ГОСТ 5632-72. Стали высоколегированные и сплавы (коррозионно-стойкие, жаростойкие, жаропрочные).

Настоящий стандарт распространяется на деформируемые стали и сплавы на железоникелевой и никелевых основах, предназначенные для работы в коррозионно-активных средах и при высоких температурах.

К высоколегированным сталям условно отнесены сплавы, массовая доля железа в которых более 45%, а суммарная массовая доля легирующих элементов не менее 10%, считая по верхнему пределу, при массовой доле одного из элементов не менее 8% по нижнему пределу.

К сплавам на железоникелевой основе отнесены сплавы, основная структура которых является твердым раствором хрома и других легирующих элементов в железоникелевой основе (сумма никеля и железа более 65% при приблизительном отношении никеля к железу 1:1,5).

К сплавам на никелевой основе отнесены сплавы, основная структура которых является твердым раствором хрома и других легирующих элементов в никелевой основе (содержания никеля не менее 50%).

Стандарт разработан с учетом требований международных стандартов ИСО 683/ХIII-85, ИСО 683/XV-76, ИСО 683/XVI-76, ИСО 4955-83.

Классификация:

1. В зависимости от основных свойств стали и сплавы подразделяют на группы:

- коррозионностойкие (нержавеющие) стали и сплавы, обладающие стойкостью против электрохимической и химической коррозии (атмосферной, почвенной, щелочной, кислотной, солевой), межкристаллитной коррозии, коррозии под напряжением и др.;

- жаростойкие (окалиностойкие) стали и сплавы, обладающие стойкостью против химического разрушения поверхности в газовых средах при температурах выше 550°С, работающие в ненагруженном или слабонагруженном состоянии;

- жаропрочные стали и сплавы, способные работать в нагруженном состоянии при высоких температурах в течение определенного времени и обладающие при этом достаточной стойкостью.

2. В зависимости от структуры стали подразделяют на классы:

- мартенситный - стали с основной структурой мартенсита;

- мартенситно-ферритный - стали, содержащие в структуре кроме мартенсита, не менее 10% феррита;

- ферритный - стали, имеющие структуру феррита;

- аустенитно-мартенситный - стали, имеющие структуру аустенита и мартенсита, количество которых можно изменять в широких пределах;

- аустенитно-ферритный - стали, имеющие структуру аустенита и феррита (феррит более 10%);

- аустенитный - стали, имеющие структуру аустенита.

Подразделение сталей на классы по структурным признакам является условным и произведено в зависимости от основной структуры, полученной при охлаждении сталей на воздухе после высокотемпературного нагрева. Поэтому структурные отклонения причиной забракования стали служить не могут.

3. В зависимости от химического состава сплавы подразделяют на классы по основному составляющему элементу:

- сплавы на железоникелевой основе;

- сплавы на никелевой основе.

Маркировка сталей:

- Ст3пс - углеродистая конструкционная сталь обыкновенного качества группы А, полуспокойная, с содержанием углерода 0,14 - 0,22 %;

- Бст2кп - сталь обыкновенного качества группы Б, кипящая, с содержанием углерода 0,09 - 0,15 %;

- ВСт5сп - углеродистая сталь обыкновенного качества, спокойная, с содержанием углерода 0,28 - 0,37 %;

- Стали 35.А20 и АС40 относятся к углеродистым конструкционным качественным, повышенной и высокой обрабатываемости сталям.

- Сталь 35 относится к качественной конструкционной стали, А20 и АС40 - к конструкционным сталям повышенной и высокой обрабатываемости;

- ШХ6 - шарикоподшипниковая сталь, содержащая 1% углерода и 0,6% хрома;

- ШХ15СГ - шарикоподшипниковая сталь; содержащая 1% углерода, 1,5% хрома, кремния и марганца до 1%.

- У8 - качественная углеродистая инструментальная сталь с содержанием углерода 0,8%;

- У12А - высококачественная углеродистая инструментальная сталь с содержанием углерода 1,2%.

- 7ХФ - углеродистая легированная инструментальная сталь с содержанием 0,7% углерода и менее 1% хрома и ванадия.

- Р18 - быстрорежущая сталь состава: 0,7-0,8% С; 3,8-4,4% Сг; 17,0 - 18,5% V; 1,0 - 1,4% V;

- Р6М5ФЗ - быстрорежущая сталь состава: 0,95-1,05% С; 3,8-4,4% Cr; 5,5-6% W; 4,6-5,2% Mo; 1,8-2,4 % V.

- ВК2 - вольфрамокобальтовый твердый сплав, содержащий 2% Со и 98% W;

- Т5К10 - вольфрамотитанокобальтовый твердый сплав, содержащий 10% Со, 5% TiС и 95% WC;

- ТТ10К8 - вольфрамотитанотанталокобалътовый твердый сплав, содержащий 8% Со, 10% TiС +TаС, 82% WC.

- КТС-1 - содержат 17-15% Ni; 9-7% Мо, остальное TiC (карбид титана);

- ТН-20 - содержит 20% Ni, 5-10% Mo, остальное TiC (титано-никелевый). ЕХЗ - магнитотвердая сталь для постоянных магнитов (1% С, 3% Сг), чем выше %Cr, тем больше прокаливаемость;

- Э1, Э2 - магнитомягкие динамные стали;

- ЭЗ, Э4 - трансформаторные стали;

- ЭИ - горячекатаная магнитомягкая сталь с содержанием Si 1%, уровень электротехнических свойств - I.

- Л62 - латунь содержащая меди 62%, остальное - цинк;

- ЛЖМц59-1-1 - латунь, содержащая 59% Cu, 1% Fe, 1% Mn, остальное цинк.

БрБ2 - бериллиевая бронза содержащая 2% бериллия остальное -медь;

БрА9Ж4Л - алюминиевожелезистая бронза, содержащая 9% Al, 4% Fe, остальное - медь.

- БрН20 - мельхиор (20% Ni, 80% Cu),

- БрН40 - константан (40% Ni, 60% Cu).

В марке стали двухзначное число обозначает содержание углерода в сотых долях процента. Буква А обозначает повышенную или высокую обрабатываемость стали. Сталь АС40 - это углеродистая свинцовосодержащая сталь.

Определение сорта и химического состава стали может производиться по цвету краски закрашенного торца металла, химическим анализом стали или с помощью искровой пробы.

В слесарном деле чаще всего сорт стали определяется на основании искровой пробы на наждачном точиле. Так, мягкая малоуглеродистая сталь с содержанием углерода 0,1 - 0,16% дает светло-желтые ровные световые линии и продолговатые каплеобразные искры. Углеродистая сталь с содержанием углерода 0,5% дает светло-желтые разветвляющиеся световые полосы с редким образованием маленьких звездочек. Углеродистая инструментальная сталь с содержанием углерода 0,9% дает светло-желтые искры с многочисленными лучистыми звездочками, а с содержанием углерода 1,2% - яркие пучки искр, состоящие из светло-желтых, часто разветвляющихся звездочек. При искровой пробе марганцовистой стали с содержанием марганца 10 - 14% получаются бело-желтые яркие пучки лучей, сильно разветвляющихся перпендикулярно к линиям искр.

Быстрорежущая сталь, имеющая 10% вольфрама, 4% хрома и 0,7% углерода, дает темно-красные прерывистые линии искр, разветвляющиеся на более светлые звездочки. Вольфрамовая сталь (1,3% вольфрама) - отдельные темно-красные линии искр, разделяющиеся на более светлые желтые звездочки. Кремнистая сталь - длинные светло-желтые световые линии, оканчивающиеся каплями разделяющихся на пучки светло-желтых искр. Хромистая сталь - темно-желтый световой пучок, разделяющийся красноватыми линиями искр с шарообразными концами. Хромоникелевые конструкционные стали с содержанием 3-4% никеля и 1% хрома - желтые продолговатые каплеобразные линии искр с разделяющимися пучками шипов.

Продукция металлургического производства бывает, как правило, представлена в следующих видах (рис. 2.1):

- прутки круглого шестигранного и квадратного сечений;

- равносторонние и неравносторонние угольники;

- швеллеры;

- двутавры;

- полосовое железо;

- стальная лента;

- листовой тонкий и толстый металл, а также ряд специальных профилей (рельсы и др.).

 

Рисунок 1.2.1. Продукция металлургического завода.

 

Алюминий и алюминиевые сплавы. Виды сплавов, примеры маркировки, свойства, область применения.

Алюминий - химический элемент III группы периодической системы Менделеева (атомный номер 13, атомная масса 26,98154). В большинстве соединений алюминий трехвалентен, но при высоких температурах он способен проявлять и степень окисления +1. Из соединений этого металла самое важное - оксид Al₂O₃. Алюминий- серебристо-белый металл, легкий (плотность 2,7 г/см³), пластичный, хороший проводник электричества и тепла, температура плавления 660°C. Он легко вытягивается в проволоку и прокатывается в тонкие листы.

Алюминий химически активен (на воздухе покрывается защитной оксидной пленкой - оксидом алюминия.) надежно предохраняет металл от дальнейшего окисления. Но если порошок алюминия или алюминиевую фольгу сильно нагреть, то металл сгорает ослепительным пламенем, превращаясь в оксид алюминия. Алюминий растворяется даже в разбавленных соляной и серной кислотах, особенно при нагревании. А вот в сильно разбавленной и концентрированной холодной азотной кислоте алюминий не растворяется.

Температура плавления алюминия составляет 660,37°С, а плотность 2,699 г/см³ (при 20°С). Значение теплопроводности и электропроводности составляют примерно 2/3 от соответствующих значений для меди. Эти значения сильно зависят от чистоты алюминия, наклепа и температуры. Алюминий отличается высокой коррозионной стойкостью на воздухе и в некоторых других средах.

По объему производства и потребления (> 20 млн. т/г) он является бесспорным лидером среди всех цветных металлов. Это обусловлено широкой распространенностью алюминии в земной коре - 8% (железа всего 5%) и удачным сочетанием основных эксплуатационных и технологических свойств, которыми обладают сплавы на его основе. Значительная часть мирового производства первичного алюминия (> 15%) приходится на Россию, прежде всего на алюминиевые заводы, находящиеся в Сибири и на Урале: Красноярск, Братский, Саяногорский, Новокузнецкий, Иркутский и др.

Примеры маркировки алюминия.

Деформируемые сплавы бывают ковкими - обозначаются (АК) и обработанные прокаткой или волочением дуралюмины (Д). В маркировке сплава после букв следует условный номер сплава. Поставляются алюминиевые сплавы по ГОСТ 4784-74 и ГОСТ 2685-75:

- АЛ-2 - литейный алюминиевый сплав силумин;

- Д16 - деформируемый алюминиевый сплав дуралюмин;

- АК5 - деформируемый алюминиевый сплав для ковки (алюминий ковочный).

Виды сплавов.

В зависимости от способа обработки сплавы алюминия бывают двух видов: деформируемые и литейные сплавы.

Деформируемые характеризуются способностью принимать самые разнообразные формы после горячей или холодной прокатки, ковки, штамповки, волочения и других видов обработки, благодаря которым и появляется алюминиевый прокат, а именно плиты, листы, проволока и т.д.

Деформируемые алюминиевые сплавы делят на неупрочняемые и упрочняемые термической обработкой. К первым относятся технический алюминий, Al-Mg, Al-Mn сплавы. Алюминиевые сплавы систем Al-Cu -Mg (дюралюмины, к ним относится марка сплава Д16), Al-Mg-Si (в этой группе марки АД31, сплав 6063), Al-Mg-Si-Cu (сплав АД33)-ковочные сплавы, Al-Zn-Mg-Cu и другие составляют группу термообрабатываемых сплавов, термическая обработка которых осуществляется, если растворимость образующихся химических соединение с понижением температуры уменьшается.

Что касается литейных сплавов, из них в основном производят фасонные отливки. Литейные сплавы содержат почти те же легирующие компоненты, что и деформируемые сплавы, но в значительно большем количестве (до 9 - 13% по отдельным компонентам). Литейные сплавы предназначены для изготовления фасонных отливок. Выпускают 35 марок литейных алюминиевых сплавов (АЛ), которые по химическому составу можно разделить на 5 групп. Например, алюминий с кремнием (АЛ2, АЛ4, АЛ9) или алюминий с магнием (АЛ8, АЛ 13, АЛ22 и др.). Алюминиевые литейные сплавы маркируют буквами АЛ и цифрой, указывающей условный номер сплава.

Алюминий образует сплавы со многими элементами. В сплавах алюминий сохраняет свои свойства. В расплавленном состоянии Al жидкотекуч и хорошо заполняет формы, в твердом виде он хорошо деформируется и легко поддается резанию, пайке и сварке.

Из сплавов алюминия наибольшее значение имеют дюралюминий и силумины. В состав дюралюминия, кроме Al, входят 3,4-4% меди, 0,5% Mn и 0,5% Mg, допускается не более 0,8% Fe и 0,8% Si.

