Маркировка и классификация конструкционных материалов (стали, чугуны, цветные сплавы)

МАРКИРОВКА И КЛАССИФИКАЦИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ (СТАЛИ, ЧУГУНЫ, ЦВЕТНЫЕ СПЛАВЫ)

Каждому инженеру совершенно необходимо знать классификацию и маркировку материалов, предназначенных для изготовления деталей машин и конструкций. К числу таких материалов относятся металлы и их сплавы, металлические и металлокерамические порошки, пластмассы, резина, стекло, керамика, древесные и другие неметаллические вещества. Наиболее широкое распространение в качестве конструкционных материалов в настоящее время получили металлы и их сплавы, поэтому в настоящей работе будут рассмотрены только стали, чугуны и цветные металлы и их сплавы (медь, титан, магний и сплавы на их основе).

 

КЛАССИФИКАЦИЯ И МАРКИРОВКА СТАЛЕЙ

Сталями принято называть сплавы железа с углеродом, содержащие до 2,14 % углерода. Кроме того, в их состав обычно входят марганец, кремний, сера и фосфор; некоторые элементы могут быть введены для улучшения физико-химических свойств, специально (легирующие элементы).

Стали классифицируют по признакам:

 

I. Химический состав

В зависимости от химического состава различают:

 стали

углеродистые (ГОСТ 380-88, ГОСТ 1050-88)

легированные (ГОСТ 4543-71, ГОСТ 5632-72, ГОСТ 14959-79).

 

Углеродистые стали (Fe + C):

а) малоуглеродистыми, содержащими углерода менее 0,25 %;

б) среднеуглеродистыми, содержание углерода составляет 0,25-0,60 %;

в) высокоуглеродистыми, концентрация углерода превышает 0,60 %.

 

Легированные стали (Fe + C + ЛЭ):

а) низколегированные, содержащие до 2,5 % легирующих элементов;

б) среднелегированные, в их состав входят от 2,5 % до 10,0 % легирующих элементов;

в) высоколегированные, которые содержат свыше 10,0 % легирующих элементов.

II.Назначение

По назначению стали бывают:

а) конструкционные, предназначенные для изготовления строительных и машиностроительных изделий;

б) инструментальные, из которых изготовляют режущий, мерительный, штамповый и прочий инструмент; эти стали содержат более 0,65 % углерода;

в) с особыми физическими свойствами, например, с определенными магнитными характеристиками или малым коэффициентом линейного расширения: электротехническая сталь, суперинвар;

г) с особыми химическими свойствами, например нержавеющие, жаростойкие или жаропрочные стали.

III.Качество

В зависимости от содержания вредных примесей (серы и фосфора) стали подразделяют:

стали	Примеси,%, ≤ (до)		обозначение
	серы	фосфора
стали обыкновенного качества	0,06	0,07	Ст и цифра (0,1,2,3,4,5,6)
качественные	0,035		цифрами или цифрами и буквами
высококачественные	0,025		буква А в конце марки
особовысококачественные	0,015	0,025	- Ш в конце марки

 

IV.Степень раскисления

По степени удаления кислорода из стали, т.е. по степени ее раскисления, существуют:

а) спокойные стали, полностью раскисленные (FeMn, FeSi, Al), такие стали обозначаются буквами "сп" в конце марки (иногда буквы "сп" опускаются);

б) кипящие стали - слабо раскисленные (FeMn), маркируются буквами "кп";

в) полуспокойные стали - занимающие промежуточное положение между двумя предыдущими (FeMn, Al), обозначаются буквами "пс".

Сталь углеродистая качественная

Качественные стали маркируют следующим образом:

в начале марки указывают содержание углерода цифрой, соответствующей его средней концентрации:

 

а) в сотых долях процента для большинства сталей:

Примеры:

05кп - сталь углеродистая качественная, кипящая, содержит 0,05 %С;

60 - сталь углеродистая качественная, спокойная, содержит 0,60 %С.

