Классификация, маркировка, свойства и применение металлических материалов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования Российской Федерации

ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Методические указания по выполнению

лабораторных работ

Классификация, маркировка, свойства и применение металлических материалов

Издательство Иркутского государственного технического университета

2002

Классификация, маркировка, свойства и применение металлических материалов. Методическиие указания по выполнению лабораторных работ. Составила И.М.Шумейкина. - Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2002.- 44с.

Изложены основные принципы классификации материалов, используемых в различных отраслях промышленности. Приведены марки конструкционных черных и цветных металлов и сплавов и инструментальных материалов, в соответствии с ГОСТами, примеры расшифровки марок; указаны основные свойства и применение отдельных групп материалов.

Предназначены для студентов всех специальностей, где предусмотрено изучение дисциплин «Материаловедение», «Технология конструкционных материалов».

Рецензент канд.хим..наук, доцент кафедры сварочного произ- водства и материаловедения М.В.Константинова.

Подписано в печать Формат 60Ч84 1/16

Бумага типографская. Печать офсетная. Усл. печ. л. 3.

Уч.- изд. л. 3,2. Тираж экз.

И Д № 06506 от 26.12.2001.

Иркутский государственный технический университет

664074, Иркутск, ул. Лермонтова, 83

Введение

Цель работы

1. Ознакомление с классификацией металлических материалов

2. Изучение маркировки материалов

3. Ознакомление со свойствами и применением металлических материалов в различных отраслях народного хозяйства

Классификация металлических материалов

Технически - чистые металлы характеризуются низкими прочностными свойствами, поэтому в машиностроении применяют, главным образом, их сплавы. Сплавы состоят из двух и более элементов периодической системы, называемых компонентами.

По основному компоненту металлические материалы классифицируют: чёрные металлы и сплавы на основе железа, к ним относят чугуны, стали и сплавы; цветные, к которым относят все остальные металлы и сплавы.

Сплавы на основе алюминия, магния, титана и бериллия, имеющие малую плотность (ниже плотности железа), называют лёгкими цветными; на основе меди, свинца, олова и др. - тяжёлыми цветными; на основе цинка, олова, свинца и др. - легкоплавкими цветными; на основе титана, хрома, вольфрама, молибдена и др. - тугоплавкими цветными.

По методу придания формы материалы разделяют на деформируемые, из которых получают заготовки обработкой давлением (прокаткой, свободной ковкой, штамповкой и т.д.); литейные, которые идут для получения отливок; спеченные - для получения заготовок путём спекания порошков под давлением.

По назначению материалы разделяют на конструкционные (предназначенные для изготовления деталей машин, приборов, инженерных конструкций, подвергающихся механическим нагрузкам) и инструментальные (предназначенные для изготовления режущих, измерительных и штамповых инструментов).

Конструкционные чугуны и их маркировка

Чугуном называется сплав железа с углеродом при содержании последнего в пределах от 2,14 до 6,69 % .Кроме углерода в состав чугунов входят постоянные примеси - кремний, марганец, фосфор и сера, суммарное содержание которых колеблется в пределах от 2 до 6%.

Затвердевание чугунов происходит с образованием эвтектики при минимальном температурном интервале кристаллизации, что обуславливает их высокие литейные свойства. Используют чугуны исключительно в качестве литейного конструкционного сплава.

В зависимости от состояния углерода и формы графита, по структуре различают белые, серые, высокопрочные и ковкие чугуны.

Белыми называют чугуны, в которых весь углерод находится в связанном состоянии в виде цементита. Из-за большого количества цементита белые чугуны тверды, хрупки и для изготовления деталей машин не используются. Эти чугуны называют еще передельными и используют для передела в сталь и ковкий чугун.

В остальных чугунах весь углерод или часть его находится в свободном состоянии в виде графита. Различают чугуны по форме включений графита, что отражается на механических свойствах.

Серыми называют чугуны с пластинчатой формой графита. В изломе отливки из серого чугуна имеют серый цвет. По химическому составу серые чугуны разделяют на обычные (нелегированные) и легированные.

Высокопрочными называют чугуны, в которых графит имеет шаровидную форму. Их получают обработкой (модифицированием) жидких серых чугунов сфероидизирующими металлами (Mg, Ca, Ce и др.) и их сплавами с другими элементами. Чаще всего применяют сплавы магния и никеля или магниевые сплавы с добавкой одного или нескольких редкоземельных металлов.

Ковкими называют чугуны, в которых графит имеет хлопьевидную форму. Их получают отжигом белых чугунов.

Маркируются чугуны буквенно-цифровым кодом. Марка обычного серого чугуна состоит из букв СЧ (серый чугун) и цифр, показывающих значение временного сопротивления при растяжении. Например, СЧ 10 расшифровывается следующим образом: СЧ - серый чугун, 10 - временное сопротивление при растяжении _в = 100 МПа (10 кгс/мм ²). ГОСТ 1412-85 определяет марки серого чугуна: СЧ 10, СЧ 15 - характеризующиеся ферритной, СЧ20, СЧ25 - ферритно-перлитной и СЧ 30, СЧ 35- перлитной микроструктурой металлической основы. Допускаются марки СЧ 18 (ферритные), СЧ 21, СЧ 24 (ферритно-перлитные).

Марка высокопрочного чугуна (ВЧ) характеризуетсяется также временным сопротивлением при растяжении. Например, ВЧ 35 расшифровывается так: ВЧ - высокопрочный чугун, 35 - временное сопротивление при растяжении _в = 350 МПа (35 кгс/мм ²).

ГОСТ 7293-85 определяет марки высокопрочного чугуна: ВЧ 35;

ВЧ 40; ВЧ 45; ВЧ 50; ВЧ 60; ВЧ 70; ВЧ 80; ВЧ 100. По структуре металлической основы высокопрочный чугун может быть ферритным или перлитным.

Ковкие чугуны (КЧ) маркируют по величине временного сопротивления при растяжении и относительному удлинению. Например, КЧ 30-6 расшифровывается так: КЧ - ковкий чугун, 30 - временное сопротивление при растяжении _в = 300 МПа (30 кгс/мм ²), 6 - относительное удлинение = 6%.

ГОСТ 1215-79 определяет следующие марки ковкого чугуна: КЧ 30-6; КЧ 30-8; КЧ 35-10; КЧ 37-12 - характеризующиеся ферритной и ферритно-перлитной микроструктурой металлической основы; КЧ45-7; КЧ 50-5; КЧ55- 4; КЧ 60-3; КЧ 65-3; КЧ 70-2; КЧ 80-1,5 - характеризующиеся в основном перлитной микроструктурой металлической основы.

Легированные чугуны делят на несколько групп в зависимости от легирующего компонента: хромистые, кремнистые, алюминиевые, марганцовые и никелевые. ГОСТ 7769-82 определяет следующие марки легированных чугунов:

ЧХ1; ЧХ2; ЧХ8; ЧХ16; ЧХ32 и др. - хромистые чугуны;

ЧС5; ЧС13; ЧС17 и др. - кремнистые чугуны ;

ЧЮ30; ЧЮХ; ЧЮ6С5; ЧЮ7Х2 и др. - алюминиевые чугуны;

ЧГ7Х4; ЧГ6С3 и др. - марганцовые чугуны;

ЧН2Х; ЧН4Х2; ЧН11Г7Ш и др. - никелевые чугуны.

Расшифровывается марка легированного чугуна следующим образом: например, ЧН11Г7Ш - ЧН - легированный чугун никелевый, 11 - содержание никеля 11%, Г 7 - содержание марганца 7%, Ш - графит шаровидный.

Антифрикционные легированные чугуны ГОСТ 1585-85^* подразделяет в зависимости от формы включения графита. Марки легированного антифрикционного чугуна: АЧС-1, АЧС-2, АЧС-3, АЧС-4, АЧС-5, АЧС-6, АЧВ-1, АЧВ-2, АЧК-1, АЧК-2. Буквы означают: АЧ - антифрикционный чугун; С - серый с пластинчатым графитом; В - высокопрочный с шаровидным графитом; К - ковкий с компактным (хлопьевидным) графитом. Цифра в марке чугуна означает порядковый номер марки, регламентирующий химический состав по легирующим элементам:1-чугун, легированный хромом и медью; 2-легированный никелем и титаном; 3-легированный титаном и медью; 4-легированный сурьмой; 5-легированный марганцем и алюминием; 6-легированный свинцом и фосфором.

Например, АЧС-1 расшифровывается следующим образом: антифрикционный легированный серый чугун с пластинчатым графитом (АЧС), порядковым номером 1 (легированный хромом и медью); АЧВ-2 - антифрикционный легированный высокопрочный чугун с шаровидным графитом (АЧВ), порядковым номером 2 (легированный хромом, медью, никелем и титаном).

Свойства и применение чугунов

Серые чугуны. Определяющее влияние на свойства чугуна оказывает углерод. Пластинки графита в сером чугуне играют роль надреза, ослабляющего его металлическую основу. Чем больше графитовых включений и чем они крупнее, тем ниже пластичность и прочность чугуна при растяжении. Но снижение углерода отрицательно сказывается на жидкотекучести и, следовательно, на литейных свойствах. Поэтому, чугуны с нижним пределом содержания углерода применяют для толстостенных отливок, с верхним - для тонкостенных. Кроме того, графит повышает износостойкость, антифрикционные и демпфирующие свойства серого чугуна вследствие "смазывающего" действия, улучшает обработку резанием (измельчает стружку).

Применяют ферритные серые чугуны СЧ 10, СЧ 15, СЧ 18 для слабо - и средне - нагруженных деталей: крышки, фланцы, маховики, корпуса редукторов, подшипников, насосов, а также суппорты, тормозные барабаны, диски сцепления и др. Ферритно - перлитные серые чугуны СЧ 20, СЧ 21, СЧ 25 применяют для деталей, работающих при повышенных статических и динамических нагрузках: блоки цилиндров, картеры двигателя, поршни цилиндров, барабаны сцепления, станины различных станков, зубчатые колёса и другие отливки.

Перлитные серые чугуны СЧ 30, СЧ 35 обладают наиболее высокими механическими свойствами, главным образом, из-за мелких разобщенных графитных включений. Используют их для деталей, работающих при высоких нагрузках или в тяжелых условиях износа: зубчатые колеса, гильзы блоков цилиндров, шпиндели, распределительные валы и пр. Чугуны этих марок обладают наибольшей герметичностью. По этой причине их широко применяют также для корпусов насосов, компрессоров, арматуры тормозной пневматики и гидроприводов.

Высокопрочные чугуны. Шаровидная форма графита в высокопрочных чугунах не является активным концентратором напряжений и в меньшей мере нарушает сплошность металлической основы по сравнению с пластинчатой формой в серых чугунах. Они обладают более высокой прочностью и некоторой пластичностью.

Используют высокопрочные чугуны для массивных отливок ответственного назначения, обладающих высокой усталостной прочностью, работающих при переменных нагрузках: оборудование прокатных станов (прокатные валки, массой до 12 т), кузнечно-прессовое оборудование (траверсы прессов, шаботы ковочных молотов), в турбостроении (корпуса паровых турбин, лопатки направляющего аппарата), в дизеле -,тракторо - и автомобилестроении (распределительные и коленчатые валы, поршни, шестерни) и многие другие ответственные детали, работающие при высоких циклических нагрузках и в условиях изнашивания.

Ковкие чугуны. Графит хлопьевидной формы в этих чугунах меньше снижает механические свойства металлической основы в отличие от пластинчатого, вследствие чего ковкий ферритный чугун по сравнению с серым обладает более высокой пластичностью, а перлитный - более высокой прочностью, твердостью, высоким сопротивлением удару.

Изготавливают из ковкого чугуна, главным образом, тонкостенные детали сложной конфигурации, работающие при высоких статических и динамических нагрузках: картеры заднего моста, ступицы грузовых автомобилей, различные педали, тормозные колодки и т. д. Большая плотность отливок из ковкого чугуна позволяет изготовлять детали водо- и газопроводных установок. Хорошие литейные свойства исходного белого чугуна позволяют получать отливки сложной формы. Недостаток ковких чугунов - повышенная стоимость из-за продолжительного дорогостоящего отжига.

Антифрикционные чугуны. Основные служебные свойства - антифрикционность и сопротивление усталости. Антифрикционность - способность материала обеспечить низкий коэффициент трения скольжения, и тем самым, низкие потери на трение и малую скорость изнашивания сопряженной детали - стального или чугунного вала. Антифрикционность обеспечивают следующие свойства сплавов: высокую теплопроводность; хорошую смачиваемость смазочным материалом; хорошую прирабатываемость, основанную на способности материала при трении легко пластически деформироваться и увеличивать площадь фактического контакта; способность образовывать на поверхности защитные пленки мягкого металла.

Сопротивление усталости характеризуется пределом выносливости, т.е. наибольшим напряжением, которое может выдержать металл без разрушения заданное число раз.

Достоинство чугунов - невысокая стоимость; недостатки - низкая прирабатываемость по сравнению с другими антифрикционными материалами, чувствительность к недостаточности смазочного материала и пониженная стойкость к воздействию ударной нагрузки. И, тем не менее, антифрикционные свойства для ряда чугунов весьма высокие, а в некоторых условиях могут быть лучше, чем у бронз.

Предназначены антифрикционные чугуны для изготовления подшипников (опор) скольжения, работающих как при малых, так и при повышенных скоростях скольжения.

Легированные чугуны. По условиям эксплуатации различают легированные чугуны жаростойкие, жаропрочные, износостойкие, коррозионностойкие и немагнитные.

Хромистые чугуны применяют, главным образом, как жаростойкие, коррозионностойкие и износостойкие материалы. Как жаростойкий материал хромистые чугуны используются при изготовлении колосников и балок агломерационных машин, деталей контактных аппаратов химического оборудования, деталей турбокомпрессоров, деталей стекломашин, арматуры химического машиностроения, печной арматуры, деталей цементных печей.

Кремнистые чугуны применяют, главным образом, как окалино- и коррозионностойкие материалы. Отливки хрупки и требуют осторожного обращения при механической обработке, транспортировке и монтаже. Изготавливают из этих чугунов такие детали, как: колосники, бронеплиты для печей отжига цементной промышленности, топочную арматуру котлов, газовые сопла, подовые плиты термических печей, трубы и фасонные детали для трубопроводов и теплообменников и другие детали химической аппаратуры.

Алюминиевые чугуны применяют, главным образом, как жаростойкие и износостойкие материалы. Изготавливают из этих чугунов пресс - формы для стекольных изделий, детали печного оборудования, детали арматуры котлов, детали нагревательных печей, колосники агломерационных машин.

Никелевые чугуны применяют как немагнитные, коррозионностойкие, жаропрочные и хладостойкие материалы. Изготавливают: немагнитные литые детали электротехнической промышленности, детали бумагоделательных машин, насосы, вентили и другие детали химической и нефтеперерабатывающей промышленности и арматуростроения, детали двигателей внутреннего сгорания.

Марганцовые чугуны применяют как магнитные и износостойкие материалы. Изготавливают: немагнитные литые детали электротехнической промышленности, крышки цилиндров дизелей, головки поршней, маслоты поршневых колец, холодильные цилиндры и валы бумагоделательных машин.

Классификация и маркировка сталей и сплавов

Сталью называется сплав железа с углеродом, содержание которого не превышает 2,14%. В сталях присутствуют также и постоянные примеси: марганец (до 0,8%), кремний (до 0,4%), фосфор (до 0,07%), сера (до 0,06%) и другие. Среди них следует особо выделить вредные примеси: серу, фосфор, кислород, водород и азот.

Сера придает стали красноломкость, т.е. хрупкость при нагреве, а фосфор - хладноломкость (повышение хрупкости, но уже без нагрева). Кислород, водород и азот являются скрытыми, количественно трудноопределяемыми примесями и снижают пластичность сталей, особенно ударную вязкость.

По химическому составу стали классифицируют на углеродистые и легированные. По концентрации углерода те и другие подразделяют на низкоуглеродистые (< 0,3 С), имеющие низкую прочность и высокую пластичность; среднеуглеродистые (0,3 - 0,55% С), обладающие повышенной прочностью и достаточной пластичностью; высокоуглеродистые (> 0,55% С), имеющие высокую прочность, износостойкость и низкую пластичность. По массовой доле введённых легирующих компонентов легированные стали подразделяют на низколегированные (< 5%), среднелегированные (от 5 до 10%) и высоколегированные (> 10%).

Если легирующих компонентов больше, чем железа, и содержание железа менее 50 - 55%, то такие стали называют сплавами. В зависимости от основных свойств стали и сплавы подразделяют на коррозионностойкие, жаростойкие, жаропрочные и т.д.

По назначению стали классифицируют как конструкционные и инструметальные.

Конструкционные углеродистые и легированные стали и сплавы

Классифицируют стали по качеству, степени раскисления и структуре.

По качеству стали классифицируют на категории: обыкновенного качества, качественные, высококачественные и особовысококачественные. Основным показателем качества стали является содержание вредных примесей: серы и фосфора. Стали обыкновенного качества содержат до 0,055% S и 0,045% P; качественные - не более 0,04% S и 0,035% P; высококачественные - не более 0,025% S и 0,025% P; особовысококачественные - не более 0,015% S и 0,025% P.

По химическому составу стали обыкновенного качества - углеродистые, качественные - углеродистые и легированные, высоко- и особовысококачественные - преимущественно легированные.

По степени раскисления и характеру затвердевания стали классифицируют на спокойные, полуспокойные и кипящие.

Легированные стали выпускают преимущественно спокойными, углеродистые - всех трех степеней раскисления.

По структуре стали классифицируют в зависимости от состояния: отожженное или нормализованное.

По структуре в отожженном (равновесном) состоянии конструкционные стали разделяют на четыре класса:

1) доэвтектоидные, содержащие углерода до 0,8%; 2) эвтектоидные, содержащие 0,8% углерода; 3) аустенитные; 4) ферритные, ледебуритные.

Углеродистые стали могут быть первых двух классов, легированные - всех классов. Легированные доэвтектоидные и эвтектоидные стали часто объеденяют в один класс - перлитный. К этому классу относятся стали с низким содержанием легирующих элементов.

К ферритному классу относятся стали с низким содержанием углерода и большим количеством легирующих элементов: хрома, молибдена, вольфрама, ванадия, кремния, титана и др.

К аустенитному классу относятся стали с низким содержанием углерода и большим количеством никеля, марганца и кобальта.

К ледебуритному классу относятся стали с высоким содержанием углерода и добавками карбидообразующих легирующих элементов: хрома, вольфрама, молибдена, титана и др.

При определенном сочетании всех легирующих добавок возможно образование сталей промежуточного класса - полуферритных и полуаустенитных.

По структуре в нормализованном состоянии (охлаждение на воздухе от температуры 900) стали подразделяют на основные классы: перлитный, мартенситный, мартенсито - ферритный, ферритный, аустенито - мартенситный, аустенито - ферритный, аустенитный.

К перлитному классу относятся углеродистые и низколегированные стали с небольшим содержанием углерода.

К сталям мартенситного класса относятся мало и среднеуглеродистые (до 0,4%С) стали с высоким содержанием хрома и добавками молибдена, вольфрама, ванадия, ниобия, кремния.

В зависимости от основных легирующих элементов легированные стали делятся на группы: хромистые, марганцовистые, хромомарганцовые, хромомолибденованадиевые, кремнемарганцовоникелевые и т.д.

Наличие легирующих элементов в маркировке сталей указывается буквами русского алфавита: А -азот (пишется всегда в середине марки), Б - ниобий, В - вольфрам, Г - марганец, Д - медь, Е - селен, К - кобальт, М - молибден, Н - никель, П - фосфор, Р - бор, С - кремний, Т - титан, Ф - ванадий, Х - хром, Ц - цирконий, ч- редкоземельные, Ю - алюминий (ГОСТ 4543-71)^.

Цифры после букв указывают содержание соответствующего легирующего элемента в целых процентах.

Отсутствие цифры после букв означает, что содержание элемента - от 1 до 1,5%. Исключение составляют элементы, присутствующие в сталях в малых количествах: медь, молибден, ванадий - которых берется менее одного процента каждого; алюминий, бор, титан, ниобий, селен, фосфор, азот, цирконий, редкоземельные - менее 0,1% каждого.

Маркировка конструкционных сталей обыкновенного качества

Углеродистым конструкционным сталям обыкновенного качества присваивают условные порядковые номера в зависимости от химического состава: 0; 1; 2; 3; 4; 5; 6. Номера не указывают содержание углерода, но с увеличением номера марки стали возрастают содержание углерода и прочность стали, но снижается ее пластичность.

Изготовляют стали следующих марок: Ст0, Ст1кп, Ст1пс, Ст1сп, Ст2кп, Ст2пс, Ст2сп, Ст3кп, Ст3пс, Ст3сп, Ст3Гпс, Ст3Гсп, Ст4кп, Ст4пс, Ст4сп, Ст5пс, Ст5сп, Ст5Гпс, Ст6пс, Ст6сп (ГОСТ 380-94).

Буквы Ст в марках обозначают "сталь"; буквы кп, пс, сп - степень раскисления (сталь Ст0 по степени раскисления не разделяют); буква Г указывает на повышенное содержание марганца в стали (до 1,1%). Углерода в стали Ст 1 содержится 0,06 ... 0,12%, в стали Ст6 - 0,38 ... 0,49%. Исключение составляет сталь Ст0. В этой стали углерода содержится до 0,23%. Марганца в стали Ст1 содержится 0,25…0,5%, в стали Ст6 - 0,5…0,8%; кремния-0,05…0,30% во всех марках (кроме стали Ст0, в которой кремний и марганец не регламентируются).

Содержание углерода определяет основные характеристики физических, механических и технологических свойств. ГОСТ 380-94 определяет химический состав и механические свойства стали.

По международным стандартам углеродистые конструкционные стали маркируются буквами Fе. ГОСТ 380-94 предусматривает сопоставление марок стали Ст и Fе по международным стандартам ИСО630-80 и ИСО1052-82 (таблица).

Марки стали (ГОСТ 380-94)

Ст	Fе	Ст	Fе
Ст0	Fе 310-0	Ст4кп	Fе 430-А
Ст1кп	-	Ст4пс	Fе 430-В
Ст1пс	-	Ст4сп	Fе 430-С
Ст1сп	-	-	Fе 430-Д
Ст2кп	-	Ст5пс	Fе 510-В, Fе 490
Ст2пс	-	Ст5Гпс	Fе 510-В, Fе 490
Ст2сп	-	Ст5сп	Fе 510-С, Fе 490
Ст3кп	Fе 360-А*	-	-
Ст3пс	Fе 360-В	Ст6пс	Fе 590
Ст3Гпс	Fе 360-В	Ст6сп	Fе 590
Ст3сп	Fе 360-С	-	Fе 690
Ст3Гсп	Fе 360-С Fе 360-Д		*Буквы А, В, С, Д- категория качества

Пример расшифровки марки стали: Ст 0 - сталь углеродистая, конструкционная, обыкновенного качества (Ст), деформируемая, 0 - условный порядковый номер. Из ГОСТ 380-94: содержание С 0,23% ; S 0,06% ; P 0,07% ; _в = 300 н/мм ²; Si и Мn - содержание оговаривается заказчиком; Ст3Гпс - сталь углеродистая конструкционная обыкновенного качества (Ст) с повышенным содержанием марганца (Г), полуспокойная (пс), деформируемая, с условным порядковым номером 3. По ГОСТ 380-94: содержание С = 0,14 ... 0,22%; Mn = 0,8 ... 1,10%; Si 0,05…0,30%; P 0,04%;

S 0,05%; Cr 0,30% ; Ni 0,30% ; Cu 0,30% ; As 0,08% ; _0,2 = 205 ... 245 н/мм ² ; _в = 370 ... 490 н/мм ²; = 23 ... 26 %.

Маркировка конструкционных сталей качественных, высококачественных и особовысококачественных

Углеродистые конструкционные качественные стали маркируются двухзначными числами, обозначающими среднее содержание углерода в сотых долях процента. Слово "сталь" пишется полностью, но разрешается его не указывать в маркировке стали.

Изготовляют стали следующих марок: 05кп, 08(кп, пс), 10(кп, пс), 11кп, 15(кп, пс), 18кп, 20(кп, пс), 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 58 (55пп) и 60 (ГОСТ 1050-88); 65, 70, 75, 80, 85, 60Г, 65Г и 70Г (ГОСТ 14959-79); 15Л, 20Л, 25Л, 30Л, 35Л, 40Л, 45Л и 50Л (ГОСТ 977-88).

Без индекса маркируются спокойные стали; полуспокойные и кипящие - с индексами "пс" и "кп" соответственно. Буква Л в конце марки указывает на то, что сталь литейная, т.е. предназначенная для изготовления отливок; для остальных сталей метод придания формы - деформирование.

Пример расшифровки марки стали: 45Л - доэвтектоидная, среднеуглеродистая, конструкционная, качественная, спокойная, литейная (Л) сталь с содержанием углерода 0,45% (45).

Марки легированных конструкционных сталей состоят из сочетания букв и цифр, обозначающих химический состав.

Первые две цифры в начале марки конструкционной качественной легированной стали показывают содержание углерода в сотых долях процента. Легирующие элементы указываются после обозначения содержания углерода. Цифры, стоящие после букв, указывают примерную массовую долю легирующего элемента в целых единицах.

Например: 09Г2Д - низколегированная конструкционная, качественная сталь перлитного класса, содержащая углерода 0,09%, марганца (Г) 2%, меди (Д) менее 1%, спокойная, деформируемая.

Отличие в обозначении высококачественных сталей заключается в том, что в конце марки стали приписывается буква А. Например: 30ХГС - низколегированная хромокремнемарганцовая конструкционная качественная сталь перлитного класса, содержащая углерода 0,30%(30), хрома (Х) 1 ... 1,5%, марганца (Г) 1 ... 1,5%, кремния (С) 1 ... 1,5%, спокойная , деформируемая.

Сталь марки 30ХГСА отличается от предыдущей только по качеству - высококачественная (А).

Низколегированные стали поставляются по ГОСТ 4543-71^*, 19281-89^*, 5520-79^*, 5521-93; среднелегированные стали поставляются по ГОСТ 4543-71^*, 977-88; высоколегированные стали поставляются по ГОСТ 5632-72*, 977-88.

Особовысококачественные стали для повышения чистоты получают вспомогательную улучшающую обработку, вид которой дополнительно указывается в конце названия марки следующими индексами через тире:

ВД - вакуумно-дуговой переплав;

Ш - электрошлаковый переплав;

ВИ - вакуумно-индукционная выплавка;

ГР - газокислородное рафинирование;

ВО - вакуумно-кислородное рафинирование;

ПД - плазменная выплавка с последующим вакуумно-дуговым переплавом;

ИД - вакуумно-индукционная выплавка с последующим вакуумно- -дуговым переплавом;

ШД - электрошлаковый переплав с последующим вакуумно-дуговым переплавом;

ПТ - плазменная выплавка;

ЭЛ - электронно-лучевой переплав;

П - плазменно-дуговой переплав;

ИШ - вакуумно-индукционная выплавка с последующим электрошлаковым переплавом;

ИП - вакуумно-индукционная выплавка с последующим плазменнодуговым переплавом;

ВП - вакуумно-плазменный переплав;

СШ - обработка синтетическим шлаком;

ШЛ - электрошлаковый переплав с последующим электронно-лучевым переплавом;

ШП- электрошлаковый переплав с последующим плазменно-дуговым переплавом ;

ИЛ-вакуумно-индукционная выплавка с последующим электроннолучевым переплавом;

ПШ - плазменная выплавка с последующим электрошлаковым переплавом;

ПЛ - плазменная выплавка с последующим электронно-лучевым переплавом;

ПП - плазменная выплавка с последующим плазменно-дуговым переплавом.

Например: 30ХГСА-Ш (30ХГС-Ш) - низколегированная конструкционная особовысококачественная сталь, полученная электрошлаковым переплавом и т. д. (расшифровка марки 30ХГС).

В высоколегированных особовысококачественных сталях иногда дополнительный индекс улучшающей обработки не указывают.

Например, стали 08Х13-Ш, 12Х13-Ш, 20Х13-Ш могут соответсвенно обозначать 08Х13, 12Х13, 20Х13. По степени раскисления высоко- и особовысококачественные стали всегда спокойные, причем индекс в конце марки не проставляется.

В марках некоторых конструкционных сталей узкого применения указывается их назначение.

Стали повышенной обрабатываемости резанием (автоматные стали) имеют в начале маркировки букву А : А11, А20, А40, АС40, АС35Г2, АС14ХГН и др. (ГОСТ 1414-75), АЦ20, АЦ40Х, АЦ30ХН и др. (производят по техническим условиям ТУ 14-1-2148-77).

В обозначении :А - автоматная сернистая (S 0,3%) сталь, АС - автоматная свинецсодержащая (0,15 - 0,35% Pb) сталь, АЦ - автоматная кальцийсодержащая (0,002 - 0,008% Ca) сталь, остальное - как по ГОСТ 4543-71.

Пример расшифровки: А40ХЕ - низколегированная автоматная сернистая (А) селеносодержащая (Е) хромистая (Х) конструкционная сталь, содержащая углерода 0,4%, серы 0,3%, хрома 1 ... 1,5%, селена менее 0,1%, спокойная, деформируемая.

Шарикоподшипниковые хромистые стали обозначаются в начале марки буквами ШХ: ШХ9, ШХ12, ШХ15, ШХ15СГ (ГОСТ 801-2001). Содержание хрома (Х) указывается в десятых долях процента, а содержание углерода около 1% и в марке стали не проставляется.

Например, ШХ15 - ШД - низколегированная хромистая особовысококачественная, полученная электрошлаковым с последующим вакуумно-дуговым переплавами, подшипниковая сталь, содержащая хрома 1,5%, углерода 1%.

Строительные стали обозначаются буквой С и цифрами, условно обозначающими предел текучести проката: С235, С245, С255, С275, С285, С345, С345К, С375, С390, С390К, С440, С590, С590К, С345Т, С375Т, С390Т (ГОСТ 27772-88^* ).

Буква К означает вариант химического состава, Т указывает на то, что сталь термоупрочненная. При изготовлении стали методом электрошлакового переплава к обозначению стали добавляют букву Ш, например, С590КШ. Если меди в стали 0,15…0,30%, то добавляют букву Д, например, С345Д, С390ДТ. По действующим стандартам каждой марке строительной стали соответствует марка углеродистой или легированной стали,например:

С235 - Ст3кп; С285 - Ст3Гпс; С345 - 12Г2С2, 09Г2СД; С390Д - 14Г2АФД; С590К - 12ГН2МФАЮ.

