Инструментальные стали и твердые сплавы

Твердые сплавы - материалы с высокой твердостью, прочностью, режущими и другими свойствами, сохраняющимися при нагреве до высоких температур. Различают литые и спеченные (порошковые) твердые сплавы.

Инструментальные стали предназначены для изготовления режущего и измерительного инструмента, штампов холодного и горячего деформирования, а также ряда деталей точных механизмов и приборов: пружин, подшипников качения, шестерен и др. Часто из таких сталей изготавливают только рабочую (режущую) часть инструмента, а крепежные части выполняют из конструкционных сталей.

Основными потребительскими требованиями к инструментальным сталям являются высокие твердость, износостойкостъ и прочность при высокой (500...800°С) теплостойкости. Кроме эксплуатационных свойств, для инструментальных сталей большое значение имеют технологические свойства: прокаливаемость, малые объемные изменения при закалке, обрабатываемость давлением, резанием, шлифуемостъ.

Необходимые свойства инструментальным сталям придают карбидные фазы, так как именно их присутствие обуславливает высокие прочностные показатели и твердость.

Инструмента́льная углеро́дистая сталь — сталь с содержанием углерода от 0,7 % и выше. Эта сталь отличается высокой твёрдостью и прочностью (после окончательной термообработки) и применяется для изготовления инструмента. Инструментальная углеродистая сталь делится на качественную и высококачественную. Содержание серы и фосфора в качественной инструментальной стали — 0,03 % и 0,035 %, в высококачественной — 0,02 % и 0,03 % соответственно.

Выпускается по ГОСТ 1435-99 следующих марок: У7; У8; У8Г; У9; У10; У11; У12; У13; У7А; У8А; У8ГА; У9А; У10А; У11А; У12А; У13А. Стандарт распространяется на углеродистую инструментальную горячекатаную, кованую, калиброванную сталь, серебрянку.

К группе качественных сталей относятся марки стали без буквы А(в конце маркировки), к группе высококачественных сталей, более чистых по содержанию серы и фосфора, а также примесей других элементов — марки стали с буквой А. Буквы и цифры в обозначении этих марок стали означают: У — углеродистая, следующая за ней цифра — среднее содержание углерода в десятых долях процента, Г — повышенное содержание марганца.

Достоинство углеродистых инструментальных сталей состоит в основном в их малой стоимости и достаточно высокой твёрдости по сравнению с другими инструментальными материалами. К недостаткам следует отнести малую износостойкость и низкую теплостойкость.

Искусственные каменные изделия на основе минеральных неорганических вяжущих веществ

В эту группу входят искусственные каменные необожженные изделия, которые получают из растворных или бетонных смесей на основе минеральных вяжущих веществ в процессе их формования и последующего затвердевания. В качестве заполнителей применяют кварцевый песок, пемзу, шлак, золу, древесные опилки. Для повышения прочности изделий на изгиб их армируют, используя для этой цели волокнистые материалы — асбест, древесину (в виде шерсти, дробленых отходов), бумажную макулатуру, листовую бумагу и др.

Искусственные каменные изделия можно разделить на следующие четыре группы по виду минерального вяжущего:

1) гипсовые и гипсобетонные;

2) силикатные, получаемые на основе извести с кремнеземистыми заполнителями;

3) на основе магнезиальных вяжущих;

4) асбестоцементные, изготовляемые на основе портландцемента с добавкой асбеста.

Искусственные каменные материалы

Строительные каменные материалы - обширная группа строительных материалов и изделий камневидного строения. Различают каменные материалы природные, получаемые механической обработкой (иногда и без специальной обработки) горных пород и искусственные, производимые технологической переработкой исходного минерального сырья. Благодаря высоким строительным качествам (долговечности, прочности, морозостойкости и др.), распространённости и неограниченным запасам природного сырья, каменные материалы широко применяются в современном строительстве. Они являются основными строительными материалами для возведения жилых, общественных, промышленных зданий и различных инженерных сооружений. По форме каменные материалы делятся на материалы, состоящие из кусков неправильной формы (бутовый камень, щебень), и штучные изделия, имеющие правильную форму (блоки, плиты, фасонные изделия). В зависимости от плотности (объёмной массы) каменные материалы разделяют на тяжёлые (более 1800 кг/м3), лёгкие (от 1800 до 1200 кг/м3) и особо лёгкие (менее 1200 кг/м3). Искусственные каменные материалы, используемые в качестве теплоизоляционных материалов, могут иметь плотность в пределах 500 кг/м3.