 

б) в десятых долях процента для инструментальных сталей, которые дополнительно снабжаются буквой "У":

Примеры:

У7 - углеродистая инструментальная качественная сталь, содержащая 0,7%С, спокойная (все инструментальные стали хорошо раскислены);

У12А - углеродистая инструментальная высококачественная сталь, спокойная, содержит 1,2%С;

КЛАССИФИКАЦИЯ И МАРКИРОВКА ЦВЕТНЫХ СПЛАВОВ

Медь и ее сплавы

Технически чистая медь обладает высокими пластичностью, коррозионной стойкостью, малым удельным электросопротивлением и высокой теплопроводностью. По чистоте медь подразделяют на марки (ГОСТ 859-78):

Марка	МВЧк	М00	М0	М1	М2	М3
Содержание Сu+Ag не менее, %	99,993	99,99	99,95	99,9	99,7	99,5

После обозначения марки указывают способ изготовления меди:

к - катодная, б - бескислородная, р - раскисленная. Медь огневого рафинирования не обозначается.

Пример:

М00к - технически чистая медь, содержащая не менее 99,99 % меди и примеси серебра;

М3 - технически чистая медь огневого рафинирования, содержит не менее 99,5 % меди и примеси серебра.

 

Медные сплавы разделяют на бронзы и латуни.

Бронзы - это сплавы меди с оловом (4-33 % Sn, хотя бывают безоловянные бронзы), свинцом (до 30 % Pb), алюминием (5-11 % Al), кремнием (4-5 % Si), сурьмой и фосфором (ГОСТ 493-79, ГОСТ 613-79, ГОСТ 5017-74, ГОСТ 18175-78).

Бр = Cu + ЛЭ

Латуни - сплавы меди с цинком (до 50 % Zn) и небольшими добавками алюминия, кремния, свинца, никеля, марганца (ГОСТ 15527-70, ГОСТ 17711-93).

Л = (Cu + Zn) + ЛЭ

Медные сплавы, предназначенные для изготовления деталей методами литья, называют литейными. Сплавы, предназначенные для изготовления деталей пластическим деформированием, - сплавами, обрабатываемыми давлением.

Медные сплавы обозначают начальными буквами их названия (Бр или Л), после чего следуют первые буквы названий основных элементов, образующих сплав, и цифры, указывающие количество элементов в процентах. Приняты следующие обозначения компонентов сплавов:

А	алюминий	Мг	магний	Ср	серебро
Б	бериллий	Мш	мышьяк	Су	сурьма
Ж	железо	Н	никель	Т	титан
К	кремний	О	олово	Ф	фосфор
Кд	кадмий	С	свинец	Х	хром
Мц	марганец	Ц	цинк

Примеры:

БрА9Мц2Л - бронза, содержащая 9 % Al, 2 % М n, остальное - С u (“Л” указывает, что сплав литейный);

ЛЦ40Мц3Ж - латунь, содержащая 40 % Zn, 3 % М n, ~1 % Fe, остальное - Cu;

БрОФ8,0-0,3 - бронза, наряду с медью содержащая 8,0 % олова и 0,3 % фосфора;

ЛАМш77-2-0,05 - латунь, содержащая 77 % меди, 2 % алюминия, 0,05 % мышьяка, остальное цинк (в обозначении латуни, предназначенной для обработки давлением, первое число указывает содержание меди).

В несложных по составу латунях указывают только содержание в сплаве меди:

Л96 - латунь, содержащая 96 % меди и ~ 4 % цинка (томпак),

Л63 - латунь, содержащая 63 % меди и ~ 37 % цинка.

 

Алюминий и его сплавы

Алюминий - легкий металл, обладающий высокими тепло,- электропроводностью, стойкий к коррозии.

В зависимости от степени чистоты первичный алюминий согласно ГОСТ 11069-74 бывает особой (А999): высокой (А995, А95) и технической чистоты (А85, А7Е, А0 и др.). Алюминий маркируется буквой А и цифрами, обозначающими доли процента свыше 99,0 % Al. Буква “Е” обозначает повышенное содержание железа и пониженное кремния.

А999 - алюминий особой чистоты, в котором содержится не менее 99,999 % Al;

А5 - алюминий технической чистоты, в котором 99,5 % Al.

Алюминиевые сплавы разделяют на деформируемые и литейные. Те и другие могут быть не упрочняемые и упрочняемые термической обработкой.

Алюминиевые сплавы
деформируемые		литейные
не упрочняемые термообработкой	упрочняемые термической обработкой	АЛ2, АЛ9, АЛ13, АЛ22, АЛЗ0; АК7М2; АК21М2; АК4МЦ6;
А1-Мп и Al - Mg: АМц, АМцС, АМг1, АМг4, АМг5, АМг6.	Al-Cu-Mg с добавками некоторых элементов: дюралюмины, ковочные сплавы

Деформируемые алюминиевые сплавы хорошо обрабатываются прокаткой, ковкой, штамповкой. Их марки приведены в ГОСТ 4784-74. К деформируемым алюминиевым сплавам, не упрочняемым термообработкой, относятся сплавы системы Al-Mn и Al-Mg: АМц, АМцС, АМг1, АМг4, АМг5, АМг6. Аббревиатура включает в себя начальные буквы входящих в состав сплава компонентов и цифры, указывающие содержание легирующего элемента в %.

К деформируемым алюминиевым сплавам, упрочняемым термической обработкой, относятся сплавы системы Al-Cu-Mg с добавками некоторых элементов (дуралюмины, ковочные сплавы), а также высокопрочные и жаропрочные сплавы сложного химсостава. Дуралюмины маркируются буквой “Д” и порядковым номером, а ковочные сплавы - “АК” и порядковым номером, например: Д1, Д12, Д18, АК4, АК8.

Чистый деформируемый алюминий обозначается буквами ''АД'' и условным обозначением степени его чистоты: АДоч (99,98 % Al), АД000 (99,80 % А l), АД0 (99,5 % Al), АД1 (99,30 % 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 буквами “АЛ” с последующим порядковым номером: АЛ2, АЛ9, АЛ13, АЛ22, АЛ30.

В настоящее время литейные сплавы маркируют по составу: АК7М2; АК21М2; АК4МЦ6. В этом случае "М" обозначает медь, "К" - кремний, "Ц" - цинк, "Н" - никель, цифра - среднее процентное содержание элемента.

Из алюминиевых антифрикционных сплавов (ГОСТ 14113-78) изготовляют подшипники и вкладыши как литьем, так и обработкой давлением. Такие сплавы маркируют буквой “А”и начальными буквами входящих в них элементов: А09-2, А06-1, АН-2,5, АСМТ. В первых двух сплавах присутствуют указанное количество олова и меди (первая цифра - олово, вторая - медь в %), в третьем - 2,7-3,3 % Ni и в четвертом - медь, сурьма, теллур.

Титан и его сплавы

Титан - тугоплавкий металл с невысокой плотностью. 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, из него можно изготовить сложные отливки, но обработка резанием затруднительна. Для получения сплавов с улучшенными свойствами его легируют алюминием, хромом, молибденом. Титан и его сплавы маркируют буквами «ВТ», «ОТ», «ПТ» и порядковым номером:

ВТ1-00, ВТ3-1, ВТ4, ВТ8, ВТ14.

Пять титановых сплавов обозначеначаются:

ОТ4, ОТ4-0, ОТ4-1, ПТ-7М, ПТ-3В.

 

Магний и его сплавы

Среди промышленных металлов магний обладает наименьшей плотностью (1700 кг/м³). Магний и его сплавы неустойчивы против коррозии, при повышении температуры магний 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 другие легирующие добавки.

Магниевые сплавы подразделяют на деформируемые (ГОСТ 14957-76) и литейные (ГОСТ 2856-79). Первые маркируются буквами "МА", вторые -"МЛ". После букв указывается порядковый номер сплава в соответствующем ГОСТе. Например:

МА1 - деформируемый магниевый сплав № 1;

МЛ19 - литейный магниевый сплав №19

 

МАРКИРОВКА И КЛАССИФИКАЦИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ (СТАЛИ, ЧУГУНЫ, ЦВЕТНЫЕ СПЛАВЫ)

Каждому инженеру совершенно необходимо знать классификацию и маркировку материалов, предназначенных для изготовления деталей машин и конструкций. К числу таких материалов относятся металлы и их сплавы, металлические и металлокерамические порошки, пластмассы, резина, стекло, керамика, древесные и другие неметаллические вещества. Наиболее широкое распространение в качестве конструкционных материалов в настоящее время получили металлы и их сплавы, поэтому в настоящей работе будут рассмотрены только стали, чугуны и цветные металлы и их сплавы (медь, титан, магний и сплавы на их основе).