Пример расшифровки наименования стали: С390Т- термоупрочненная строительная сталь с пределом текучести проката у= 390 н/мм² (соответствующая ей марка конструкционной легированной стали 14Г2АФ).

Арматурная сталь согласно ГОСТ 5781-82 в зависимости от механических свойств подразделяется на классы: А-I(А240),А-II(А300), А-III(А400); А-IV(А600), А-V(А800), А-VI(А1000); А_С-II(А_С300); А_Т400С, А_Т500С, А_Т600, А_Т600С, А_Т600К, А_Т800, А_Т800К, А_Т1000, А_Т1000К и А_Т1200. Стали класса А - арматурные, А_Т-арматурные термомеханически упрочненные,А_С-арматурные специального назначения; индексы указывают на эксплуатационную характеристику: буква С означает, что сталь арматурная свариваемая, К - арматурная сталь стойкая против коррозионного растрескивания; цифры указывают класс арматурной стали, числа - условный или физический предел текучести у_0,2 (у_Т), н/мм ².

Каждому классу арматурной и арматурной термомеханически упрочненной стали соответствуют марки углеродистой или легированной стали:

А -I (А240), А_Т400С - Ст3кп, Ст3пс, Ст3сп;

А - II (А300) , А_Т500С - Ст5сп, Стпс, 18Г2С….;

А - VI (А1000) - 22Х2Г2АЮ, 22Х2Г2Р, 20Х2Г2СР….;

А_Т600С - 25Г2С, 35ГС,28С, 27ГС и т.д.

Пример расшифровки сплава: А_Т600К - арматурная термомеханически упрочняемая сталь стойкая против коррозионного растрескивания, с условным или физическим пределом текучести у_0,2(у_Т) = 600 н/мм ²; соответствующие этому классу марки легированной стали - 10ГС2, 08Г2С, 25С2Р.

Сварочная проволока согласно ГОСТ 2246-70 маркируется дополнительно буквами "Св", а наплавочная проволока - буквами "Нп" (в отличие от обычных конструкционных сталей) и выпускается следующих марок:

из низкоуглеродистой стали - Св-08, Св-08А, Св-08ГА, Св-10ГА и др.

из среднеуглеродистой стали - Нп25, Нп-30, Нп-40, Нп-45 и др.;

из легированной стали - Св-8ГС, Св-10ГСМТ, Св-10ГН, Св-15ГСТЮЦА и др.; Нп-40Г, Нп-65, Нп-30ХГСА, Нп-35Х5, Нп-40Х3Г2МФ и др;

из высоколегированной стали - Св-12Х11НМФ, Св-08Х14ГНТ и др.; НП-20Х14, Нп-30Х13, Нп-45Х4В3Ф, Нп-Х15Н60 и др.

В обозначении марок проволоки символ Св означает "сварочная", символ Нп - "наплавочная", а последующие цифры и буквы - ее химический состав. В марку проволоки, предназначенной для электродов, дополнительно вводится индекс "Э" (например, Э-30Г2ХМ).

Некоторые марки электротехнических сплавов маркируются следующим образом (ГОСТ 10994-74^*):

49К2Ф, 83НФ, 34НКМ, 35НКХСП и др. - магнитно-мягкие сплавы;

52К10Ф, 35КХ8Ф, ЕХ3, ЕВ5, ЕХ9К15М2 и др. - магнитно-твердые сплавы;

29НК, 29НК-ВИ, 42Н, 16НХТЮ, 68НХВКТЮ-ВИ и др. - сплавы с заданными электротехническими свойствами.

Двухзначное число впереди первой буквы в марке сплава обозначает среднее содержание элемента в процентах, входящего в основу (кроме железа), следующее число указывает на содержание следующего за ней элемента.

Например, 49К2Ф - электротехнический магнитно-мягкий сплав на железокобальтовой основе с содержанием кобальта 49%, ванадия 2%, остальное - железо. Углерода в данных сплавах содержится менее 0,1%.

Если в марке сплава число указано только перед буквой, то химический состав такого сплава можно указать лишь по таблицам ГОСТ 10994-74.

Например, 40КНХМВТЮ - электротехнический магнитно-твердый сплав с содержанием кобальта (К) 39 - 41%, никеля (Н) 18 - 20%, хрома (Х) 11,5 - 13%, молибдена (М) 4%, вольфрама (В) 6 - 7%, титана (Т) 1,5 - 2%, алюминия (Ю) 0,2 - 0,5%, остальное - железо.

Буква Е в наименовании марок обозначает, что сплав магнитно-твердый. Содержание углерода в этих сталях 0,9 - 1,05%, остальное - как в обычных легированных сталях.

Например: ЕХ9К15М2 - электротехническая магнитно- твердая сталь с содержанием хрома 9% (Х9), кобальта 15% (К15), молибдена 2% (М2), углерода около 1%, остальное - железо.

Электротехническая нелегированная сталь согласно ГОСТ 3836-83* маркируется цифровым кодом. Подразделяют электротехническую сталь на: классы по структурному состоянию и виду проката (первая цифра), типы - по содержанию кремния (вторая цифра), группы - по основной нормируемой характеристике (третья цифра), количественное значение нормируемой характеристики (четвертая и пятая цифры). Выпускаются марки сталей: 1211, 1212, 2011, 1313, 3106 , 21895 и др.

Пример расшифровки марки: 11832 - сталь электротехническая горячекатанная изотропная (1), содержание кремния 0,4 - 0,8% (1), величина коэрцитивной силы (8) равна 32А/М (32).

Свойства и применение конструкционных сталей

На долю углеродистых сталей приходится до 80% от общего объема. Это объясняется тем, что эти стали дешевые и сочетают удовлетворительные механические свойства с хорошей обрабатываемостью резанием и давлением. Однако они менее технологичны при термической обработке.

Углеродистые стали обыкновенного качества наиболее дешевы, т.к. в них допускается повышенное содержание вредных примесей, а также газонасыщенность и загрязненность неметаллическими включениями. Из этих сталей выпускаются до 70% проката, работающего при невысоких напряжениях: балки, прутки, листы, трубы, и др. Их широко применяют для строительных и других сварных, клепаных конструкций. Этим сталям отдают предпочтение в тех случаях, когда работоспособность деталей и конструкций определена жесткостью.

Из стали номера 0 изготавливают второстепенные элементы конструкций и неответственные детали: настилы, арматуру, подкладки, шайбы, перила, кожухи, обшивки и др.

Из сталей номеров 1 - 4 изготавливают сварные фермы, рамы, клепаные и болтовые строительные металлоконструкции, используют их в котло - мосто- и судостроении.

Стали номеров 4 - 6 широко применяют в сельскохозяйственном машиностроении (валики, оси, рычаги, детали, изготовляемые холодной штамповкой, а также цементируемые детали: шестерни, червяки, поршневые пальцы и т.п.).

Стали номеров 5 и 6, обладающие большей прочностью, предназначены для железнодорожных колес, рычагов, фланцев, звездочек, шкивов, валов и других деталей грузоподъемных и сельскохозяйственных машин.

Углеродистые качественные стали характеризуются более низким, чем у сталей обыкновенного качества, содержанием вредных примесей и неметаллических включений. Они находят многостороннее применение в технике, так как в зависимости от содержания углерода и термической обработки обладают разнообразными механическими и технологическими свойствами.

Стали 05, 08, 10 - малопрочные, высокопластичные, способные к глубокой вытяжке. Их используют без термической обработки для изготовления шайб, прокладок, кожухов и других деталей, изготавливаемых холодной деформацией и сваркой.

Стали 15, 15Л ... 25, 25Л пластичны, хорошо штампуются и свариваются. Применяются для изготовления деталей машин и приборов невысокой прочности (крепежные детали, втулки, штуцеры и т.п.), для деталей котло-турбостроения (трубы перегревателей, змеевики), цементуемых деталей небольшого размера (кулачки, толкатели, малонагруженные шестерни и т.п.), от которых требуются твердая, износостойкая поверхность и вязкая сердцевина.

Стали 30, 30Л ... 50Л, 55 отличаются большей прочностью, но меньшей пластичностью, чем низкоуглеродистые. Их применяют после улучшения, нормализации и поверхностной закалки. Изготавливают из этих сталей шатуны, коленчатые валы, зубчатые колеса, маховики, оси и т.п.

Стали 60, 60Г, ... 85 преимущественно применяют в качестве рессорно-пружинных, благодаря их высоким упругим и прочностным свойствам (плоские и круглые пружины, рессоры, упругие кольца и другие детали пружинного типа), а также для прокатных валков, шпинделей станков и других крупных деталей.

Низколегированные качественные стали ненамного дороже углеродистых, но имеют лучший комплекс механических свойств: лучшую свариваемость, повышенные хладостойкость, износостойкость и коррозионную стойкость в различных средах. Применяют эти стали для деталей, работающих в условиях износа и трения (зубчатые колеса, кулачки, втулки, обоймы, гильзы, диски, плунжеры и т.п.); для несущих элементов сварных металлоконструкций, работающих при температуре от -70С; для аппаратов, сосудов и частей паровых котлов, работающих при температурах от -70 до +475С под давлением.

Высококачественные средне- и высоколегированные конструкционные стали имеют повышенную прочность, сопротивление хрупкому разрушению. Из них изготавливают наиболее ответственные, тяжелонагруженные детали: валы и роторы турбин, коленчатые валы двигателей внутреннего сгорания, гильзы цилиндров, штоки клапанов, детали редукторов и шасси.

Особовысококачественные стали имеют повышенную ударную вязкость, прежде всего при низких температурах, пластичность, длительную прочность. Эти стали широко используются в авиационной технике, атомной теплоэнергетике, приборостроении и других важных отраслях. Так, коррозионностойкие (хромистые, хромоникелевые и хромомарганцовые) стали идут на изготовление арматуры, турбинных лопаток и дисков, эксплуатируемых при температурах до 530 ... 580С, хирургического инструмента, шарикоподшипников.

Малоуглеродистые жаропрочные (хромоникелевые с тугоплавкими добавками) стали применяют для изготовления деталей сварной арматуры, лопаток и заклепок компрессорных машин и других деталей, работающих в условиях, вызывающих коррозию металла, и в условиях высоких температур.

Автоматные стали характеризуются снижением трения между инструментом и стружкой в зоне резания и более легким измельчением и отделением стружки за счет как бы внутренней смазки, которую создают добавки серы, селена, кальция и образуемые ими включения. Отсутствие налипания металла на инструмент способствует получению гладкой блестящей поверхности резания. Все это необходимо на станках без постоянного обслуживания.

Вместе с тем эти стали имеют пониженную вязкость, пластичность и коррозионную стойкость. Стали группы А (автоматные сернистые) используют для крепежных деталей, а также малонагруженных деталей сложной формы, к которым предъявляются требования высокой точности размеров и чистоты поверхности (оси, валики, шестерни, пальцы, винты, болты, и другие детали, обрабатываемые на станках - автоматах). Стали группы АС (автоматные свинецсодержащие) по обрабатываемости заметно превосходят сернистые и широко применяются на автозаводах для изготовления многих деталей (рычаги, оси, храповики, фланцы, зубчатые венцы и др.). Стали группы АЦ (автоматные кальцийсодержащие) предназначены для изготовления термически упрочняемых деталей автомобилей и тракторов, обрабатываемых твердосплавным инструментом при высоких скоростях резания (вилки карданных валов, шестерни, цапфы, валы и др.).

Шарикоподшипниковые стали способны противостоять сложным сосредоточенным и переменным напряжениям, которые возникают в зоне контакта шариков (или роликов) с беговыми дорожками колец подшипников качения. Наряду с основным назначением указанные стали используют, когда требуется высокая износостойкость и контактная выносливость (детали насосов высокого давления, кулачки, копиры, пальцы, храповые механизмы и др.).

Строительные стали имеют свойства аналогичные соответствующим маркам углеродистых или низколегированных сталей. Применяются они для стальных строительных конструкций со сварными и другими соединениями (уголки, двутавры, швеллеры, листы и гнутые профили).

Арматурные стали имеют свойства, аналогичные соответствующим углеродистым или легированным сталям. Производят из них периодический профиль, предназначенный для армирования железобетонных конструкций.

Магнитно-твердые материалы должны иметь максимальные значения следующих параметров: коэрцитивной силы (более 4 кА/м), удельной магнитной энергии, остаточной индукции. Применяют их в станкостроении, автомобилестроении, в электротехнике, приборостроении, радиоэлектронной технике (машины постоянного тока, синхронные машины, шаговые двигатели, элементы с внешней и внутренней памятью и др.).

Магнитно-мягкие материалы (с коэрцитивной силой по индукции не более 4 кА/м) имеют высокое значение начальной магнитной проницаемости. Используются, в основном, для изготовления магнитопроводов переменного магнитного поля. Применяются в электромашиностроении, трансформаторостроении, в электротехнической и радиотехнической промышленности, измерительной технике, системах автоматики и телемеханики, вычислительной технике.

Сварочная и наплавочная проволока должна иметь определенный химический состав для образования качественного сварного соединения и наплавочного слоя. Применяется она для автоматической сварки и наплавки, а также служит полуфабрикатом для изготовления сварочных штучных электродов для ручной сварки (проволока Св).

Инструментальные материалы

Инструментальные материалы разделяются на стали, спеченные твердые сплавы на основе карбидов вольфрама, титана и тантала, сверхтвердые материалы (минералокерамика, алмазы, различные модификации кубического нитрида бора). Наибольший объем снимаемой стружки приходится на инструмент из твердых сплавов и быстрорежущей стали.

Классификация и маркировка сталей

Наиболее обширную и важную в практическом отношении группу инструментальных материалов составляют инструментальные стали. По химическому составу они подразделяются на углеродистые, легированные и высоколегированные быстрорежущие стали.

Углеродистые инструментальные стали маркируются буквенно - цифровым кодом (ГОСТ 1435-99). Производят стали качественными У7, У8, У8Г, У9, У10, У12 и высококачественными У7А, У8А, У8ГА, У9А, У10А, У12А. Буква У в марке указывает, что сталь углеродистая, Г - повышенная массовая доля марганца, а цифра - среднее содержание углерода в десятых долях процента. Например, сталь У8ГА расшифровывается: высокоуглеродистая высококачественная эвтектоидная инструментальная сталь, содержащая углерода 0,8%, марганца 1 ... 1,5%, по степени раскисления - спокойная.

Легированные инструментальные стали имеют маркировку, аналогичную легированным конструкционным сталям, за исключением обозначения углерода. Содержание углерода дается в десятых долях процента, как в инструментальных углеродистых сталях. Если массовая доля углерода равна 1, то первые цифры в обозначении марок не указываются: 11ХФ, 13Х, 4ХС, 9ХС, ХВГ, 5ХНВ, 9Х5ВФ, ХВСГФ, 3Х3М3Ф, 5Х2МНФ, 5Х3В3МФС, 4Х5МФ1С, 4ХМНФС, 6Х3МФС, 8Х6НФТ и др. (ГОСТ 5950-2000).

Пример расшифровки: 9ХФ - низколегированная заэвтектоидная инструментальная особовысококачественная сталь перлитного класса, углерода - 0,9%, хрома - 1 ... 1,5%, ванадия - около 0,1%, спокойная, деформируемая;

8Х4В2МФС2 - среднелегированная эвтектоидная инструментальная особовысококачественная сталь мартенситного класса, содержащая углерода 0,8%, хрома 4%, вольфрама 2%, молибдена менее1%, ванадия около0,1%, кремния 2%, спокойная, деформируемая.

Маркировка быстрорежущих сталей начинается с буквы Р. Цифры, стоящие после буквы Р, указывают на содержание вольфрама в процентах. Обозначение и количество других легирующих элементов принято как в легированных конструкционных сталях. Выпускаются быстрорежущие стали следующих марок: Р18, Р9, Р6М5, 11Р3АМ3Ф2, Р6М5Ф3, Р18К5Ф2, Р9К5, Р6М5К5, Р9М4К8, Р2АМ9К5 (ГОСТ 19265-73^*).

Пример расшифровки марки: 11Р3АМ3Ф2 - среднелегированная быстрорежущая инструментальная сталь мартенситного класса, особовысококачественная, спокойная, деформируемая, содержащая углерода 1,1%, вольфрама 3%, азота менее 0,1%, молибдена 3%, ванадия 2%.

Твердые сплавы и их маркировка

К спеченным твердым сплавам относятся материалы, состоящие из высокотвердых и тугоплавких карбидов вольфрама, титана, тантала, соединенных металлической связкой.

Твёрдые сплавы изготавливают методом порошковой металлургии. Порошки карбидов смешивают с порошком кобальта, выполняющего роль связки, прессуют и спекают при 1400 - 1550 ^ОС.

В зависимости от состава карбидной основы спеченные твердые сплавы выпускают трех групп (ГОСТ 3882-74*). Вольфрамовые (системы WC - Co) - однокарбидные, маркируемые буквами ВК и цифрой, показывающей содержание кобальта (К) в процентах, остальное- карбиды вольфрама (В): ВК3; ВК3-М; ВК6; ВК6-М; ВК6-ОМ; ВК6-В; ВК8; ВК8-В; ВК8-ВК; ВК10; ВК10_ХОМ; ВК4-В; ВК11-В; ВК10-КС; ВК20; ВК20-КС; ВК11-ВК; ВК13. Буквы, стоящие в конце обозначения марок, указывают размеры зерен карбидов вольфрама: М - мелкозернистые; ОМ - особомелкозернистые; С - среднезернистые; В, КС - крупнозернистые; К, ВК - особокрупнозернистые; ХОМ - особомелкозернистые, легированные карбидом хрома. Титано-вольфрамовые (системы TiC-WC-Co) - двухкарбидные, маркируемые буквами Т, К и цифрами, показывающими содержание карбидов титана (Т) и кобальта (К) в процентах, остальное - карбиды вольфрама: Т30К4; Т15К6; Т14К8; Т5К10. Титано - тантало - вольфрамовые (системы TiC-TaC-WC-Co) - трехкарбидные, маркируемые: ТТ7К12; ТТ8К6; ТТ10К8; ТТ10К8Б; ТТ20К9; ТТ8К7. Цифры в марках после букв ТТ обозначают суммарное содержание карбидов титана и тантала в процентах, а после буквы К - количество кобальта в процентах; остальное - карбиды вольфрама. Буква Б в марке указывает на различие соотношения между карбидами титана и тантала по сравнению с маркой без дополнительной буквы.

...