Стали чугуны цветные металлы и сплавы
Обновлено: 05.10.2024
В производстве сварных конструкций используются различные стали и сплавы. Знание основ материаловедения очень важно при изучении дисциплин по специальности 150415 Сварочное производство.
Особое внимание в изучении дисциплины «Материаловедение» уделяется вопросам классификации и маркировки сталей, чугунов и различных сплавов. В пособии изложена систематизированная классификация основных металлических сплавов и их маркировка, приведены многочисленные примеры марок каждой группы сплавов, а также краткое описание и применение этих конструкционных материалов.
I КЛАССИФИКАЦИЯ И МАРКИРОВКА СТАЛЕЙ 3
II КЛАССИФИКАЦИЯ И МАРКИРОВКА ЧУГУНОВ 9
III КЛАССИФИКАЦИЯ И МАРКИРОВКА ТВЕРДЫХ СПЛАВОВ 11
IV КЛАССИФИКАЦИЯ И МАРКИРОВКА ЦВЕТНЫХ СПЛАВОВ 14
I КЛАССИФИКАЦИЯ И МАРКИРОВКА СТАЛЕЙ
Сталями принято называть сплавы железа с углеродом, содержащие до 2,14% углерода.
В зависимости от химического состава различают стали углеродистые (ГОСТ 380-71, ГОСТ 1050-75) и легированные стали (ГОСТ 4543-71, ГОСТ 5632-72, ГОСТ 14959-79).
Углеродистые стали
Стали классифицируют по различным признакам. Рассмотрим следующие основные признаки:
1.1.1 Химический состав, содержание углерода в стали
1) Низкоуглеродистые стали – содержание углерода до 0,25%.
2) Среднеуглеродистые – содержание углерода составляет 0,25-0,60%.
3) Высокоуглеродистые – содержание углерода превышает 0,6%.
Назначение
По назначению углеродистые стали классифицируют на:
1) конструкционные, которые подразделяются на строительные - содержащие до 0,25% углерода и машиностроительные - содержащие углерода от 0,25 до 0,65%.
2) инструментальные - содержание углерода в них более 0,65%, предназначены для изготовления режущего, измерительного инструментов.
3) с особыми физическими свойствами - специальные - автоматные стали – это низкоуглеродистые стали, имеющие повышенное содержание серы и фосфора, хорошо обрабатываются на токарных станках- автоматах и полуавтоматах. Эти стали маркируются буквой «А» и цифрой, указывающей среднее содержание углерода в сотых долях процента:
Пример: А12- автоматная сталь, содержащая 0,12% С.
Качество
Качество стали в основном зависит от содержания вредных примесей: серы и фосфора. По этому признаку стали подразделяют:
1) стали обыкновенного качества, содержащие до 0,06% S и до 0,07% Р. Эти стали маркируются буквами «Ст».
2) качественные - содержит до 0,035% серы и до 0,035% фосфора.
В марках качественных сталей буквы перед цифрами отсутствуют.
Качественные стали маркируют следующим образом: в начале марки указывают содержание углерода:
а) в сотых долях процента для конструкционных сталей, содержащих до 0,65%С.
Например: 60сп. – сталь углеродистая, конструкционная, качественная, спокойная, содержит 0,60%С.
б) в десятых долях процента для углеродистых инструментальных сталей, которые дополнительно маркируются буквой «У»
Например: У7 – углеродистая, инструментальная, качественная сталь, спокойная (все инструментальные стали хорошо раскислены) содержащая 0,7% углерода.
3) высококачественные - до 0,025% серы и до 0,025% фосфора.
В конце марки ставится буква «А».
Степень раскисления
Раскисление – это процесс удаления из жидкого металла кислорода.
Сталь раскисляют алюминием, марганцем, кремнием.
По степени раскисления существуют:
1. Спокойные стали, т. е. полностью раскисленные; такие стали обозначаются буквами «сп» в конце марки.
2. Кипящие стали, плохо раскисленные, маркируются буквами «кп».
3. Полуспокойные стали, занимают промежуточное положение между спокойными и кипящими; обозначаются буквами «пс».
1.1.5 Способы выплавки стали (для сталей обыкновенного качества)
1. Мартеновский способ выплавки – в начале марки указывают букву «М».
2. Конвертный способ – в марке присутствует буква «К».
3. Бессемеровский способ – буква «Б».
4. Электрический способ – буква «Э» - электросталь.
1.1.6 Группы поставки гарантии свойств и качества (для сталей обыкновенного качества)
1. Сталь группы А – поставляется потребителям по механическим свойствам, без уточнения химического состава. Стали этой группы маркируются буквами «Ст» и цифрами 0,1,2,3,4,5,6.Цифра означает номер марки и содержание углерода в десятых долях процентов.
2. Сталь группы Б – поставляется потребителям с гарантируемым химическим составом. Химический состав во многом зависит от способа выплавки стали. Если в марке стали присутствует одна из букв (М, К, Б) значит это сталь группы Б – гарантированы химические свойства.
3. Сталь группы В – с гарантированными механическими свойствами и химическим составом. Их маркируют индексом В.
1.1.7 По содержанию в стали марганца (для качественных и высококачественных сталей)
I группа - с нормальным содержанием марганца (Mn)
II группа – с повышенным содержанием марганца (Mn) (в конце присутствует буква «Г»).
Примеры расшифровок марок углеродистых сталей
Ст 2 – низкоуглеродистая, конструкционная, строительная, обыкновенного качества, группа А – гарантированы механические свойства, содержит 0,2%С.
ВМСт5– среднеуглеродистая сталь, конструкционная, машиностроительная, обыкновенного качества, группы В – гарантированы механические и химические свойства, мартеновский способ выплавки, 0,5%С.
У7А – высокоуглеродистая, инструментальная, высококачественная, с нормальным содержанием марганца, 0,7%С.
08кп- - низкоуглеродистая, конструкционная, строительная, качественная, кипящая, с нормальным содержанием марганца, 0,08%С
А12 – низкоуглеродистая, специальная автоматная, качественная, 0,12%С.
Легированные стали
Элементы, специально вводимые в сталь в определенных количествах с целью изменения ее строения и свойств, называются легирующими элементами. Стали, в которые добавляют легирующие элементы, называются легированными.
Легирующие элементы, входящие в состав стали, обозначают русскими буквами.
Ч – редкоземельные металлы
Для легированных сталей принята следующая классификация:
Содержание легирующих элементов
а) Низколегированные стали – суммарное содержание легирующих элементов до 2,5%.
б) Среднелегированные стали; в их состав суммарно входят от 2,5 до 10% легирующих элементов
в) Высоколегированные, которые содержат свыше 10% легирующих элементов
а) Конструкционная сталь – содержащая до 0,65% углерода.
б) Инструментальная сталь – содержит углерода 0,70% до 1,2%.
в) С особыми химическими и физическими свойствами. К этой группе относятся стали, содержащие хотя бы один легирующий элемент, но свыше 10%.
а) Качественные стали
б) Высококачественные – в конце марки указывается буква “А”
Первые цифры в маркировке легированных сталей указывают среднее содержание углерода (если однозначная цифра – в десятых долях, если двухзначная цифра – то в сотых долях процента).
Если цифра перед буквами отсутствует, то содержание углерода приблизительно равно 1%.
Буквы указывают на присутствие того или иного легирующего элемента. Цифры, идущие после букв указывают среднее содержание данного легирующего элемента. Если содержание элемента равно ~ 1%, то цифра отсутствует.
7ХФ - низколегированная сталь; инструментальная, качественная; содержит 0,7%С; 1% хрома; 1% ванадия.
ХВСГ – среднелегированная сталь, инструментальная, качественная, содержит 1%С, 1% хрома; 1% вольфрама; 1% кремния; 1% марганца.
12Х18Н9Т - высоколегированная сталь; с особыми химическими свойствами (жаростойкая), качественная; содержит: 0,12%С, 18% хрома; 9% никеля, 1% титана.
38ХНЗМФА – среднелегированная сталь, конструкционная, высококачественная, содержит: 0,38% С, 1% хрома; 3% никеля, 1% молибдена, 1% ванадия.
Отдельные группы легированных сталей маркируют несколько иначе:
Шарикоподшипниковые стали маркируют буквами «ШХ», после которых указывают содержание хрома в десятых долях процента.
Например: ШХ6 – низколегированная шарикоподшипниковая сталь, инструментальная, качественная, углерода до 1%, хрома- 0,6%
Быстрорежущие стали (сложнолегированные) ГОСТ 19265-73 обозначают буквой «P» (от англ. Rapid- быстрый), цифра стоящая за ней, показывает среднее содержание вольфрама - основного легирующего элемента. Среднее содержание углерода и хрома во всех быстрорежущих сталях составляет соответственно 1% и 4%, поэтому в марке оно не указывается. Содержание остальных легирующих элементов указывается, как обычно, в цифрах, стоящих за их буквенным обозначением.
Например: Р9К10 – высоколегированная, инструментальная, быстрорежущая сталь, качественная; содержащая 1% углерода, 9% вольфрама; 10% кобальта, 4% хрома
Медь и ее сплавы
Техническая чистая медь обладает высокими пластичностью и коррозийной стойкостью, малым удельным электросопротивлением и высокой теплопроводностью.
По чистоте медь подразделяют на следующие группы (ГОСТ 859-78):
M00 – содержание меди не менее 99, 99 %,
М0 - содержит 99,95% меди,
М1 – содержание меди 99, 9% ,
М2 - содержание меди 99,7 %,
М3 - содержание меди 99,5%,
М4 - содержание меди 99,0 %.
По химическому составу сплавы меди подразделяют на латуни и бронзы. По способу обработки: – на литейные, деформируемые.
Сплавы маркируют следующим образом:
Л- латунь, Бр- бронза ; затем следуют буквы , обозначающие основные химические элементы , образующие сплав :
Ц- цинк Ср – серебро
Ф – фосфор С- свинец
Цифры, следующие за буквами, указывают количество данного элемента в процентах.
4.1.1 Латунь ( ГОСТ 15527-70; ГОСТ 17711-80) –сплав меди с цинком (до 50% Zn) и небольшими добавками - алюминия, кремния, свинца, никеля, марганца.
Например: Л- 63- латунь, содержит 63% меди и 37% цинка.
ЛАМш 77-2-0,05 –латунь, содержащая 77% меди , 2% алюминия, 0,055 мышьяка, остальное - цинк.
4.1.2 Бронза – это сплавы меди с оловом, свинцом, алюминием, кремнием и другими элементами. По химическому составу бронзы подразделяют на оловянные и специальные.
Бр А9Мц2Л – бронза, содержащая 9% алюминия, 2% марганца, остальное – медь. Л- указывает, что сплав литейный.
Алюминий и его сплавы
Алюминий – легкий металл, с плотностью 2,7 г/см3, обладающий высокими тепло – и электропроводимостью, стойкий к коррозии.
В зависимости от степени чистоты различают: (ГОСТ11069-74)
Алюминий особой чистоты А999.
Алюминий высокой чистоты А995; А99; А97; А 95
Алюминий технической чистоты А85; А8; А7; А6; А5; А0.
Алюминий маркируют буквой «A» и цифрами, обозначающими доли процента свыше 99,0%. Буква «E» обозначает повышенное содержание железа и пониженное содержание кремния.
А999 – алюминий особой чистоты, в котором содержится не менее 99,999% алюминия.
А5 – алюминий технической чистоты, в котором содержится 99,5 % алюминия.
А7Е – алюминий технической чистоты, в котором содержится 99,7% алюминия, повышенное содержание железа и пониженное содержание кремния.
Алюминиевые сплавы разделяют на деформируемые и литейные.
Деформируемые алюминиевые сплавы хорошо обрабатываются прокаткой, ковкой, штамповкой. К деформируемым алюминиевым сплавам, не упрочняемым термообработкой относятся сплавы системы Al-Mn; Al-Mg – АМц; АМцС; АМг1; АМг4,5; АМг6. Аббревиатура включает в себя начальные буквы, входящие в состав сплава компонентов и цифры, указывающие содержание легирующего элемента в процентах. К деформируемым алюминиевым сплавам, упрочняемым термической обработкой относятся сплавы, системы Al-Cu-Mg с добавками некоторых элементов (дуралюны, ковочные сплавы), а также высокопрочные и жаропрочные сплавы сложного химического состава. Дуралюмины маркируются буквой «Д» и порядковым номером, например: Д1, Д12, Д18, АК4, АК8. Чистый деформируемый алюминий обозначается буквами «АД» и условным обозначением степени его чистоты: АД04 (>99.98% Al), АД000(>99.80% Al), АД0 (99,5% Al), АД1 (99,3% Al), АД(>98.80% Al).
Литейные алюминиевые сплавы (ГОСТ 2685-75) обладают хорошей жидкотекучестью, имеют сравнительно небольшую усадку и предназначены в основном для фасонного литья. Эти сплавы маркируются: «АЛ» с последующим порядковым номером.
Например: АЛ2, АЛ9, АЛ13, АЛ22, АЛ30.
Титан и его сплавы
Титан – тугоплавкий металл с невысокой плотностью (ρ =4,5 г/см3). Удельная прочность титана выше, чем у многих легированных конструкционных сталей, поэтому при замене сталей титановыми сплавами можно при равной прочности уменьшить массу детали на 40%
Титан хорошо обрабатывается давлением, сваривается, однако обработка резанием затруднена. Титан отличается высокой химической стойкостью.
Титан почти всегда легируют алюминием, хромом, молибденом, которые повышают его прочность и жаропрочность.
Сплавы титана обозначают буквами «ВТ» или «ОТ», после которых ставят условный номер сплава (ГОСТ 19807 -74)
Химический состав сплава ОТ4-О: 0,2 – 1,4% AI, 0,2 – 1,3% Mn, остальное титан.
ВТ-6: 5,3 – 6,8% AI, 3,5-5,3 % V, остальное Ti
Примеры марок титановых сплавов:
ВТ1-00, ВТЗ- 1; ВТ4; ВТ8; ВТ14.
Магний и его сплавы
Магний – легкий металл серебристо-белого цвета. Плотность равна 1,74 г/см3, температура плавления 651 0С. Магний и его сплавы неустойчивы против коррозии, при повышении температуры Mg интенсивно окисляется и даже самовоспламеняется. Он обладает малой прочностью и пластичностью, поэтому как конструкционный материал чистый магний не используется.
Для повышения химико–механических свойств в магниевые сплавы вводят алюминий, цинк, марганец и др. легирующие добавки.
По способу обработки различают литейные (ГОСТ 2856 –79) и деформируемые (ГОСТ 14957 – 76) сплавы магния.
Литейные магниевые сплавы обозначают буквами «МЛ», а деформируемые – «МА». Цифры, состоящие за буквами, означают условный номер по ГОСТу.
МЛЗ – магниевый литейный сплав № 3
МА14- магниевый деформируемый сплав № 14.
1 Геллер Ю.А. Рахштадт А.Г. Материаловедение. – М.: Металлургия, 1983.
2 Мозберг Р.К. Материаловедение. Учебное пособие. – М.: Высшая школа, 1991.
3 Никифоров В.М. Технология металлов и конструкционные материалы. – М.: Высшая школа, 1978.
4 Сидорин И.И., Косолапов Г.Ф., Макарова В.И. Основы материаловедения. Учебник для вузов. – М.: Машиностроение, 1976.
Классификация и маркировка сталей, чугунов, цветных металлов и сплавов
Стали, чугуны и цветные металлы. Классификация и маркировка
Классификация и разновидности, а также правила и принципы маркировки сталей, чугунов и цветных металлов. Особенности химического состава, а также функциональные особенности и свойства каждого из исследуемых металлов, их использование в промышленности.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | реферат |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 19.07.2017 |
| Размер файла | 25,6 K |
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Стали, чугуны и цветные металлы. Классификация и маркировка
Используемые в технике металлы принято подразделять на две основные группы - черные и цветные. К черным металлам относят железо и его сплавы (чугун, сталь, ферросплавы). Остальные металлы и их сплавы составляют группу цветных.
Из металлов особое значение имеют железо и его сплавы, являющиеся до настоящего времени основным машиностроительным материалом. В общемировом производстве металлов свыше 90% приходится на железо и его сплавы. Это связано с тем, что железные руды широко распространены в природе, а производство чугуна и стали сравнительно дешево и просто.
Наряду с черными металлами важное значение в технике имеют и цветные металлы. Это объясняется рядом важных физико - химических свойств, которыми не обладают черные металлы. Наиболее широко используют в самолетостроении, радиотехнике, электронике и в других отраслях промышленности медь, алюминий, магний, никель, титан, вольфрам и другие цветные металлы.
1. Классификация и маркировка сталей
сталь чугун металл
Сталями принято называть сплавы железа с углеродом, содержание до 2,14% углерода. Кроме того, в состав сплава обычно входят марганец, кремний, сера и фосфор; некоторые элементы могут быть введены для улучшения физико-химических свойств специально (легирующие элементы).
Стали, классифицируют по самым различным признакам. Мы рассмотрим следующие:
Химический состав.
В зависимости от химического состава различают стали углеродистые (ГОСТ 380-71, ГОСТ 1050-75) и легированные (ГОСТ 4543-71, ГОСТ 5632-72, ГОСТ 14959-79). В свою очередь углеродистые стали могут быть:
A) малоуглеродистыми, т.е. содержащими углерода менее 0,25%;
Б) среднеуглеродистыми, содержание углерода составляет 0,25-0,60%
B) высокоуглеродистыми, в которых концентрация углерода превышает 0,60%
Легированные стали подразделяют на:
а) низколегированные содержание легирующих элементов до 2,5%
б) среднелегированные, в их состав входят от 2,5 до 10% легирующих элементов;
в) высоколегированные, которые содержат свыше 10% легирующих элементов.
По назначению стали бывают:
конструкционные, предназначенные для изготовления строительных и машиностроительных изделий.
Инструментальные, из которых изготовляют режущий, мерительный, штамповый и прочие инструменты. Эти стали содержат более 0,65% углерода.
С особыми физическими свойствами, например, с определенными магнитными характеристиками или малым коэффициентом линейного расширения: электротехническая сталь, суперинвар.
С особыми химическими свойствами, например, нержавеющие, жаростойкие или жаропрочные стали.
В зависимости от содержания вредных примесей: серы и фосфора-стали подразделяют на:
Стали обыкновенного качества, содержание до 0.06% серы и до 0,07% фосфора.
Качественные - до 0,035% серы и фосфора каждого отдельно.
Высококачественные - до 0.025% серы и фосфора.
Особовысококачественные, до 0,025% фосфора и до 0,015% серы.
4. Степень раскисления.
По степени удаления кислорода из стали, т.е. По степени её раскисления, существуют:
спокойные стали, т.е., полностью раскисленные; такие стали обозначаются буквами «сп» в конце марки (иногда буквы опускаются);
кипящие стали - слабо раскисленные; маркируются буквами «кп»;
полу спокойные стали, занимающие промежуточное положение между двумя предыдущими; обозначаются буквами «пс».
Сталь обыкновенного качества подразделяется еще и по поставкам на 3 группы:
сталь группы А поставляется потребителям по механическим свойствам (такая сталь может иметь повышенное содержание серы или фосфора);
сталь группы Б - по химическому составу;
сталь группы В-с гарантированными механическими свойствами и химическим составом.
В зависимости от нормируемых показателей (предел прочности у, относительное удлинение д%, предел текучести дт, изгиб в холодном состоянии) сталь каждой группы делится на категории, которые обозначаются арабскими цифрами.
Стали обыкновенного качества обозначают буквами «Ст» и условным номером марки (от 0 до 6) в зависимости от химического состава и механических свойств. Чем выше содержание углерода и прочностные свойства стали, тем больше её номер. Буква «Г» после номера марки указывает на повышенное содержание марганца в стали. Перед маркой указывают группу стали, причем группа «А» в обозначении марки стали не ставится. Для указания категории стали к обозначению марки добавляют номер в конце соответствующий категории, первую категорию обычно не указывают.
Ст1кп2 - углеродистая сталь обыкновенного качества, кипящая, № марки 1, второй категории, поставляется потребителям по механическим свойствам (группа А);
ВСт5Г - углеродистая сталь обыкновенного качества с повышенным содержанием марганца, спокойная, № марки 5, первой категории с гарантированными механическими свойствами и химическим составом (группа В);
Вст0 - углеродистая сталь обыкновенного качества, номер марки 0, группы Б, первой категории (стали марок Ст0 и Бст0 по степени раскисления не разделяют).
Качественные стали маркируют следующим образом:
в начале марки указывают содержание углерода цифрой, соответствующей его средней концентрации;
а) в сотых долях процента для сталей, содержащих до 0,65% углерода;
05 кп - сталь углеродистая качественная, кипящая, содержит 0,05% С;
60 - сталь углеродистая качественная, спокойная, содержит 0,60% С;
б) в десятых долях процента для индустриальных сталей, которые дополнительно снабжаются буквой «У»:
У7 - углеродистая инструментальная, качественная сталь, содержащая 0,7% С, спокойная (все инструментальные стали хорошо раскислены);
У12 - углеродистая инструментальная, качественная сталь, спокойная содержит 1,2% С;
2) легирующие элементы, входящие в состав стали, обозначают русскими буквами:
А - азот К - кобальт Т - титан Б - ниобий М - молибден Ф - ванадий
В-вольфрам Н - никель Х - хром Г - марганец
П - фосфор Ц - цирконий Д - медь Р - бор Ю - алюминий
Е - селен С - кремний Ч - редкоземельные металлы
14Г2 - низко легированная качественная сталь, спокойная, содержит приблизительно 14% углерода и до 2,0% марганца.
03Х16Н15М3Б - высоко легированная качественная сталь, спокойная содержит 0,03% C, 16,0% Cr, 15,0% Ni, до З, 0% Мо, до 1,0% Nb.
Высококачественные и особовысококачественные стали.
Маркируют, так же как и качественные, но в конце марки высококачественной стали ставят букву А, (эта буква в середине марочного обозначения указывает на наличие азота, специально введённого в сталь), а после марки особовысококачественной - через тире букву «Ш».
