Свойства металлов и сплавов

Детали машин изготовляют из металлических и неметаллических материалов.

Выбор материала зависит от назначения детали и способа ее применения. При этом исходят из комплекса свойств, которые подразделяют на механические, физико-химические, технологические и эксплуатационные.

К основным механическим свойствам относят прочность, пластичность, ударную вязкость, усталостную прочность, ползучесть, твердость и износостойкость. (Эти понятия рассматривались в механике упругих тел.)

К физическим свойствам металлов и сплавов относятся температура плавления, плотность, температурные коэффициенты линейного и объемного расширения, электросопротивление и электропроводимость. Физические свойства сплавов обусловлены их составом и структурой.

К химическим свойствам относятся способность к химическому взаимодействию с агрессивными средами, а также антикоррозионные свойства.

Способность материала подвергаться различным методам горячей и холодной обработки определяют по его технологическим свойствам. К ним относят литейные свойства, деформируемость, свариваемость и обрабатываемость режущим инструментом. Эти свойства позволяют производить формоизменяющую обработку и получать заготовки и детали машин.

Заготовка металлической детали может быть получена отливкой, ковкой (свободной и в штампах) и из проката (круглого, листового и профильного). Окончательную форму детали получают чаще всего в процессе механической обработки заготовки на металлорежущих станках.

Технологические свойства часто определяют выбор материала для конструкции. Разрабатываемые материалы могут быть внедрены в производство только в том случае, если их технологические свойства удовлетворяют необходимым требованиям.

К эксплуатационным свойствам в зависимости от условий работы машины или конструкции относят износостойкость, коррозионную стойкость, хладостойкость, жаропрочность, жаростойкость, антифрикционность материала и др. Эти свойства определяются в зависимости от условий работы машин или конструкций специальными испытаниями.

При выборе материала для создания технологической конструкции необходимо комплексно учитывать его прочностные, технологические и эксплуатационные характеристики.

Наиболее распространенные в машиностроении материалы – это сталь различных марок, чугуны и бронза. В последнее время все большее распространение получают неметаллические материалы: пластмассы, древесина, резина, кожа, стекло.

Стали

Сталь – сплав железа с углеродом, содержание которого доходит в конструкционных сталях до 0,8%, а в инструментальных – до 1,4%, а так же с другими естественными или вводимыми с определенной целью легирующими элементами: марганцем, кремнием, хромом и др.

Стали делят

по применению

- конструкционные,

- инструментальные,

- с особыми свойствами (жаропрочные, кислотостойкие, износостойкие, магнитные и др.)

по химическому составу

- углеродистые (низко-, средне-, высокоуглеродистые,),

- легированные (низко-, средне-, высоколегированные);

по качеству

- углеродистые обычного качества,

- углеродистые качественные конструкционные,

- легированные конструкционные,

- низколегированные конструкционные.

Свойства углеродистой стали зависят прежде всего от содержания в ней углерода. Чем больше углерода, тем более прочна, тверда и тем менее пластична сталь.

Сталь углеродистая обычного качества подразделяется на две группы и одну подгруппу.

Группа А, поставляемая по механическим свойствам (т.е химический состав не гарантируется), включает в порядке возрастания прочностных характеристик марки Ст.0, Ст.1, Ст.2, …, Ст.7.

Чем выше номер в обозначении стали, тем выше ее прочность и ниже пластичность.

Группа Б, поставляемая по химическому составу, в зависимости от способа выплавки – мартеновского или бессемеровского – обозначается, например, М Ст.2,
М Ст.5 или Б Ст.3, Б Ст.6.

Подгруппа В, которая поставляется по механическим свойствам с дополнительными требованиями к химическому составу, имеет следующие марки:
В Ст.2кп, В Ст.3кп, В Ст.4кп, В Ст.4, В Ст.5.

Последние две буквы – кп – в некоторых марках этой подгруппы обозначают «кипящую» при выплавке сталь. Она дешевле, но качество ее несколько ниже (главным образом худшая свариваемость).

Сталь углеродистая качественная конструкционная делится на две подгруппы: с нормальным содержанием марганца (марки 05кп, 08кп, 10кп, 10, 15кп, 15, 20кп, 20, 25, … до 85) и с повышенным содержанием марганца (марки 15Г, 20Г, …, 65Г, 70Г). В обозначении марки качественной стали числа указывают среднее содержание углерода в сотых долях процента (например, сталь 30 содержит примерно 0,30% углерода).

Углеродистые инструментальные стали (ГОСТ 1435-99) с содержанием углерода более о,7 % имеют в обозначении букву У и цифру, указывающую содержание углерода в десятых долях процента: У7, У8, …,У13.

Для улучшения механических свойств и придания повышенной кислотоупорности, жаростойкости, коррозионной стойкости, прокаливаемости сталь легируют, вводя в ее состав специальные добавки: хром, никель, вольфрам и др.

Сталь легированная конструкционная (ГОСТ 4543-71) по химическому составу и механическим свойствам (в зависимости от содержания серы и фосфора) разделяется на качественную, высококачественную и особовысококачественную.

Все высоколегированные стали содержат минимальное количество вредных примесей и являются высококачественными. Для придания особых свойств их подвергают дополнительной обработке специальными методами, которые отображены в обозначении сталей в конце наименования марки: ВД- вакуумно-дуговой переплав, ВИ- вакуумно-индукционная выплавка и др.

Марка указывает состав и процентное содержание легирующих элементов, причем последние обозначаются буквами: Х – хром, Н – никель, С – кремний, В – вольфрам, М – молибден, Т – титан, Ф – ванадий, Р – бор, Ю – алюминий. Отсутствие цифры после индекса элемента указывает на то, что его содержание менее 1,5 %. Высококачественные стали имеют в обозначении букву А, а особовысококачественные букву Ш, проставляемую в конце. Например, сталь 12ХН3 – хромоникелевая сталь, содержащая 0,12% углерода, примерно 1% хрома и 3% никеля.

Механические свойства стальных фасонных отливок и стального проката различны при одном и том же химическом составе. Стальное литье маркируется так: 25Л, 35Л и т.п.

В легированных инструментальных сталях цифра в начале указывает среднее содержание углерода в десятых долях процента, если его содержание менее 1 %, если равно 1% или больше, то цифру не ставят, например: сталь 3Х2В8Ф содержит 0,3 % С, а сталь ХВГ – больше 1% С.

Механические свойства сталей (особенно усталостная прочность) повышаются при объемной и поверхностной термической или химико-термической обработке.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: