Повышенной и высокой обрабатываемости резанием (автоматная)

ГОСТ 1414-75

АС12ХН, АС15ХГН, АС20ХГНМ, АС40ХГНМ и др. Для деталей машин, изготавливаемых на станках-автоматах. Различные детали в автомобилестроении. Низкоуглеродистая применяется без термической обработки, среднеуглеродистая - после улучшения (закалки и высокого отпуска)

С ОСОБЫМИ СВОЙСТВАМИ (специальными)

Коррозионно-стойкая хромовая

ГОСТ 5632-72

08Х13, 20Х13, 40Х13, 12Х17, 08Х17 и др. Для изделий, работающих в слабоагрессивных средах. Режим термической обработки выбирается в зависимости от требуемых свойств.

Коррозионно-стойкая хромоникелевая

ГОСТ 5632-72

08Х18Н10,12Х18Н10Т, 10Х14Г14Н4Т и др. Для изделий, работающих в сильноагрессивных средах. Аустенитные стали могут применяться для изготовления низкотемпературного оборудования. Для получения аустенитной структуры применяют закалку.

Жаростойкая окалиностойкая)

ГОСТ 5632-72

15Х25Т, 12Х18Н9, 40Х9С2, 12Х17, 40Х10С2М и др. Для изделий, работающих при повышенных и высоких температурах.

Жаропрочная

ГОСТ 5632-72

12ХМФ, 12Х2МФБ, 45Х4Н14В2М, 40Х15Н7Г2Ф2М и др. Для изделий, сохраняющих свойства при повышенных и высоких температурах.

Износостойкая

ГОСТ 5632-72

95Х18, 110Г13Л и др. Для изделий, работающих в условиях трения при сильных ударах (железнодорожные стрелки, траки гусеничных машин, била камнедробилок и др.)

Электротехническая

ГОСТ 21427-72

1211, 1212, 1311, 2211, 3311 и др. Магнитомягкая сталь для электромагнитов.

Для постоянных магнитов

ГОСТ 6862-72

ЕХ, ЕХ3, ЕХ9К15М и др. Магнитотвердая сталь для постоянных магнитов.

В марке указывается среднее содержание углерода в сотых долях процента (двузначное число в начале марки) и легирующие элементы (буквы русского алфавита с цифрами после соответствующей буквы, которые указывают примерное содержание данного элемента в процентах). Химические элементы в марках стали обозначаются следующими буквами:

А – азот; Б – ниобий; В – вольфрам; Г – марганец; М – молибден; Д – медь; Н – никель; Е – селен; Т – титан; П – фосфор; К – кобальт; Р – бор; Х – хром; С – кремний; Ц – цирконий; Ф – ванадий; Ю – алюминий.

Часть обозначений совпадает с начальными буквами русских названий этих элементов, а в остальных случаях не совпадает.

Буква А имеет тройное значение:1) если стоит в начале марки, то обозначает автоматную сталь, предназначенную для изготовления мелких неответственных изделий на станках-автоматах; 2) внутри марки указывает на легирование стали азотом; 3) стоящая в конце марки обозначает высококачественную сталь, т.е. с минимальным количеством вредных примесей.

Стали и сплавы, полученные специальными методами, дополнительно обозначают через тире в конце марки следующими буквами: ВД – вакуумно-дуговой переплав, Ш – электрошлаковый переплав, ВИ – вакуумно-индукционная плавка.

Если после буквы, обозначающей определенный химический элемент в стали, не стоят цифры, то его содержание примерно равно 1 %.

Примеры:

15ХСНД (сталь содержит 0,15 % углерода, около 1 % хрома, кремния, никеля, меди каждого).

08Х18Н10Т (сталь содержит 0,08 % углерода, 18 % хрома, 10 % никеля, 1 % титана). Сталь является высоколегированной, т.к. суммарное содержание легирующих элементов более 10 %.

Область применения легированной конструкционной стали существенно зависит от ее химического состава (содержания углерода и легирующих элементов).

Так,низколегированная сталь, содержащая дешевые элементы (Cr, Si, Mn) и менее 0,25 % углерода, хорошо сваривается, незначительно дороже углеродистой и поэтому используется в основном в строительстве. Применяется без термической обработки. За счет легирования ее прочность примерно на 25 % выше по сравнению с углеродистой. Это позволяет существенно экономить металл и облегчить конструкцию. По ГОСТ 19281-89 она называется сталь повышенной прочности.

Строительные стали могут также маркироваться буквой С и цифрой, показывающей категорию прочности, например С235: строительная сталь, имеющая предел текучести 235 МПа. в конце марки может стоять буква "К". Это значит, что сталь котельная.

Низкоуглеродистую конструкционную сталь применяют также для изготовления деталей машин, которые подвергают цементации.

В отличие от строительной, цементуемая сталь может содержать большее количество легирующих, прокаливаемости, что обеспечивает более высокую прочность сердцевины детали (по сравнению с углеродистой, содержащей аналогичное количество углерода).

Среднеуглеродистая легированная сталь, содержащая 0,3 – 0,45 % С, применяется в основном для изготовления сильно нагруженных деталей машин, работающих при динамических нагрузках. Детали машин, изготовляемые из такой стали, обязательно подвергаются закалке и высокому отпуску (улучшению) для обеспечения оптимального сочетания механических свойств. Основная цель легирования такой стали – повышение прокаливаемости.

Конструкционная легированная сталь с более высоким содержанием углерода (равным или превышающим 0,5 %С) применяется в основном для пружин и рессор. Ее чаще всего легируют кремнием (для повышения жесткости и упругости), а также другими элементами (Cr, Ni и пр.) с целью повышения прокаливаемости. Изделия из такой стали чаще всего подвергают закалке и среднему отпуску. Это обеспечивает максимальную упругость стали.

Высоколегированная сталь (содержащая более 10 % легирующих элементов, относится в основном к сталям со специальными свойствами: жаростойкой, жаропрочной, коррозионно-стойкой и другим.

Жаростойкой называют сталь, устойчивую против окисления при нагреве свыше 500 ºС. Жаростойкость стали повышает хром, алюминий и кремний. Чем выше их содержание в стали, тем выше ее жаростойкость. Однако алюминий и кремний в больших количествах сильно повышают хрупкость стали. Поэтому жаростойкие стали легируют в основном хромом. Иногда для повышения пластичности добавляют никель. Сталь жаростойкая до 700, 800, 900, 1000, 1200 ºС должна содержать соответственно не менее 6, 10, 18, 25, 30 % хрома.

Жаропрочные стали способны противостоять механическим нагрузкам при высокой температуре. Жаропрочные стали, применяемые для работы при температурах выше 500 ºС, должны быть одновременно и жаростойкими. Поэтому они должны содержать необходимое количество хрома, который повышает не только жаростойкость, но и жаропрочность. В сталях перлитного класса существенно повышают жаропрочность молибден в небольших количествах (около 1 %) и ванадий.

Коррозионно-стойкие стали одновременно являются и жаростойкими. К коррозионно-стойким относят стали, содержащие 13 и более процентов Cr. Различают хромистые, хромо-никелевые, хромо-никель-марганцевые и др. виды коррозионностойких сталей. Легирование никелем (или заменителем никеля - марганцем) позволяет повысить коррозионную стойкость и получить аустенитную структуру. Такие стали обладают высокой пластичностью и вязкостью, а благодаря аустенитной структуре могут применяться при низких температурах.

Иногда сталь маркируют в зависимости от области ее применения. Каждая группа стали обозначается определенной буквой, которая ставится первой. За этой буквой ставят буквы и цифры, которые, как и в легированных сталях, обозначают легирующие элементы и их количество. Например, буквой Ш обозначают подшипниковую сталь, Е – сталь для постоянных магнитов, Э – электротехническая сталь.

Примеры:

ШХ15-В – подшипниковая сталь, легированная хромом примерно 1,5 % (в подшипниковой стали содержание хрома указывают в десятых долях процента). В – вакуумированная.

ЕХ3 - сталь для постоянных магнитов, легированная 3 % хрома.

Электротехнические стали маркируют по ГОСТ 21427.0-75 четырехзначным числом, например 1211 (Э11), 1213 (Э13), 1311 (Э21) и другие (в скобках приведена устаревшая маркировка). Первая цифра означает класс по структурному состоянию и виду прокатки. Вторая – содержание кремния в процентах, третья – группу основной нормируемой характеристики. Четвертая – порядковый номер типа стали. Вместе первые три цифры означают тип стали.

Нестандартные стали, выпускаемые различными заводами, маркируют особыми буквами: ЭИ – электросталь исследовательская; ЭП – электросталь пробная. Стали, выпускаемые заводом “Днепроспецсталь”, маркируют ДИ, а Златоустовским металлургическим заводом – ЗИ. Во всех случаях после букв пишут порядковый номер (ЭИ417, ЭП67, ДИ8 и т.д.).

Стали имеют высокую пластичность, но низкие литейные свойства. Поэтому из сталей заготовки получают в основном обработкой давлением (ковкой, штамповкой, прокаткой, волочением и другими способами).

Вместе с тем, стали используют для получения отливок достаточно часто. В этом случае используют литейные стали. В конце марки таких сталей ставят букву “Л”, например 25Л. Но и эти стали имеют литейные свойства хуже, чем чугуны и могут применяться только для толстостенных отливок.