У8А - углеродистая инструментальная высоко качественная сталь, содержащая 0,8% углерода;
30ХГС-III - особовысококачественная среднелегированная сталь, содержащая 0,30% углерода и от 0,8 до 1,5% хрома, марганца и кремния каждого.
Отдельные группы сталей обозначают несколько иначе.
Шарикоподшипниковые стали маркируют буквами «ШХ», после которых указывают содержание хрома в десятых долях процента:
ШХ6 - шарикоподшипниковая сталь, содержащая 0,6% хрома;
ШХ15ГС - шарикоподшипниковая сталь, содержащая 1,5% хрома и от 0,8 до 1,5% марганца и кремния.
Быстрорежущие стали (сложнолегированные) обозначают буквой «Р», следующая за ней цифра указывает на процентное содержание в ней вольфрама:
Р6М5К5-быстрорежущая сталь, содержащая 6,0% вольфрама 5,0% молибдена 5,0% кобальта.
Автоматные стали обозначают буквой «А» и цифрой, указывающей среднее содержание углерода в сотых долях процента:
А12 - автоматная сталь, содержащая 0,12% углерода (все автоматные стали имеют повышенное содержание серы и фосфора);
А40Г - автоматная сталь с 0,40% углерода и повышенным до 1,5% содержанием
2. Классификация и маркировка чугунов
Чугун отличается от стали по составу - более высоким содержанием углерода, по технологическим свойствам - лучшими литейными качествами, малой способностью к пластической деформации (в обычных условиях не поддается ковке). Чугун дешевле стали.
Чугунами называют железоуглеродистые сплавы с содержанием углерода от 2 до 6,67%.однако применяемые чугуны содержат углерода не более 4,3%, редко _ до 5%.
Изделия из чугуна получают главным образом путем литья (чугунные отливки), хотя имеются данные о том, что чугуны можно при определенных условиях подвергать горячей обработке давлением, после которой механические свойства чугунов повышаются, приближаясь к свойствам высококачественной углеродистой конструкционной стали.
Высокие литейные свойства, хорошая обрабатываемость резанием и небольшая стоимость обеспечивают широкое применение серых, высокопрочных и ковких чугунов.
Структура белых чугунов образуется у железоуглеродистых сплавов, содержащих углерода более 2%, при их относительно быстром охлаждении. Важнейшей структурной составляющей белых чугунов, определяющей их свойства, является ледебурит. При комнатной температуре ледебурит представляет эвтектическую смесь перлита и цементита. Наибольшее влияние на свойства белых чугунов оказывает цементит. Чем больше цементита в структуре белого чугуна, тем выше его твердость и хрупкость.
Применение белых чугунов для деталей машин ограничено из-за их невысоких литейных свойств и плохой обрабатываемости резанием. Поэтому белые чугуны используют в основном как предельные (для производства стали), а также для производства ковких чугунов.
Серые чугуны. Их получают при медленном охлаждении железоулеродистых сплавов, содержащих углерода более 2%.
Основной структурной составляющей серых чугунов, определяющей их свойства, является графит. Процесс кристаллизации графита называют графитизацией. Графит может выделяться как непосредственно из жидкого раствора, так и из аустенита и цементита.
На процесс графитизации, кроме скорости охлаждения, температуры нагрева и других технологических факторов, оказывает влияние содержание различных элементов. Одни элементы, как кремний, углерод, алюминий, титан, способствуют графитизации, другие, например, марганец, сера, хром, затрудняют ее и способствуют отбеливанию, т.е. производству белого чугуна.
Основными элементами, влияющими на графитизацию, помимо углерода, являются кремний и марганец. Кремний способствует графитизации и улучшает литейные свойства; его содержание в серых чугунах составляет от 0,5 до 4,5%. Марганец, наоборот, способствует отбеливанию и ухудшает литейные свойства; поэтому его содержание в серых чугунах допускается от 0,5 до 1%.Сера является вредной примесью в чугуне: она затрудняет графитизацию и ухудшает литейные свойства; в серых чугунах ее содержание ограничивают 0,07%.Фосфор в небольших количествах улучшает литейные свойства чугуна: содержание его составляет от 0,5 до 1%.В небольших количествах присутствуют также газы.
Структура серых чугунов состоит их стальной основы и выделений графита. По структуре стальной основы серые чугуны розделяют на четыре группы:
1) ферритные; структура феррит и графит;
2) ферритно-перлитные; структура феррит, перлит и графит;
3) перлитные; структура перлит и графит;
4) перлитно-цементитные; структура перлит, цементит и графит.
Наибольшее влияние на механические свойства серых чугунов оказывают выделения графита.
Имея малую прочность, графит ослабляет стальную основу; его влияние на чугун подобно действию надрезов. Поэтому чем больше графита в структуре, тем ниже прочность серого чугуна. Однако механические свойства серого чугуна зависят и не только от количества, но и от формы, величины и расположения графитных выделений. В серых чугунах выделения графита имеют форму пластинок. Чем крупнее пластинки графита, тем ниже механические свойства серого чугуна.
По физико-механическим характеристикам серые чугуны условно можно разделить на четыре группы: малой прочности, повышенной прочности, высокой прочности и со специальными свойствами.
Серый чугун малой прочности имеет в основе микроструктуру феррита или феррита и перлита с пластинчатым графитом. Такой чугун обладает прочностью на растяжение 300Мпа и соответствует маркам до СЧ-30.В марке буквы сокращенно обозначают наименование чугуна, а следующая за ними двухзначная цифра - предел прочности на растяжение.
Серый чугун повышенной прочности имеет перлитную основу и более мелкое, завихренное строение графита. Он соответствует маркам от СЧ 35 до СЧ 40. Прочность этих чугунов обеспечивается легированием модифицированием чугуна.
Легированный серый чугун имеет мелкозернистую структуру небольших количеств никеля и хрома, молибдена, а иногда титана или меди.
Модифицированный серый чугун имеет однородное строение по сечению отливки и более мелкую завихренную форму графита. В структуре отливок из модифицированного серого чугуна не содержится ледебуритного цементита. Вследствие малого количества вводимого в чугун модификатора его химический состав практически остается неизменным.
Серые чугуны имеют низкий предел прочности на растяжение и высокие предел прочности на сжатие и твердость; поэтому их в основном используют для изготовления деталей, работающих на сжатие и подвергающихся износу (станины и суппорты станков, стойки и р.) Пластические свойства серого чугуна низкие. По литейным качествам серые чугуны превосходят стали. Серые чугуны хорошо обрабатываются резанием.
Ковкий чугун. Ковкий чугун - условное название более пластичного чугуна по сравнению с серым. Ковкий чугун никогда не куют. Отливки их ковкого чугуна получают длительным отжигом отливок из белого чугуна с перлитно - цементитной структурой. При отжиге цементит белого чугуна распадается с образованием графита хлопьевидной формы.
В зависисимости от структуры металлической основы различают ковкий ферритный чугун и ковкий перлитный чугун.
В зависимости от предела прочности ковкий чугун (ГОСТ 1215 -79) разделяют на следующие марки: КЧ 30 -6 (163), КЧ 33 - 8 (163), КЧ 35-10 (163), КЧ 37 - 12
(163) - ферритные черносердечные и КЧ 45 - 6 (241),
КЧ 50 - 4 (241), КЧ 56 - 4 (269), КЧ 60 - 3 (269), КЧ 63 -2 (269) - перлитные светлосердечные.
Ковкий чугун широко применяют в автомобильном, сельскохозяйственном и текстильном машиностроении. Из него изготовляют детали высокой прочности, способные воспринимать повторно-переменные и ударные нагрузки и работающие в условиях повышенного износа. Широкое распространение ковкого чугуна, занимающего по механическим свойствам промежуточное положение между серым чугуном и сталью, обусловлено лучшими по сравнению со сталью литейными свойствами исходного белого чугуна, что позволяет получать отливки сложной формы. Ковкий чугун характеризуется достаточно высокими антикоррозионными свойствами и хорошо работает в среде влажного воздуха, топочных газов и воды.
3. Классификация и маркировка цветных сплавов
1. Медь и её сплавы.
Технически чистая медь обладает высокими пластичностью и коррозийной стойкостью, малым удельным электросопротивлением и высокой теплопроводностью. По чистоте медь подразделяют на марки (ГОСТ 859-78):
Основные типы металлических сплавов. Сталь. Чугун. Сплавы цветных металлов. Латунь. Бронза. Дюралюмин. Сплавы на основе свинца и олова. Их свойства и применение.
Металлические материалы подразделяются на группы в соответствии с тем компонентом, который лежит в их основе. Материалы черной металлургии: сталь, чугуны, ферросплавы, сплавы, в которых основной компонент – железо. Материалы цветной металлургии: алюминий, медь, цинк, свинец, никель, олово.
Основу современной техники составляют металлы и металлические сплавы. Сегодня металлы являются самым универсальным по применению классом материалов. Для того чтобы повысить качество и надежность изделий, требуются новые материалы. Для решения этих проблем применяются композиционные, полимерные, порошковые материалы.
Металлы – вещества, которые обладают ковкостью, блеском, электропроводностью и теплопроводностью. В технике все металлические материалы называют металлами и делят на две группы.
Простые металлы – металлы, которые имеют небольшое количество примесей других металлов.
Сложные металлы – металлы, которые представляют сочетания простого металла как основы с другими элементами.
Сталь не только прочный, но и пластичный материал, хорошо поддающийся механической обработке. Из конструкционной стали делают детали машин и конструкций, а добавляя в сталь хром, вольфрам и другие металлы, получают очень твердые инструментальные стшш, из которых изготавливают режущие инструменты для обработки металлов.
Чугун — хрупкий сплав, в связи с чем его используют для изделий, которые впоследствии не будут подвергаться ударам. Чугун обладает очень хорошей жидкотекучестью, поэтому из него получают качественные и сложные отливки: станины станков, радиаторы отопления и другие изделия.
Из цветных сплавов наибольшее распространение в технике получили латунь, бронза, дюралюминий.
Латунь — сплав меди с цинком желтого цвета. Обладает высокой пластичностью, твердостью и коррозионной стойкостью. Применяется для изготовления деталей, работающих в условиях повышенной влажности и в электротехнике.
Бронза — сплав меди со свинцом, алюминием, оловом и другими элементами, желто-красного цвета. Имеет высокую прочность, твердость, хорошо обрабатывается резанием и обладает коррозионной стойкостью. Применяется для изготовления водопроводных кранов и зубчатых колес, для отливки художественных изделий (скульптур, украшений и других элементов), в электротехнике.
Дюралюминий — сплав алюминия с медью, магнием, цинком и другими элементами, серебристого цвета. Хорошо обрабатывается, обладает высокой коррозионной стойкостью. Применяется в авиации, машиностроении и строительстве, где требуются легкие и прочные конструкции.
Сплавы на основе свинца и олова.
СПЛАВЫ, материалы, имеющие металлические свойства и состоящие из двух или большего числа химических элементов, из которых хотя бы один является металлом. Многие металлические сплавы имеют один металл в качестве основы с малыми добавками других элементов. Самый распространенный способ получения сплавов – затвердевание однородной смеси их расплавленных компонентов. Существуют и другие методы производства – например, порошковая металлургия. В принципе, четкую границу между металлами и сплавами трудно провести, так как даже в самых чистых металлах имеются «следовые» примеси других элементов. Однако обычно под металлическими сплавами понимают материалы, получаемые целенаправленно добавлением к основному металлу других компонентов.