Дюралюминий хорошо деформируется и по своим механическим свойствам близок к некоторым сортам стали, хотя он в 2,7 раза легче стали (плотность дюралюминия 2,85 г/см³). Механические свойства этого сплава повышаются после термической обработки и деформации в холодном состоянии. Сопротивление на разрыв повышается со 147 - 216 МПа до 353 - 412 МПа, а твердость по Бринелю с 490-588 до 880-980 МПа. При этом относительное удлинение дюралюминия почти не изменяется и остается достаточно высоким (18 - 24%).

Сплавы на основе алюминия и кремния называют силуминами. Силумины обладают высокими механическими и литейными свойствами: высокой жидкотекучестью, небольшой усадкой, достаточно высокой прочностью и удовлетворительной пластичностью.

Сплавы на основе алюминия и магния имеют высокую удельную прочность, хорошо обрабатываются резанием и имеют высокую коррозионную стойкость.

Свойства алюминиевых литейных сплавов существенно зависят от способа литья и вида термической обработки. Важное значение при литье имеет скорость охлаждения затвердевающей отливки или скорость охлаждения при ее закалке. В общем случае увеличение скорости отвода тепла вызывает повышение прочностных свойств. Поэтому механические свойства отливок при литье в кокиль (металлические литейные формы) выше, чем при литье в песчано-глинистые формы (см. табл. 1.2.2).

Литейные алюминиевые сплавы имеют более грубую и крупнозернистую структуру, чем деформируемые. Это определяет режимы их термической обработки. Для закалки силумины нагревают до температуры 520 - 540°С и дают длительную выдержку (5 - 10 часов), для того чтобы полнее растворить включения. Искусственное старение проводят при 150 - 180°С в течение 10 - 20 часов. Для улучшения механических свойств силу­мины, содержащие более 5% кремния, модифи­цируют натрием. Для этого в расплав добавляют 1 - 3% от массы сплава соли натрия (2/3 NaF + 1/3 NaCl). При этом снижается температура кристаллизации сплава и измельчается его струк­тура.

 

Таблица 1.2.2. Литейные алюминиевые сплавы.

Марка	Способы литья	Вид тер­мической обработки	Предел прочности при растяжении, σв МПа	Твердость, HB	Назначение
АЛ2	зм, вм, км, к, д зм, вм, км, к, д	—   Отжиг	150-160   140-150		Малонагруженные детали (корпуса приборов, кронштейны и т. и.)
АЛ4	з, в, к, д к, д зм, вм, к	— Старение Закалка и полное старение			Крупные нагруженные детали (корпуса компрессоров, картеров, блоков)
АЛ9	з, в, к, д з, в, к, д з, в зм, вм	— Отжиг Закалка Закалка и полное старение			Детали средней нагруженности сложной конфигурации (го­ловки цилиндров, поршни, картеры сцеп­ления и т. п.)
АЛ10В	к, з	Старение	150-170	80-90	Детали, работающие при повышенных температурах
АЛ8	з, в, к	Закалка			Детали высоконагруженные, воспринимающие вибрационные нагрузки

Свойства алюминия.

Алюминий обладает многими ценными свойствами:

- небольшой плотностью — около 2,7 г/см3;

- высокой теплопроводностью и высокой электропроводностью;

- хорошей пластичностью и достаточной механической прочностью.

Область применения.

Применение алюминия и сплавов широко применяют во многих отраслях промышленности, в том числе в авиации, транспорте, металлургии, пищевой промышленности и др. Из алюминия и его сплавов изготовляют корпуса самолетов, моторы, блоки цилиндров, коробки передач, насосы и другие детали в авиационной, автомобильной и тракторной промышленности, сосуды для хранения химических продуктов.

Алюминий широко применяют в быту, пищевой промышленности, в ядерной энергетике и электронике. Многие части искусственных спутников нашей планеты и космических кораблей изготовлены из алюминия и его сплавов. Вследствие большого химического сродства алюминия к кислороду его применяют в черной металлургии как раскислитель, а также для получения при использовании так называемого алюминотермического процесса трудно восстанавливаемых металлов (кальция, лития и др.). По общему производству металла в мире алюминий занимает второе место после железа.

Широкое применение алюминия в промышленности, прежде всего, связано сего большими природными запасами, а также совокупностью химических, физических и механических характеристик.