2.2. Маркировка и применение чугунов

Литейные чугуны, применяемые для изготовления деталей машин, маркируются по механическим свойствам. Это связано с тем, что одному и тому же химическому составу могут соответствовать различные механические свойства, так как свойства чугунов зависят не только от состава, но и других факторов. Существенным недостатком белых и серых чугунов является высокая хрупкость. Ковкие и высокопрочные чугуны имеют более высокую пластичность, тем не менее они по пластичности заметно уступают стали. Чугуны хуже сталей работают на растяжение, особенно серые.

В начале каждой марки всегда пишут две буквы, которые означают вид чугуна:

СЧ – серый чугун,

КЧ – ковкий чугун,

ВЧ – высокопрочный чугун.

В марках чугунов после соответствующих букв указывается минимальное значение временного сопротивления на разрыв, а в ковких после тире ставят еще второе число, обозначающее минимальное относительное удлинение, т.е. пластичность. У серых чугунов пластичность (относительное удлинение) близко к нулю. В старом гос. стандарте второе число в марках серого чугуна соответствовало пределу прочности при изгибе в килограммах силы на миллиметр квадратный, а в марках высокопрочных чугунов – относительному удлинению.

Примеры:

СЧ15 – серый чугун, σв ≥ 150 Н/мм2 (≈ 15 кгс/мм2).

КЧ30-6 – ковкий чугун, σв ≥ 300 Н/мм2 (≈ 30 кгс/мм2), δ = 6 %).

ВЧ70 – высокопрочный чугун, σв ≥ 700 Н/мм2 (≈ 70 кгс/мм2).

Чугуны, обладая хорошими литейными свойствами, широко применяются для деталей сложной формы, которые целесообразно изготавливать литьем.

Наиболее распространенным является серый чугун, т.к. он самый дешевый. Однако из-за высокой хрупкости его можно применять только для малонагруженных деталей, работающих при статической нагрузке, а также для деталей, работающих на сжатие (хрупкие металлы очень плохо работают на растяжение).

Для ответственных деталей, изготовляемых литьем и работающих в тяжелых условиях при динамических нагрузках, следует применять ковкий и высокопрочный чугун. Однако эти чугуны дорогие и их применение ограничено. В особых случаях для литых деталей могут применяться литейные сплавы на основе цветных металлов.

Для изготовления подшипников скольжения, работающих при больших нагрузках, применяют специальные антифрикционные чугуны. Их маркируют в соответствии с ГОСТ 1585-85 буквами АЧС, АЧВ, АЧК.

Буквы АЧ означают антифрикционный чугун. Последняя буква указывает на принадлежность чугуна к конкретной группе: С – серый, В – высокопрочный, К – ковкий. Через тире пишут цифру от 1 до 6, которая означает порядковый номер. Например, АЧС-5 (антифрикционный серый чугун № 5).

Следует иметь в виду, что чугуны имеют хорошие литейные свойства, но обладают низкой пластичностью. Поэтому из чугунов заготовки изготовляются только литьем. Даже высокопрочный чугун, имеющий наибольшую пластичность по сравнению с другими, не способен обрабатываться давлением.

2.3. Классификация, маркировка и применение цветных металлов и сплавов на их основе

К цветным металлам относятся все металлы, кроме железа и сплавов на его основе – сталей и чугунов, которые называются черными. Сплавы на основе цветных металлов используют в основном как конструкционные материалы со специальными свойствами: коррозионно-стойкие, подшипниковые (обладающие низким коэффициентом трения), тепло- и жаропрочные и др.

В маркировке цветных металлов и сплавов на их основе нет единой системы. Во всех случаях принята буквенно-цифровая система. Буквы указывают на принадлежность сплавов к определенной группе, а цифры в разных группах материалов имеют разное значение. В одном случае они указывают на степень чистоты металла (для чистых металлов), в другом – на количество легирующих элементов, а в третьем обозначают номер сплава, которому по гос. стандарту должны соответствовать определенный состав или свойства.

Медь и ее сплавы

Техническая медь маркируется буквой М, после которой идут цифры, связанные с количеством примесей (показывают степень чистоты материала). Медь марки М3 содержит примесей больше, чем М000. Буквы в конце марки означают: к – катодная, б – безкислородная, р – раскисленная. Высокая электропроводность меди обуславливает ее преимущественное применение в электротехнике как проводникового материала. Медь хорошо деформируется, хорошо сваривается и паяется. Ее недостатком является плохая обрабатываемость резанием.

К основным сплавам на основе меди относятся латуни и бронзы.

В сплавах на основе меди принята буквенно-цифровая система, характеризующая химический состав сплава. Легирующие элементы обозначаются русской буквой, соответствующей начальной букве названия элемента. Причем часто эти буквы не совпадают с обозначением тех же легирующих элементов при маркировке стали. Алюминий – А; Кремний – К; Марганец – Мц; Медь – М; Никель – Н; Титан –Т; Фосфор – Ф; Хром –Х; Бериллий – Б; Железо – Ж; Магний – Мг; Олово – О; Свинец – С; Цинк - Ц.

Порядок маркировки литейных и деформируемых латуней разный.

Латунь - сплав меди с цинком (Zn от 5 до 45%). Латунь с содержанием от 5 до 20% цинка называется красной (томпаком), с содержанием 20–36% Zn – желтой. На практике редко используют латуни, в которых концентрация цинка превышает 45%. Обычно латуни делят на

· двухкомпонентные латуни или простые, состоящие только из меди, цинка и, в незначительных количествах, примесей;

· многокомпонентные латуни или специальные – кроме меди и цинка присутствуют дополнительные легирующие элементы.

Деформируемые латуни маркируются по ГОСТ 15527-70.

Марка простой латуни состоит из буквы «Л», указывающей тип сплава - латунь, и двузначной цифры, характеризующей среднее содержание меди. Например, марка Л80 - латунь, содержащая 80 % Cu и 20 % Zn. Все двухкомпонентные латуни хорошо обрабатываются давлением. Их поставляют в виде труб и трубок разной формы сечения, листов, полос, ленты, проволоки и прутков различного профиля. Латунные изделия с большим внутренним напряжением (например, нагартованные) подвержены растрескиванию. При длительном хранении на воздухе на них образуются продольные и поперечные трещины. Чтобы избежать этого, перед длительным хранением необходимо снять внутреннее напряжение, проведя низкотемпературный отжиг при 200-300 C.

В многокомпонентных латунях после буквы Л пишут ряд букв, указывающих, какие легирующие элементы, кроме цинка, входят в эту латунь. Затем через дефисы следуют цифры, первая из которых характеризует среднее содержание меди в процентах, а последующие - каждого из легирующих элементов в той же последовательности, как и в буквенной части марки. Порядок букв и цифр устанавливается по содержанию соответствующего элемента: сначала идет тот элемент, которого больше, а далее по нисходящей. Содержание цинка определяется по разности от 100%.

Латуни в основном применяются как деформируемый коррозионно-стойкий материал. Из них изготавливают листы, трубы, прутки, полосы и некоторые детали: гайки, винты, втулки и др.

Пример:

ЛМц58-2 – латунь: Cu – 58 %, Mn – 2 %, Zn – 40 %.

ЛС59-1 – латунь: Cu – 59 %, Pb – 1 %, Zn – 40 %.

Л90 – латунь: Cu – 90 %, Zn – 10 %.

Литейные латуни маркируются в соответствии с ГОСТ 1711-30. В начале марки тоже пишут букву Л (латунь), после которой пишут букву Ц, что означает цинк, и число, указывающее на его содержание в процентах. В легированных латунях дополнительно пишут буквы, соответствующие введенным легирующим элементам, и следующие за ними числа указывают на содержание этих элементов в процентах. Остаток, недостающий до 100 %, соответствует содержанию меди. Литейные латуни используют для изготовления арматуры и деталей для судостроения, втулок, вкладышей и подшипников.

Примеры:

ЛЦ40С – латунь содержит 40 % цинка и 1 % свинца (остальное – медь).

ЛЦ40МцЗЖ – латунь содержит 40 % цинка, 3 % марганца и 1 % железа (остальное – медь).

Бронзы (сплавы меди с различными элементами, где цинк не является основным). Они подобно латуням подразделяются на литейные и деформируемые. Маркировка всех бронз начинается с букв Бр, что сокращенно означает бронза.

В литейных бронзах после Бр пишут буквы с последующими цифрами, которые символически обозначают элементы, введенные в сплав (в соответствии с таблицей 1), а последующие цифры обозначают содержание этих элементов в процентах. Остальное (до 100 %) – подразумевается медь. Иногда в некоторых марках литейных бронз в конце пишут букву «Л», что означает литейная.

Большинство бронз обладает хорошими литейными свойствами. Их применяют для различного фасонного литья. Чаще всего их используют как коррозионно-стойкий и антифрикционный материал: арматура, ободы, втулки, зубчатые колеса, седла клапанов, червячные колеса и т.д. Все сплавы на основе меди имеют высокую хладостойкость.

Пример:

БрО3Ц7С5Н1 (Sn = 3 %, Zn = 7 %, Pb = 5 %, Ni = 1 %, Cu = 84 %).

В марках деформируемых бронз после Бр пишут буквы, обозначающие введенные элементы (в соответствии с таблицей 1), затем через тире – числа, которые в аналогичной последовательности означают содержание легирующих элементов в процентах. Деформируемые бронзы поставляются в виде прутков, труб и лент, используются для изготовления различных деталей с высокими упругими свойствами.

Пример:

БрОЦС4-4-2,5 (Sn = 4 %, Zn = 4 %, Pb = 2,5 %, остальное – медь).