Свинцовые сплавы. Обычный припой (третник) представляет собой сплав примерно одной части свинца с двумя частями олова. Он широко применяется для соединения (пайки) трубопроводов и электропроводов. Из сурьмяно-свинцовых сплавов делают оболочки телефонных кабелей и пластины аккумуляторов. Сплавы свинца с кадмием, оловом и висмутом могут иметь точку плавления, лежащую значительно ниже точки кипения воды (~70° C); из них делают плавкие пробки клапанов спринклерных систем противопожарного водоснабжения. Пьютер, из которого ранее отливали столовые приборы (вилки, ножи, тарелки), содержит 85–90% олова (остальное – свинец). Подшипниковые сплавы на основе свинца, называемые баббитами, обычно содержат олово, сурьму и мышьяк.
Оловянно-свинцовые сплавы имеют светло серый цвет. Покрытия оловянно-свинцовыми сплавами применяют для защиты изделий от коррозии в морской воде и ряде других агрессивных сред.
Сплав может быть осажден в весьма широких диапазонах по составу. Наибольшей химической стойкостью обладает сплав с содержанием свинца и олова по 50 %. Оловянно-свинцовые сплавы с содержанием олова от 5 до 17 % применяют как антифрикционные, особенно в сочетании с маслами, где чистый свинец легко растворяется. Покрытия такого состава также выполняют роль смазки при штамповке деталей из листовой стали.
Значительное распространение в промышленности получили сплавы на основе свинца и олова с добавлением легирующих элементов. Эти сплавы применяются, в основном, для работы трущихся деталей в тяжелых условиях, в частности, двигателей внутреннего сгорания, когда коррозионное воздействие топлив и масел при повышенной температуре воздействует на свинец.
Определение металлов и сплавов
Исходя из природы конструкционных и инструментальных материалов, их можно разделить на следующие основные группы:
1. Металлические материалы, к которым относятся:
сплавы на основе железа – чистое железо, стали, чугуны;
стали и сплавы с особыми физическими свойствами (магнитные и немагнитные стали и сплавы, аморфные сплавы, сплавы с высоким электрическим сопротивлением, сплавы с эффектом памяти формы и т.д.);
цветные металлы и сплавы – алюминий и сплавы на его основе (деформирующиеся и литейные; упрочняемые и не упрочняемые термической обработкой), медь и сплавы на ее основе (латуни, бронзы), титан и сплавы на его основе, подшипниковые сплавы и др.
композиционные материалы с металлической матрицей;
2. Неметаллические материалы:
полимерные органические материалы – пластмассы (термореактивные и термопластичные), резины;
композиционные материалы с неметаллической матрицей (стекло-пластики, углепластики, оргпластики и др.);
неорганические материалы (стекло, ситаллы, керамика);
3. Материалы со специальными свойствами – электронные материалы, материалы с особыми оптическими свойствами (волоконная оптика, люминофоры), проводниковые материалы.
Определение металлов и сплавов
Металлами называются вещества, атомы которых располагаются в определённом геометрическом порядке, образуя при этом кристаллы. Им присущ специфический металлический блеск. Кроме того, металлы обладают хорошей пластичностью, высокой теплопроводностью и электропроводностью. Это дает возможность обрабатывать их под давлением (прокатка, ковка, штамповка, волочение). Металлы обладают хорошими литейными свойствами, а также свариваемостью, способны работать при низких и высоких температурах. Металлические изделия и конструкции легко соединяются с помощью болтов, заклепок и сварки. Наряду с этим металлы обладают и существенными недостатками: имеют большую плотность, при действии различных газов и влаги коррозируют, а при высоких температурах значительно деформируются.
Существует такое определение как «чистый металл» оно весьма условно. Так как любой чистый металл содержит примеси, а потому его следует рассматривать как сплав. Под термином «чистый металл» всегда понимается металл, содержащий примеси 0,01–0,001 %. Современная металлургия позволяет получать металлы высокой чистоты (99,999 %). Однако примеси даже в малых количествах могут оказывать существенное влияние на свойства металла.
Чистые металлы обладают высокой пластичностью и низкой прочностью, что не обеспечивает требуемых физико-химических и технологических свойств. Поэтому их применение в строительстве и технике в качестве конструкционных материалов сильно ограничено. Наиболее широко используют сплавы, обладающие более высокой прочностью, твердостью и износостойкостью и т. д.
Сплавы – это системы, состоящие из нескольких металлов или металлов и неметаллов. Так, например, прочность технического железа составляет примерно 250 МПа, при введении в железо углерода в количестве 0,9 мас.% прочность повышается до 980 МПа. Все металлы и образованные из них сплавы делят на две группы: черные и цветные
К черным металлам относятся железо и сплавы на его основе – стали и чугуны, остальные металлы являются цветными. В строительстве в основном применяют черные металлы – чугуны и стали для каркасов зданий, мостов, труб, кровли, арматуры в бетоне и для других металлических конструкций и изделий.
К цветным металлам относятся все металлы и сплавы на основе алюминия, меди, цинка, титана. Цветные металлы являются более дорогостоящими и дефицитными.
Чугун получают в ходе доменного процесса, основанного на восстановлении железа из его природных оксидов коксом при высокой температуре. Процесс восстановления железа оксидом углерода в верхней части доменной печи можно представить по обобщенной схеме: Fe2O3 > Fe3O4 > >FeO > Fe. Опускаясь в нижнюю часть печи, расплавленное железо соприкасается с коксом и превращается в чугун.
