Методические указания

Каждому специалисту необходимо знать классификацию, маркировку, назначение и область применения материалов, предназначенных для изготовления деталей машин, инструмента и конструкций. К числу таких материалов относятся металлы и их сплавы, металлические и металлокерамические порошки, пластмассы, резина, стекло, керамика, древесные и другие неметаллические материалы. Наиболее широкое распространение в качестве конструкционных материалов в настоящее время получили металлы и их сплавы, поэтому в этой практической работе будут рассмотрены только стали, чугуны, цветные металлы и их сплавы.

Классификация и маркировка углеродистых сплавов (стали и чугуны)

Сталями принято называть сплавы железа с углеродом, содержащие до 2,14% углерода. Кроме того, в состав сплава обычно входят марганец, кремний, сера и фосфор. Некоторые элементы могут быть введены для улучшения физико-химичеких свойств специально (легирующие элементы).

Стали классифицируют по самым различным признакам.

Углеродистые стали подразделяют на три основные группы: стали углеродистые обыкновенного качества, качественные углеродистые стали и углеродистые стали специального назначения (автоматную, котельную и др.)

Стали углеродистые обыкновенного качества. Эти наиболее широко распространенные стали поставляют в виде проката в нормализованном состоянии и применяют в машиностроении, строительстве и других отраслях.

Углеродистые стали обыкновенного качества обозначают буквами Ст и цифрами от 0 до 6. Цифры – это условный номер марки. Чем больше число, тем больше содержание углерода, выше прочность и ниже пластичность.

В зависимости от назначения и гарантируемых свойств, углеродистые стали обыкновенного качества поставляют трёх групп: А, Б, В. Индексы, стоящие справа от номера марки, означают: кп – кипящая, пс – полуспокойная, сп – спокойная сталь.

Между индексом и номером марки может стоять буква Г, что означает повышенное содержание марганца. В обозначениях марок слева от букв Ст указаны группы (Б и В) стали.

По требованиям к нормируемым показателям (химического состава и механических свойств) стали обыкновенного качества подразделяют на категории. Категорию стали обозначают соответствующей цифрой правее индекса степени раскисления, например, Ст5Гпс3 означает: сталь группы А, марки Ст5, с повышенным содержанием марганца, полуспокойная, третьей категории. В случае заказа стали без указания степени раскисления, но определенной категории, последняя пишется за номером марки через тире, например Ст4-3. Сталь первой категории пишется без указания номера последней, например Ст4пс.

Химический состав сталей группы А не регламентируют, а гарантируют их механические свойства. Стали этой группы обычно применяют для деталей, не подвергаемых в процессе изготовления горячей обработке (сварке, ковке и др.).

Сталь группы Б поставляет по химическому составу и применяют для деталей, которые проходят в процессе изготовления термообработку и горячую обработку давлением (штамповку, ковку). Механические свойства стали группы Б не гарантируют.

Стали углеродистые качественные конструкционные. От сталей обыкновенного качества они отличаются меньшим содержанием серы, фосфора и других вредных примесей, более узкими пределами содержания углерода в каждой марке и большинстве случаев более высоким содержанием кремния (Si) и марганца (Mn).

Сталь маркируют двузначными числами, которые обозначают содержание углерода в сотых долях процента, и поставляют с гарантированными показателями химического состава и механических свойств. По степени раскисления сталь подразделяют на кипящую (кп), полуспокойную (пс), спокойную (без указания индекса). Буква Г в марках сталей указывает на повышенное содержание марганца (до 1%).

Сталь углеродистую качественную поставляют катанной, кованной, калиброванной, круглой с особой отделкой поверхности (серебрянка).

Качественные стали маркируют следующим образом: в начале марки указывают содержание углерода цифрой, соответствующей его средней концентрации в сотых долях процента для большинства сталей:

05кп – сталь углеродистая качественная кипящая, содержит 0,05% С;

60 – сталь углеродистая качественная спокойная, содержит 0,60% С;

Стали углеродистые специального назначения. К этой группе относят стали с хорошей и повышенной обрабатываемостью резанием (автоматные стали). Они предназначены в основном для изготовления деталей массового производства. При обработке таких сталей на станках-автоматах образуется короткая и мелкая стружка, снижается расход режущего инструмента и уменьшается шероховатость обработанных поверхностей.

Автоматные стали с повышенным содержанием серы и фосфора имеют хорошую обрабатываемость. Обрабатываемость резанием улучшают также введением в стали технологических добавок селена, свинца, теллура.

Автоматные стали маркируют буквой А и цифрами, показывающими среднее содержание углерода в сотых долях процента. Применяют следующие марки автоматной стали: А12, А20, А30, А40Г. Из стали А12 изготавливают несоответственные детали, работающие при значительных напряжениях и повышенных давлениях. Сортамент автоматной стали предусматривает изготовление сортового проката в виде прутков круглого, квадратного и шестигранного сечений. Эти стали не применяют для изготовления сварных конструкций.

Стали листовые для котлов и сосудов – котельная сталь, работающих под давлением, применяют для изготовления паровых котлов, судовых топок, камер горения газовых турбин и других деталей. Они должны работать при переменных давлениях и температуре до 450°С. Кроме того, котельная станция должна хорошо свариваться. Для получения таких свойств в углеродистую сталь вводят технологическую добавку (титан) и дополнительно раскисляют ее алюминием. Выпускают следующие марки углеродистой котельной марки 12К, 15К, 16К, 18К, 20К, 22К с содержанием в них углерода от 0,08 до 0,28%. Эти стали поставляют в виде листов с толщиной до 300 мм и поковок в состоянии после нормализации и отпуска.

Углеродистые инструментальные стали. Инструментальные углеродистые стали выпускают следующих марок: У7, У8, У8Г, У9, У10, У11, У12, У13. Цифры указывают на содержание углерода в десятых долях процента. Буква Г после цифры означает, что сталь имеет повышенное содержание марганца. Марка инструментальной углеродистой стали высокого качества имеет букву А, например У12А: инструментальная углеродистая сталь высокого качества, содержащая 1,2% С.

Инструменты, применение которых связано с ударной нагрузкой, например, зубила, молотки, изготавливают из сталей У7А, У8А. Инструменты, требующие большей твёрдости, но не подвергающиеся ударам, например, сверла, метчики, развертки, шаберы, напильники, - из сталей У12А, У13А. Стали У7 – У9 подвергают полной, а стали У10 – У13 неполной закалке.

Недостатком углеродистых инструментальных сталей является их низкая теплостойкость – способность сохранять большую твёрдость при высоких температурных нагревах. При нагреве выше 200°С инструмент из углеродистой стали теряет твёрдость.

Чугунами называют сплавы железа с углеродом, содержащие более 2,14% углерода до 6%. Они содержат те же примеси, что и стали, но в большем количестве.

В зависимости от состояния углерода в чугуне различают белый чугун, в котором весь углерод находится в связанном состоянии в виде карбида и чугун, в котором углерод в значительной степени или полностью находится в виде графита. В зависимости от формы выделившегося графита, что определяет прочностные свойства сплава, чугуны подразделяют на:

1) Серые – пластинчатая или червеобразная форма графита;

2) Высокопрочные – шаровидный графит;

3) Ковкие – хлопьевидный графит.

Чугуны маркируют двумя цифрами, соответствующими минимальному значению временного сопротивления σ_в при растяжении в МПа. Серый чугун обозначают буквами «СЧ» (ГОСТ 1412-85), высокопрочный – «ВЧ» (ГОСТ 7293-85), ковкий – «КЧ» (ГОСТ 1215-90).

СЧ10 – серый чугун с пределом прочности при растяжении σ_в 100 МПа

ВЧ70 – высокопрочный чугун с σ_в при растяжении 700 МПа,

КЧ35 – ковкий чугун с σ_в при растяжении 350 МПа.

Для работы в узлах трения со смазкой применяют отливки из антифрикционного чугуна АЧС-1, АЧС-6, АЧВ-2, АЧК-2 и др., что расшифровывается следующим образом:

АЧ – антифрикционный чугун;

С – серый, В – высокопрочный, К – ковкий. Цифры обозначают порядковый номер сплава согласно ГОСТ 1585-89.

Классификацию, маркировку, назначение и область применения легированных сталей, цветных сплавов и сплавов на основе цветных металлов см. Практическую работу №3, Практическую работу №4 и Приложение.

Задание: предлагается расшифровать марки предложенных конструкционных материалов и указать хим. состав, назначение и область применения (по вариантам) см. табл. 2

Таблица 2

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: