Стали и сплавы с особыми свойствами

3.1. Нержавеющие (коррозионностойкие) стали

Нержавеющими сталями называют стали, обладающие стойкостью против электрохимической коррозии.

Нержавеющие стали. Углеродистые и низколегированные стали не устойчивы против коррозии. Антикоррозионными свойствами обладает сталь в том случае, если она содержит большое количество хрома или хрома и никеля: 12Х13, 40Х13, 12Х17, 08Х17Т, 12Х18Н9, 12Х18Н9Т, 04Х18Н110.

Хромистые нержавеющие стали. Содержание хрома в нержавеющей стали должно быть не менее 12%. При меньшем содержании хрома сталь не способна сопротивляться коррозии.

Сталь 40X13 применяют для хирургических инструментов, пружин, предметов домашнего обихода и др.

Более коррозионностойка (в кислотных средах) сталь 12X17, применяемая для оборудования азотнокислотных заводов и заводов пищевой промышленности. Для изготовления сварных конструкций эта сталь не рекомендуется.

Для экономии дорогостоящего никеля его частично заменяют марганцем. Например, сталь 10Х14Г14НЗ рекомендуется как заменитель стали 12Х18Н9. Сталь 09Х15Н8Ю применяют для тяжелонагружениых деталей, работающих в атмосферных, уксуснокислых и других солевых средах и для упругих элементов. Сталь 08Х21Н6М2Т применяют для изготовления деталей и сварных конструкций, работающих в средах повышенной агрессивности — уксуснокислых, сернокислых, фосфорнокислых.

Таблица 7. Применение коррозионно-стойких сталей

Коррозионно-стойкие стали
20Х13, 08Х13, 12Х13, 25Х13Н2	Для деталей с повышенной пластичностью, подвергающихся ударным нагрузкам; деталей, работающих в слабоагрессивных средах.
30Х13, 40Х13, 08Х18Т1	Для деталей с повышенной твердостью; режущий, измерительный, хирургический инструмент, клапанные пластины компрессоров и др. (у стали 08Х18Т1 лучше штампуемость).
06ХН28МТ	Для сварных конструкций, работающих в средне агрессивных средах (горячая фосфорная кислота, серная кислота до 10% и др.)
14X17H2	Для различных деталей химической и авиационной промышленности. Обладает высокими технологическими свойствами
95Х18	Для деталей высокой твердости, работающих в условиях износа.
08X17T	Рекомендуется в качестве заменителя стали 12Х18Н10Т для конструкций, не подвергающихся ударным воздействиям при температуре эксплуатации не ниже - 20 °С
15X25T, 15Х28	Аналогично стали 08X17T, но для деталей, работающих в более агрессивных средах при температурах от - 20 до 400 °С (15Х28 - для спаев со стеклом).
09Х15Н8Ю, 07X16H6	Для высокопрочных изделий, упругих элементов; сталь 09Х15Н8Ю - для уксуснокислых и солевых сред.
08X17H5M3	Для деталей, работающих в сернокислых средах.
20X17H2	Для высокопрочных тяжелонагруженных деталей, работающих на истирание и удар в слабоагрессивных средах.
10Х14Г14Н4Т	Заменитель стали 12Х18Н10Т для деталей, работающих в слабоагрессивных средах, а также при температурах до 196 °С.
12Х17Г9АН4, 15Х17АГ14 03Х16Н15МЗБ, 03X16H15M3	Для деталей, работающих в атмосферных условиях (заменитель сталей 12X18H9, 12Х18Н10Т) Для сварных конструкций, работающих в кипящей фосфорной, серной, 10 %-ной уксусной кислоте.
15Х18Н12С4ТЮ	Для сварных изделий, работающих в воздушной и агрессивной средах, в концентрированной азотной кислоте
08X10H20T2	Немагнитная сталь для деталей, работающих в морской воде.
04X18H10, 03X18H11,	Для деталей, работающих в азотной кислоте при повышенных температурах.
12Х18Н10Т, 12Х18Н9Т, 06ХН28МДТ, 03ХН28МДТ	Для сварных конструкций в разных отраслях промышленности. Для сварных конструкций, работающих при температуре до 80 °С в серной кислоте различных концентраций (не рекомендуются 55 %-я уксусная и фосфорная кислоты).
09Х16Н4Б	Для высокопрочных штампосварных конструкций и деталей, работающих в контакте с агрессивными средами.
07Х21Г7АН5	Для сварных конструкций, работающих при температурах до - 253 °С и в средах средней агрессивности.
03Х21Н21М4ГБ	Для сварных конструкций, работающих в горячей фосфорной кислоте, серной кислоте низких концентраций при температуре не выше 80 °С, азотной кислоте при температуре до95°С.
ХН65МВ	Для сварных конструкций, работающих при высоких температурах в серно- и солянокислых растворах, в уксусной кислоте.

Чугуны

3.1. Серые чугуны

Отливки из серого чугуна широко применяют в машиностроении: для станин металлорежущих станков, маховиков, корпусов, поршневых колес, головок блоков двигателей, поршней, гильз автомобильных и тракторных двигателей, рам.

3.2.Высокопрочные чугуны

Высокопрочные чугуны применяют для самых ответственных деталей, например коленчатых валов, кулачковых валиков.

3.3. Ковкие чугуны

Ковкие чугуны применяют для деталей, работающих на износ.

3.4. Легированные чугуны

Свойства чугунов по аналогии со сталью можно улучшить легированием специальными элементами, такими же, какие используют при легировании стали.

Износостойкие чугуны. Для работы в условиях абразивного износа применяют чугун, содержащий 3, 5—5% Ni; 0, 8% Сг, обладающий удовлетворительной износостойкостью при легких условиях работы (рабочие органы насосов и др.). Чугуны для работы в условиях сухого трения в основном легированы хромом (до 0, 6%) и никелем (до 2, 5%) с добавками таких элементов, как титан, медь вольфрам, молибден. Из таких чугунов изготовляют тормозные барабаны автомобилей, диски сцепления, суппорты токарных станков, гильзы цилиндров и др. Высокой износостойкостью обладает высокохромистый чугун, например, марки ИЧХ12ГЗМ (12—14%Сг; 2, 8—3, 8% Мn; 0, 4—0, 8% Мо), применяемый для дробильных вальцов, шаров шаровых мельниц и др.

Жаростойкие чугуны. К ним относится хромистый чугун с содержанием хрома от 0, 5 до 30%; например: чугун марки ЖЧХ-30 (28—32% Сг), применяемый для деталей печей и вагранок, фурм и других деталей, работающих при высоких температурах (до 900°С); кремнистый чугун марки ЖЧС-5, 5 (5—6% Si), применяемый для изготовления деталей, работающих при температурах до 800°С, для рам дверок мартеновских печей, деталей котлов и др.; алюминиевый чугун марки ЖЧЮ-22 (19—25% А1), обладающий наиболее высокой жаростойкостью и применяемый для деталей, работающих при температурах до 1150°С (шлаковые фурмы доменных печей, плавильные тигли и др.).

Коррозионностойкие чугуны. Эти чугуны бывают низко- и высоколегированные. Низколегированный чугун, например, марки ЧН1ХМД (0, 7—1, 5% Ni; 0, 2—0, 6% Сг; 0, 3—0, 6% Мо; 0, 2—0, 5% Си) применяют для деталей, работающих при повышенных температурах в газовых средах (блоки и головки цилиндров двигателей внутреннего сгорания и др.). Высоколегированные чугуны — это кремнистые сплавы (ферросилиды), содержащие 14—18% Si (например, марка С17), стойкие во всех кислотах и щелочах. Их применяют для изготовления деталей насосов, оборудования для концентрированных серной и азотной кислот и др.

Последовательность выполнения работы

1. Получить вариант задания по лабораторной работе.

2. Определить марку стали для всех предложенных задач.

3. Оформить отчет по лабораторной работе.

Содержание отчета по лабораторной работе

1. Название работы.

2. Цель работы.

3. Порядок выполнения работы.

4. Условие задачи. Решение. Обоснование принятого решения.

5. Сделать вывод по работе: в выводе отметить цель работы, общие принципы выбора марки стали для деталей заданного назначения.

Варианты заданий к лабораторной работе

Вариант 1

№ 1. Ведущая ось крановой тележки диаметром 70 мм была изготовлена из стали Ст. 5. При реконструкции крана, предпринятой для увеличения его грузоподъемности, конструктор решил не изменять диаметра ведущей оси, а заменить материал оси другой сталью.

Указать марки углеродистой качественной, а также легированной стали, из которой можно изготовить ось тележки.

№ 2. Козырьки и черпаки землечерпательных машин, изготовленные из углеродистой стали, быстро изнашиваются при интенсивной работе по грунту. Применение специальной легированной стали, обладающей повышенной износоустойчивостью в условиях ударных нагрузок, позволяет повысить стойкость козырьков и черпаков в несколько раз.

Привести химический состав стали, применяемой для этого.

Указать для сравнения, какую сталь следует применить для изготовления деталей, работающих в условиях трения качения одного металла по другому, не сопровождающегося ударами.

№ 3. Завод должен изготовить сверла для обработки конструкционной стали.

Выбрать марку стали для сверл. Объяснить, почему для этого непригодны углеродистая или легированная инструментальная сталь.

Вариант 2

№ 1. Завод должен изготовить три вала двигателей. Однако первый вал имеет диаметр 35 мм, второй 50 мм и третий 120 мм. Выбрать сталь для изготовления валов, обосновать сделанный выбор, указать структуру стали.

№ 2. Щеки и шары машин для дробления руды и камней работают в условиях повышенного износа, сопровождаемого ударами.

Выбрать сталь для изготовления щек и шаров, указать ее химический состав.

№ 3. Жаропрочные сплавы плохо обрабатываются резанием, вследствие чего применение быстрорежущей стали Р18 не обеспечивает необходимой стойкости инструмента.

Рекомендовать марку быстрорежущей стали повышенной производительности, пригодной для этого назначения, указать ее химический состав.

Вариант 3

№ 1. На заводе изготавливали валы двигателей внутреннего сгорания диаметром 60 мм. В дальнейшем был получен заказ на валы такого же диаметра для более мощных двигателей.

Указать стали. Расшифровать марку.

№ 2. Для создания мощного энергетического оборудования тепловых электростанций необходимо построить котлы, давление пара в которых достигает 500 ат, а температура 600° С. Такие котлы нужно изготавливать из стали, обладающей высоким сопротивлением ползучести при повышенных температурах нагрева.

Указать марку, химический состав стали, пригодной для длительной работы при 600° С и повышенных напряжениях.

№ 3. Цех выполняет токарную обработку чугунных и стальных деталей с большой скоростью резания.

Выбрать сплавы для резцов, обеспечивающие высокую производительность обработки стали и чугуна.

Привести химический состав быстрорежущей стали.

Вариант 4

№ 1. Завод изготавливает два типа зубчатых колес диаметром 60 мм и высотой 80 мм, предназначенных для работы в одинаковых условиях.

Однако второй тип зубчатых колес отличается от первого более сложной формой.

Выбрать сталь для зубчатых колес указанных двух типов и привести химический состав. Обосновать сделанный выбор стали.

№ 2. Сталь, применяемая для пароперегревателей котлов высокого давления, должна обладать высокими механическими свойствами при длительных нагрузках при температурах порядка 500° С; кроме того, сталь должна иметь достаточно высокую пластичность для выполнения холодной деформации (гибки) при сборке котла.

Указать химический состав, стали. Объяснить выбор.

№ 3. Выбрать марку быстрорежущей стали для изготовления червячных фрез.

Указать химический состав стали.

Контрольные вопросы

1. Влияние на сталь углерода, постоянных и легирующих примесей?

2. Объясните причину хорошей свариваемости низкоуглеродистых сталей. Приведите пример?

3. Области применения цементуемых углеродистых сталей?

4. Назовите легирующие элементы которые придают стали следующие свойства: а) прочность; б) пластичность; в) упругость; г) хорошая обрабатываемость резанием; д) жаростойкость; е) сопротивление коррозии?

5. Чем обусловлено легирование хромом инструментальных сталей. Приведите пример?

6. Какими свойствами должна обладать сталь, работающая в условиях больших ударных нагрузок? Приведите пример.

Лабораторная работа № 3

⇐ Предыдущая 1 2 345 6 7 8 9 Следующая ⇒