Природные каменные материалы

по способам их механической обработки делятся на следующие основные разновидности: песок и гравий, получаемые просеиванием и промывкой соответствующих рыхлых горных пород; бутовый камень, добываемый главным образом разработкой (при взрывных работах) известняков, песчаников и др. осадочных пород; щебень, получаемый дроблением горных пород; пилёные камни и блоки, выпиливаемые из лёгких горных пород (туфы, ракушечники и др.) непосредственно в карьере камнерезными машинами; облицовочные камни, плиты и фасонные изделия (см. Отделочные материалы), изготовляемые на специализированных камнеобрабатывающих предприятиях из декоративных горных пород (мрамор, гранит, известняк и др.). К природным каменные материалы, в зависимости от их назначения (гидротехнические сооружения, дорожное строительство, наружная или внутренняя отделка зданий), предъявляют различные требования, установленные соответствующими СНиП и ГОСТами. Наиболее распространённые природные каменные материалы - песок, гравий и щебень - широко применяются в качестве заполнителей при изготовлении бетонов и растворов строительных. Бутовый камень служит в основном для кладки фундаментов зданий, подпорных стен и т.п. Пилёные камни и блоки используются главным образом как местные стеновые материалы. Облицовочные камни, плиты и фасонные изделия с различным характером поверхности (фактуры) - колотые, тёсаные, шлифованные и полированные - применяют в большом объёме для наружной и внутренней отделки зданий, настилки полов, изготовления ступеней, парапетов, ограждений и др. Этому способствуют их высокие декоративные качества и долговечность, а также снижение их стоимости в результате внедрения новейших методов обработки (алмазного инструмента, термообработки, способов механизированного раскалывания и др.).

Горные породы широко используют в качестве сырья для изготовления разнообразных искусственных каменные материалы (например, керамики, стекла, теплоизоляционных материалов), а также неорганических вяжущих веществ (гипса, извести и цемента). В производстве этих материалов и изделий применяют технологические процессы, изменяющие состав, строение и свойства природных каменные материалы Искусственные каменные материалы могут быть получены следующими основными способами формования: из глиняных и др. керамических масс с последующим обжигом (кирпич глиняный, камни керамические); из силикатных расплавов (каменное литьё, шлаковое литьё, стеклянные изделия); из смесей, содержащих вяжущее вещество, - изделия из бетонов и строительных растворов (например, бетонные, железобетонные и силикатобетонные панели и блоки, силикатный кирпич и др.).

Керамические материалы

Керамическими называют материалы и изделия, получаемые из порошкообразных веществ различными способами и подвергаемые в технологический период обязательной термической обработке при высоких температурах для упрочнения и получения камневидного состояния. Такая обработка носит название обжига. Среди сырьевых порошкообразных материалов -- глина, которая имеет преимущественное применение при производстве строительной керамики. Она большей частью содержит примеси, влияющие на ее цвет и термические свойства. Наименьшее количество примесей содержит глина с высоким содержанием минерала каолинита и потому называемая каолином, имеющая практически белый цвет. Кроме каолинитовых глин разных цветов и оттенков применяют монтмориллонитовые, гидрослюдистые. Кроме глины к применяемым порошкообразным материалам, являющимися главными компонентами керамических изделий, относятся также некоторые другие минеральные вещества природного происхождения -- кварциты, магнезиты, хромистые железняки. Для технической керамики (чаще именуемой специальной) используют искусственно получаемые специальной очисткой порошки в виде чистых оксидов, например оксиды алюминия, магния, кальция, диоксиды циркония, тория и др. Они позволяют получать изделия с высокими температурами плавления {до 2500... 3000В°С и выше), что имеет важное значение в реактивной технике, радиотехнической керамике. Материалы высшей огнеупорности изготовляют на основе карбидов, нитридов, боридов, силицидов, сульфидов и других соединений металлов как безглинистых сырьевых веществ. Некоторые из них имеют температуры плавления до 3500... 4000В°С, особенно из группы карбидов.

Классификация чугунов.

Чугун представляет собой многокомпонентный сплав железа с углеродом, содержащий >2,1% С. Кроме углерода в чугуне обычно содержится (в %): до 4 Si; 2 Мп; 0,3 Р; 0,25 S, а также 0,1 Cr, Ni или Cu. Классификация чугунов в зависимости от состояния углерода в сплаве:

белые,

серые,

ковкие,

высокопрочные чугуны.

В белом чугуне весь углерод находится в виде химического соединения с железом - цементита (Fе3С). Цементит обладает высокими твердостью (800 НВ) и хрупкостью, поэтому трудно поддается механической обработке. Из-за этого белые чугуны нашли ограниченное применение в качестве конструкционных материалов и служат в основном для получения ковких чугунов. При длительном обжиге белого чугуна цементит в нем распадается и углерод выделяется в свободное состояние.

Серые чугуны в изломе имеют серебристый цвет из-за наличия в них пластинчатых включений графита. Они широко используются в литейном производстве и выпускаются в соответствии с ГОСТ 1412-85. Прочность серого чугуна с пластинчатым графитом при растяжении находится в пределах 120...440 МПа, твердость 140...290 НВ. Структура серых чугунов в зависимости от состава и условий охлаждения может быть с перлитной, перлитно-ферритной и ферритной основой.

Наличие свободного графита в чугуне (до 50 % С) оказывает влияние на его свойства. Увеличение количества и размеров графитовых включений и неравномерность их распределения уменьшают прочность чугуна. Вместе с тем, свободный графит придает чугуну износостойкость, высокие литейные свойства, хорошую обрабатываемость режущим инструментом и высокую сопротивляемость при знакопеременных нагрузках. Все это обусловливает широкое применение серого чугуна в качестве конструкционного материала.Чугун, полученный из белого чугуна продолжительным отжигом при температуре 800...850oС, называют ковким. В отличие от серого чугуна в ковком углерод находится не в виде пластинчатого графита, а в виде хлопьевидного. Ковкий чугун по сравнению с серым чугуном обладает более высокой прочностью (300... 630 МПа), пластичностью и ударной вязкостью. Ковкий чугун имеет однородные свойства по сечению, в его отливках отсутствуют напряжения, ему при суши высокие механические свойства, он хорошо обрабатывается.В зависимости от режима термообработки основа ковкого чугуна может быть ферритной или перлитной. Состав основных элементов в ковком чугуне (в %): 2,3...3 С; 0,9... 16 Si; 0,3... 1,2 Мn; >0,15 Р и S. Основные характеристики ковких чугунов определены ГОСТ 1215-79. Ферритные чугуны отличаются более высокой пластичностью, а перлитные обеспечивают лучшую износостойкость.В промышленности получили распространение высокопрочные и легированные чугуны. В высокопрочном чугуне (ГОСТ 7293-85) углерод находится в виде шаровидного графита. Содержание основных элементов в таких чугунах составляет (в %): до 38 С; 2.9 Si; 0,9 Мn; 0,1 Сг; 0,02 S; 0,1 Р; 0,08 Mg. Чугуны с шаровидным графитом значительно превосходят по характеристикам серые чугуны. в частности по износо-, жаро- и коррозионной стойкости.

Легированные чугуны выпускаются согласно ГОСТ 7769-82.

Классификация чугунов легированных:

жаростойкие хромовые чугуны,

коррозионно-стойкие чугуны,

износостойкие чугуны

Такие чугуны легируются хромом, никелем, кремнием, магнием, медью и другими элементами. В легированных чугунах с содержанием до 10 % Ni, Сr и Мn и более имеют место перлитно-карбидные, бейнитные, мартенситные и аустенитные основы.

Клеящие материалы

Первые клеи были из одного компонента (растительные смолы, битумы, млечные соки растений и т.п.), часто даже не подвергнутого какой-либо обработке. Некоторые из них применяются и сейчас, но современные клеи представляют собой многокомпонентные системы из нескольких, иногда разной природы (органические, неорганические), материалов. Основной компонент — это клеящее вещество, обеспечивающее адгезионную и когезионную прочность в клеевом соединении. Остальные компоненты выполняют другие функции.

Разбавители применяются как регуляторы вязкости готовой композиции должны быть совместимы с остальными компонентами.

Катализаторы и отвердители являются отверждающими агентами для клеящих систем, обеспечивая отверждение за счет химической реакции с клеящим материалом или каталитического воздействия на него.

Ускорители, ингибиторы и замедлители регулируют скорость и степень отверждения. Ускоритель — это вещество, увеличивающее скорость процесса отверждения. Ингибитор должен останавливать реакцию отверждения до нужного, по технологии, момента. Замедлитель уменьшает скорость процесса отвердения, что удлиняет срок хранения и (или) жизнеспособности клея.

Модифицирующие агенты вводят в состав клеевых композиций для изменения исходных технологических и эксплуатационных характеристик. К модифицирующим агентам относятся наполнители, разбавители, пластификаторы, стабилизаторы и вещества, повышающие смачивающую способность клея.