Чугуны в зависимости от состава и структуры подразделяются на серые (углерод в виде цементита и свободного графита) и белые (углерод в виде цементита). В зависимости от формы графита и условий его образования различают: серый, высокопрочный и ковкий чугуны.
Стали можно подразделить на две основные группы – углеродистые и легированные (рис. 1).
Углеродистые стали – основной конструкционный материал, который используется в различных областях промышленности. Они дешевле легированных и проще в производстве. В углеродистой стали свойства зависят от количества углерода, поэтому эти стали классифицируются на низкоуглеродистые, средне- и высокоуглеродистые.
Легированные стали содержат специально вводимые элементы для получения заданных свойств. По степени легированости стали подразделяются на низколегированные, средне- и высоколегированные.
Классификация сталей по качеству основывается на содержании вредных примесей серы и фосфора. Различают углеродистую сталь обыкновенного качества, сталь качественную конструкционную и сталь высококачественную.
По назначению стали подразделяются на три группы: конструкционные, инструментальные и с особыми свойствами. Конструкционные углеродистые стали содержат углерод в количестве 0,02 – 0,7 мас.%, к ним относятся и строительные стали, содержащие до 0,3 мас.% углерода. Низкое содержание углерода обусловлено тем, что строительные конструкции соединяются сваркой, а углерод ухудшает свариваемость. Стали, содержащие углерод в пределах 0,7 – 1,5 мас.%, используют для изготовления режущего и ударного инструмента. К группе сталей и сплавов с особыми свойствами относятся коррозионностойкие, нержавеющие и кислотоупорные, жаропрочные и жаростойкие стали и т. д.
Классификация чугунов, сталей, сплавов цветных металлов
Чугун - сплав железа с углеродом, содержанием углерода от 2,14% до 6,67%.
Чугуны бывают белые, серые, ковкие, высокопрочные, легированные, антифрикционные.
В серых чугунах углерод присутствует в виде пластин, которые перерезают металлические волокна, серый чугун хрупкий и обладает хорошими литейными свойствами.
Обозначается: СЧ15, СЧ20, где цифра - предел прочности на растяжение.
В белых чугунах углерод присутствует в виде карбида железа (Fe3C).
Изделия из ковкого чугуна получают: из белого чугуна, а затем проводят отжиг (нагрев, выдержка, охлаждение).
В ковком чугуне углерод присутствует в виде хлопьев, которые не так ослабляют металлические волокна как пластины, механические свойства ковкого чугуна выше чем у серого.
Ковкий чугун обозначается: КЧ33-8, где первая цифра - предел прочности на растяжение. Вторая цифра - относительное удлинение в процентах.
Высокопрочный чугун получают модифицированием серого, то есть добавкой небольшого количества (00,4 до 00,3) магния, кальция. В результате химический состав не меняется, а меняется форма углерода, он становится шаровидным и располагается между волокнами, не ослабляя их, его свойства близки к свойствам стали.
Высокопрочный чугун обозначается: ВЧ45, ВЧ50.
Легирование отличается от модифицирования тем, что меняется химический состав чугуна за счет добавок никеля, хрома, молибдена и других элементов для получения нужных свойств.
Различают 6 видов серого антифрикционного чугуна от АЧС-1 до АЧС-6, АЧВ-1 до АЧВ-2, АЧК-1 до АЧК-2.
АЧ - антифрикционный чугун: С - серый, В - высокопрочный, К - ковкий. А цифры обозначают порядковый номер сплава согласно ГОСТу 1585-79.
Сталь - сплав железа с углеродом, при содержании углерода от 0,025 до 2,14%
Передел чугуна в сталь сводится к проведению окислительной плавки для удаления избытка углерода, возможно полного удаления вредных примесей фосфора и серы.
Для улучшения свойств стали добавляют хром и никель.
Стали классифицируют по многим признакам, но основные - по химическому составу, назначению, качеству.
По химическому составу стали бывают:
1)низколегированные - до 2,5 легирующих элементов.
2)среднелегированные -2,5-10 легирующих элементов.
3)высоколегированные - более 10 легирующих элементов.
В углеродистых сталях нет специально введенных легирующих элементов, но в них может быть никель, хром, марганец, но эти элементы попали в сталь из чугуна, а в чугун из руды.
По назначению стали бывают:
1)конструкционные - 2 цифры.
2)инструментальные - 1 цифра.
Стали с особыми физическими свойствами (жаростойкие, кислотоупорные)
Из конструкционных сталей делают детали машин и стальные конструкции.
Инструментальные стали применяют для изготовления:
1)стали для режущего инструмента.
2)штампы - инструменты при обработке давлением.
3)для измерительного инструмента.
Качество стали определяется содержанием вредных примесей фосфора и серы.
По качеству стали бывают:
1)обыкновенного качества - фосфора не более 0,04%, серы не более 0,05%
2)Качественные - фосфора не более 0,035%, серы не более 0,035%
3)Высококачественные - фосфора не более 0,025%, серы не более 0,025%
4)особовысококачественная сталь - фосфора не более 0,025%, серы не более 0,015%
Углеродистые стали обыкновенного качества обозначают:
1)сталь группы А - по механическим свойствам (такая сталь может иметь повышенное содержание серы или фосфора);
2)сталь группы Б - по химическому составу;
3)сталь группы В - с гарантированными механическими свойствами и химическим составом.
Из стали группы В делают сварные стальные конструкции.
По степени раскисления стали бывают:
1)кипящие - обозначаются КП
2)спокойные - обозначаются СП
3)полуспокойные - обозначаются ПС
Углеродистые конструкционные стали:08, 10, 20, 40
Цифра показывает содержание углерода в сотых долях %
Если сталь высококачественная, то в конце ставят А, если особовысококачественная, то ставят Ш.
Читайте также: