляют в сталь при ее выплавке для удаления окислов железа. Положительное влияние марганца проявляется еще и в том, что он устраняет вредные сернистые соединения. Марганец и кремний в стали повышают ее твердость, прочность, но при этом снижают пластичность.

Сера попадает в сталь из чугуна, а в чугун из кокса и руды. Присутствие серы в стали снижает ее динамическую и усталостную прочность, а также износостойкость. Поэтому содержание серы в стали строго ограничено.

Фосфор, как и сера, попадает в сталь из руд. Фосфор повышает твердость и прочность стали, но снижает ее пластичность, поэтому при обычных температурах сталь становится хрупкой. Фосфор улучшает обрабатываемость резанием.

Легирующие элементы по разному влияют на механические свойства стали. Марганец и кремний – значительно повышают твердость, но снижают вязкость. Вольфрам и молибден – повышают твердость, снижают вязкость. Введение этих элементов в сталь снизит отпускную хрупкость стали. Хром в очень малой степени влияет на твердость и вязкость. Никель оказывает самое благоприятное воздействие – интенсивно повышает твердость, не снижая вязкости.

Легированием стали (различными элементами и в различном количестве) с применением термообработки можно получить по сравнению с углеродистой сталью большую вязкость при одинаковой прочности, и даже более высокие прочность и вязкость. Легированием можно получить нержавеющую сталь, кислостойкую, жаропрочную, немагнитную, магнитную, с особыми тепловыми и электрическими свойствами

Конструкционные стали

К конструкционным сталям, из которых изготовляют самые разнообразные конструкции, детали машин для различных отраслей промышленности, предъявляют требования высоких механических свойств, технологичности в обработке (хорошая обрабатываемость давлением, резанием, свариваемость) и дешевизны. Конструкционная сталь, в зависимости от условий работы деталей, должна иметь высокие прочность и пластичность (как при комнатной, так и при повышенных и низких температурах), упругость, хорошо сопротивляться ударной нагрузке, изнашиванию, усталости, хрупкому разрушению.

1.1. Конструкционные строительные стали

Для сварных и клепаных конструкций в строительстве, мостостроении, судостроении применяют углеродистые стали обыкновенного качества (при незначительных напряжениях в конструкциях) и низколегированные стали с невысоким содержанием углерода (при более высоких напряжениях). К ним предъявляют требования достаточно высоких прочности и ударной вязкости, как при обычной, так и при пониженной температурах, хорошей свариваемости.

Таблица 1. Применение углеродистых сталей обыкновенного качества

Углеродистые стали обыкновенного качества
Ст0	Для второстепенных элементов конструкций и неответственных деталей: настилы, арматура, шайбы, перила, кожухи, обшивки и др.
Ст2кп Ст2пс Ст2сп	Неответственные детали, требующие повышенной пластичности, малонагруженные элементы сварных конструкций, работающие при постоянных нагрузках и положительных температурах.
Ст3кп	Для второстепенных и малонагруженных элементов сварных и несварных конструкций, работающих в интервале температур от -10 до 400 град С.
Ст3пс Ст3сп	Несущие и не несущие элементы сварных и не сварных конструкций и деталей, работающих при положительных температурах. Фасонный и листовой прокат (5 категории) толщиной до 10 мм для несущих элементов сварных конструкций, работающих при переменных нагрузках в интервале от -40 до +425 град С.
Ст3Гпс	Фасонный и листовой прокат толщиной от 10 до 36 мм для несущих элементов сварных конструкций, работающих при переменных нагрузках в интервале от -40 до +425 град С.
Cт4кп	Сварные, клепанные и болтовые конструкции повышенной прочности в виде сортового, фасонного и листового проката, а также для малонагруженных деталей.
Ст4пс	Сварные, клепанные и болтовые конструкции повышенной прочности в виде сортового и листового проката, а также для малонагруженных деталей типа валов, осей, втулок и др.
Ст5пс Ст5сп	Детали клепанных конструкций, болты, гайки, ручки, тяги, ходовые валики, втулки, цапфы, рычаги, упоры, штыри, пальцы, стержни, звездочки, трубчатые решетки, фланцы и другие детали, работающие в интервале от 0 до +425 град С; поковки сечение до 800 мм.
Ст6пс	Для деталей повышенной прочности: осей, валов, пальцев, поршней и т.д.
Ст6сп	Для деталей повышенной прочности: осей, валов, пальцев и других деталей в термообработанном состоянии, а также для стержневой арматуры периодического профиля.

Таблица 2. Применение низколегированных сталей

Низколегированная сталь
09Г2	Для деталей сварных конструкций, изготовляемых из листов. Обрабатывается резанием удовлетворительно.
09Г2С	Для паровых котлов, аппаратов и емкостей, работающих под давлением при температуре -70 - +450 °С; для ответственных листовых сварных конструкций в химическом и нефтяном машиностроении, судостроении. Хорошо свариваются. Обрабатываются резанием удовлетворительно
10ХСНД	Для сварных конструкций химического машиностроения, фасонных профилей в судостроении, вагоностроении
15ХСНД	Для деталей вагонов, строительных свай, сложных профилей в судостроении. Обладает повышенной коррозионной стойкостью
15ГФ	Для листовых сварных конструкций в вагоностроении. Обеспечивает высокое качество сварного шва. Штампуемость удовлетворительная

1.2. Листовая сталь для холодной штамповки

Для холодной штамповки применяют преимущественно тонколистовую сталь марки 08кп. В этой стали мало углерода (0, 05— 0, 11%) и кремния (0, 03%), что является положительным, так как углерод и кремний снижают способность стали к вытяжке.

1.3. Цементуемые (низкоуглеродистые) стали

Цементуемые углеродистые стали. Эти стали (15, 20) применяют для изготовления деталей небольших размеров, работающих на износ при малых нагрузках, когда прочность сердцевины не влияет на эксплуатационные свойства (втулки, валики, оси, шпильки и др.).

Цементуемые легированные стали целесообразно применять для тяжело нагруженных деталей и в том числе для деталей, в которых необходимо иметь высокую твердость и вязкость поверхностного слоя и достаточно прочную сердцевину. В легированных цементуемых сталях, несмотря на небольшое содержание углерода, благодаря значительному количеству легирующих примесей, гораздо легче получить при термической обработке более высокую прочность и вязкость сердцевины, поэтому из них изготовляют ответственные детали.

Стали хромистые (20Х), хромованадиевые (15ХФ), хромоникелевые (12ХН2). Их применяют для изготовления деталей небольших и средних размеров, работающих на износ при повышенных нагрузках (втулки, валики, оси, некоторые зубчатые колеса, кулачковые муфты, поршневые пальцы и др.).

Стали хромоникелевые (12ХНЗА, 20Х2Н4А), хромомарганцетитановые (18ХГТ, 25ХГТ), хромоникельмолибденовые (18Х2Н4МА). Их применяют для деталей средних и больших размеров, работающих на износ при высоких нагрузках (зубчатые колеса, поршневые пальцы, оси, ролики и др.).

1.4. Улучшаемые (среднеуглеродистые) стали

Эти стали называют улучшаемыми потому, что их часто подвергают улучшению — термической обработке, заключающейся в закалке и отпуске при высоких температурах. Улучшаемые стали должны иметь высокую прочность, пластичность, высокий предел выносливости, малую чувствительность к отпускной хрупкости, должны хорошо прокаливаться.

Углеродистые стали (35, 45). Эти стали дешевы, из них изготовляют детали, испытывающие небольшие напряжения (сталь 35), и детали, требующие повышенной прочности (сталь 45).

Хромистые стали (40Х, 45Х). Благодаря высокой прочности и достаточно хорошей прокаливаемости эти стали применяют для изготовления коленчатых валов, зубчатых колес, осей, валиков, рычагов, втулок, болтов, гаек. Детали из этих сталей закаливают в масле с температуры 820—850° С. В зависимости от предъявляемых требований отпуск деталей проводят при различных температурах.

Хромистые стали с 0, 001—0, 005% бора (З0ХРА, 40ХР). Они имеют повышенную прочность и прокаливаемость.

Хромоникелевые стали (40ХН, 45ХН). Они имеют после термической обработки высокую прочность и пластичность и хорошо сопротивляются ударным нагрузкам. Прочность стали придает хром, а пластичность — никель. Хромоникелевые стали прокаливаются на значительно большую глубину по сравнению не только с углеродистыми, но и другими легированными сталями. Указанные стали применяют для изготовления ответственных сильно нагруженных деталей — для шестерен, валов и т. п.

Таблица 4. Применение низко и среднеуглеродистых сталей

Низко и среднеуглеродистые стали
15, 20	Малонагруженные детали (валики, пальцы, упоры, копиры, оси, шестерни). Тонкие детали, работающие на истирание, рычаги, крюки, траверсы, вкладыши, болты, стяжки и др.
30, 35	Детали, испытывающие небольшие напряжения (оси, шпиндели, звездочки, тяги, траверсы, рычаги, диски, валы).
40, 45	Детали, от которых требуется повышенная прочность (коленчатые валы, шатуны, зубчатые венцы, распределительные валы, маховики, зубчатые колеса, шпильки, храповики, плунжеры, шпиндели, фрикционные диски, оси, муфты, зубчатые рейки, прокатные валки и др.)
50, 55	Зубчатые колеса, прокатные валки, штоки, бандажи, валы, эксцентрики, малонагруженные пружины и рессоры и др. Применяют после закалки с высоким отпуском и в нормализованном состоянии.
	Детали с высокими прочностными и упругими свойствами (прокатные валки, эксцентрики, шпиндели, пружинные кольца, пружины и диски сцепления, пружины амортизаторов). Применяют после закалки или после нормализации (крупные детали).
15Х	Пальцы поршневые, валы распределительные, толкатели, крестовины карданов, клапаны, мелкие детали, работающие в условиях износа при трении. Хорошо цементуется.
20Х	Кулачковые муфты, втулки, шпиндели, направляющие планки, плунжеры, оправки, копиры, шлицевые валики и др.
40Х	Для деталей, работающих на средних скоростях при средних давлениях (зубчатые колеса, шпиндели и валы в подшипниках качения, червячные валы).
45Х, 50Х	Для крупных деталей, работающих на средних скоростях при небольших давлениях (зубчатые колеса, шпиндели, валы в подшипниках качения, червячные и шлицевые валы). Обладают высокой прочностью и вязкостью.
38ХА	Для зубчатых колес, работающих на средних скоростях при средних давлениях.
50Г2	Для крупных малонагруженных деталей (шпиндели, валы, зубчатые колеса тяжелых станков).
18ХГТ	Для деталей, работающих на больших скоростях при высоких давлениях и ударных нагрузках (зубчатые колеса, шпиндели, кулачковые муфты, втулки и др.)
20ХГР	Для тяжелонагруженных деталей, работающих при больших скоростях и ударных нагрузках.
15ХФ	Для некрупных деталей, подвергаемых цементации и закалке с низким отпуском (зубчатые колеса, поршневые пальцы и др.)
40ХС	Для мелких деталей высокой прочности.
40ХФА	Для ответственных высокопрочных деталей, подвергаемых закалке и высокому отпуску; для средних и мелких деталей сложной конфигурации, работающих в условиях износа (рычаги, толкатели); для ответственных сварных конструкций, работающих при знакопеременных нагрузках.
35ХМ	Для валов, деталей турбин и крепежа, работающих при повышенной температуре.
45ХН, 50ХН	Аналогично применению стали 40Х, но для деталей больших размеров.

1.5. Пружинно-рессорные стали

Таблица 5. Применение пружинно- рессорных сталей

Пружинно- рессорные сталей
60С2, 60С2А	Для рессор из полосовой стали толщиной 3 - 16 мм и пружинной ленты толщиной 0, 08 - 3 мм; для витых пружин из проволоки диаметром 3 - 16 мм. Обрабатываются резанием плохо. Максимальная температура эксплуатации 250 °С.
70СЗА	Для тяжелонагруженных пружин ответственного назначения.
50ХГ, 50ХГА	Для рессор из полосовой стали толщиной 3 - 18 мм. Обрабатывается резанием плохо.
50ХФА, 50ХГФА	Для ответственных пружин и рессор, работающих при повышенной температуре (до 300 °С); для пружин, подвергаемых многократным переменным нагрузкам.
60C2XA	Для крупных высоконагруженных пружин и рессор ответственного назначения.
60C2H2A, 65C2BA	Для ответственных высоконагруженных пружин и рессор, изготовляемых из калиброванной стали и пружинной ленты.

1.6. Шарикоподшипниковые стали

Основной шарикоподшипниковой сталью является сталь ШХ15 (0, 95—1, 05% С; 1, 30—1, 65% Сr).

Для изготовления деталей крупногабаритных подшипников (диаметром более 400 мм), работающих в тяжелых условиях при больших ударных нагрузках, применяют цементуемую сталь 20Х2Н4А. Детали крупногабаритных подшипников (кольца, ролики), изготовляемые из стали 20Х2Н4А.

1.7. Автоматные стали

Автоматные стали: А12, А20, А30, А40Г отличаются от обыкновенных углеродистых конструкционных сталей повышенным содержанием серы и фосфора.

Характерной особенностью автоматных сталей является хорошая обрабатываемость резанием на металлорежущих станках. Это объясняется повышенным содержанием серы, которая образует большое количество включений сернистого марганца MnS, нарушающих сплошность металла. Поверхность обработанных деталей получается чистой и ровной. Стойкость режущего инструмента при обработке автоматных сталей повышается, а скорость резания допускается больше, чем при обработке обыкновенных углеродистых сталей.

1.8. Высокомарганцовистая износостойкая сталь Г13Л

Эта сталь, содержащая 1—1, 4% С и 11—14% Мn и имеет высокое сопротивление износу. Характерным для нее является то, что высокая износостойкость сочетается с высокой прочностью и низкой твердостью. Сталь Г13Л применяют для трамвайных стрелок, щек камнедробилок, козырьков ковшей, черпаков и т. п.

1.9. Жаростойкие и жаропрочные стали и сплавы

К жаростойким относят стали и сплавы, обладающие стойкостью против химического разрушения поверхности в газовых средах при температурах выше 550° С и работающие в ненагруженном или слабонагруженном состоянии.

При высокой температуре в условиях эксплуатации в среде нагретого воздуха, в продуктах сгорания топлива происходит окисление стали (газовая коррозия). На поверхности стали образуется сначала тонкая пленка окислов, которая с течением времени увеличивается и образуется окалина.

Способность стали сопротивляться окислению при высокой температуре называется жаростойкостью.

На интенсивность окисления влияет состав и строение окисной пленки. Для получения плотной (защитной) окисной пленки сталь легируют хромом, а также кремнием или алюминием. Степень жаростойкости зависит от количества находящегося в стали легирующего элемента. Так, например, сталь 15X5 с содержанием 4, 5—6, 0% хрома жаростойка до температуры 700° С, сталь 12X17 (17% Сг) — до 900° С, сталь 15X28 (28% Сг) — до 1100—1150° С (стали 12X17 и 15X28 являются также и нержавеющими). Еще более высокой жаростойкостью (до 1200° С) обладают сплавы на никелевой основе с хромом и алюминием, например, сплав ХН70Ю (26—29% хрома; 2, 8—3, 5% алюминия).

Для работы при температурах до 350—400° С применяют обычные конструкционные стали (углеродистые и малолегированные).

Для работы при температуре 400—550° С применяют стали, например 15ХМ, 12Х1МФ. Предназначены главным образом для изготовления деталей котлов и турбин (например, трубы паропроводов и пароперегревателей), нагруженных сравнительно мало, но работающих весьма длительное время (до 100 000 ч).

Эти стали содержат мало хрома и поэтому обладают невысокой жаростойкостью (до 550—600° С).

Для работы при температуре 500—600° С применяют стали: высокохромистые, например 15X11МФ для лопаток паровых турбин; хромокремнистые (называемые сильхромами), например 40Х9С2 для клапанов моторов; сложнолегированные, например 20Х12ВНМФ для дисков, роторов, валов. Для работы при температуре 600 —750° С применяют неупрочняемые (нестареющие) и упрочняемые (стареющие). Нестареющие стали —-это, например, сталь 09Х14Н16Б, предназначаемая для труб пароперегревателей и трубопроводов установок сверхвысокого давления и применяемая после закалки с 1100—1150° С (охлаждение в воде или на воздухе).

12 3 4 5 6 7 8 9 Следующая ⇒