Классификация, маркировка и применение конструкционных материалов

Лабораторная работа № 1

Классификация, маркировка и применение конструкционных материалов

оглавление

1.0. Цель и задачи работы

2.0. Указания к самостоятельной работе

3.0. Классификация материалов

4.0. Способы маркировки металлических материалов

5.0. Углеродистые стали

5.1. Конструкционные углеродистые стали обыкновенного качества общего назначения

5.2. Качественные конструкционные углеродистые стали для деталей машин

5.3. Инструментальные углеродистые стали

6.0. Маркировка легированных сталей

7.0. Особые способы маркировки сталей

7.1. Маркировка сталей для отливок

7.2. Маркировка автоматных сталей

7.3. Стали для подшипников

7.4. Маркировка быстрорежущих сталей

7.5. Маркировка строительных сталей

7.6. Магнитные стали

7.7. Стали специальных способов выплавки

7.8. Нестандартные легированные стали

8.0. Чугуны

9.0. Порошковые материалы

10.0. Медь и сплавы на основе меди

10.1. Латуни

10.2. Бронзы

11.0. Алюминий и сплавы на основе алюминия

12.0. Магний и сплавы на основе магния

13.0. Титан и сплавы на основе титана

14.0. Содержание отчета

15.0. Контрольные вопросы

 

Цель и задачи работы

Инженеру в его работе необходимы знания в области применения материалов, поскольку на практике приходится решать вопросы их подбора для конкретных условий эксплуатации. Следствием неправильного выбора является плохое качество и недолговечность конструкций, машин и оборудования. Нередко эти условия являются очень специфичными: низкие или высокие температуры, агрессивные химические среды, знакопеременные циклические нагружения, особые условия трения и т.д. Часто материалы работают в условиях одновременного воздействия многих факторов.

Знания в области применения включают в себя широкий круг вопросов: данные по составу и свойствам материалов, способам изменения и улучшения свойств, а также поведению материалов в тех или иных условиях эксплуатации. Поэтому конструкторы при выборе материала не могут учитывать один или два каких-либо критерия, например, прочность и пластичность при комнатной температуре, так как это не дает правильной оценки возможностей материала. Обычно они пользуются комплексной характеристикой, называемой конструктивной прочностью, которая учитывает одновременно конструкционные, технологические и эксплуатационные факторы, а также требования экономической целесообразности.

Приняв во внимание многочисленность и разнообразие технических материалов по свойствам и поведению при работе, становится очевидным, что без знания принципов классификация материалов и способов их обозначения или маркировки невозможен выбор нужного материала для конкретных условий эксплуатации изделий.

Целью данной методической разработки является определение круга вопросов, служащих первоначальной основой изучения ряда наук о металлах, без усвоения которых невозможно успешное продвижение в общетехнических и специальных инженерных дисциплинах. Для ее выполнения поставлены следующие задачи:

1. Изложить принципы классификации металлических материалов и способы их маркировки в соответствии с государственными стандартами Российской Федерации (ГОСТ).

2. Ознакомить в общих чертах с областями применения и свойствами металлических материалов.

 

2.0. Указания к самостоятельной работе

Ознакомиться с разделом «Принципы классификации материалов».

Изучить материал по каждой отдельной группе материалов в следующем объеме:

а) название группы материалов;

б) принцип маркировки: значение букв и цифр марки;

в) по возможности воспроизвести весь ряд сплавов данной группы от первого до последнего;

г) ознакомиться с табличными данными на предмет их соответствия марке материала;

д) ознакомиться с областью применения материалов данной группы;

е) с целью облегчения дальнейшего использования материала в последующих инженерных дисциплинах рекомендуется указывать номер ГОСТа, по которому поставляется изготовителем и принимается заказчиком тот или иной материал.

 

Классификация материалов

 

В технике и быту применяется очень много разнообразных по составу, происхождению, свойствам и назначению материалов. И самой первой и самой простой классификацией всех материалов на группы является деление их на металлы и неметаллы. Поскольку круг рассматриваемых материалов в данной разработке ограничен металлами и их сплавами, приведем отличительные признаки металлов и неметаллов.

Отличительной особенностью металлов является их кристаллическое упорядоченное строение и способность деформироваться ковкой, что было отмечено еще М.В. Ломоносовым. Однако, более типичными свойствами металлов и их сплавов являются высокие тепло - и электропроводность, увеличивающиеся с понижением температуры. Теория твердого тела выбирает в качестве главного физического критерия металлического состояния температурный ход электросопротивления r(Т): у металлов при Т®о, r®0, а у неметаллов r®¥. В ассортимент неметаллов включаются пластмассы, волокна, пленки, резины, клеи, древесина, стекло, керамика, лакокрасочные покрытия и т.д.

Из известных к настоящему времени 111 химических элементов 83 относят к металлам, хотя некоторые с оговоркой (Вi, Sb,Si), поскольку имеют свойства металлов и неметаллов. Заметное производство и применение нашли около 30 металлов, при этом на долю железа приходится более 90%, а на долю всех остальных менее 10%. Кроме того, следует иметь в виду, что в чистом виде металлы применяются редко. Чаще всего используются сплавы на их основе, так как сплавы имеют более высокие механические свойства и обладают комплексом специальных свойств: жаропрочностью, кислотостойкостью, магнитными свойствами и т.д. На основе железа производят сталь и чугун. Объем производства стали является важнейшим показателям технической и экономической мощи страны.

Число металлических сплавов, применяемых в технике, очень велико, при этом оно постоянно возрастает в связи с растущими требованиями многих отраслей промышленности. Классифицировать эти сплавы по одному признаку не удается, так как их состав, свойства, назначение и способы производства слишком многообразны. Поэтому существуют несколько признаков, по которым классифицируют сплавы: по химическому составу, по назначению, по свойствам, по способу выплавки, по степени раскисления, по структуре, качеству и т.д.

По химическому составу классификация основана на указании главного или основного компонента сплава, на основе которого сплав составлен: железо, медь, алюминий и т.д. Такая классификация позволяет распределить сплавы на небольшое число основных классов: а) сплавы на основе железа (стали, чугуны), б) медные сплавы (бронзы и латуни), в) алюминиевые сплавы (авиали, дюрали, силумины), г) магниевые сплавы, д) титановые сплавы, е) оловянистые и свинцовистые сплавы для подшипников (баббиты) и т.д. А самая большая группа сплавов - стали, в свою очередь, делится по химическому составу на 2 группы: углеродистые (нелегированные) стали и легированные.

По назначению стали делятся на 3 основные группы: конструкционные, инструментальные и стали специального назначения. Конструкционные стали должны обладать высокими прочностью, пластичностью и вязкостью в сочетании с хорошими технологическими свойствами: легко обрабатываться давлением, резанием, хорошо свариваться и т.д. Стали конструкционные используются для изготовления деталей машин, механизмов в машиностроении и металлоконструкций в строительстве. Инструментальные стали должны обладать повышенной или высокой твердостью и износостойкостью, которые должны сохраняться при нагреве. Инструментальные стали применяются для изготовления инструмента для обработки металлов резанием, давлением, для изготовления мерительного инструмента. Специальные стали должны обладать какими-либо особыми свойствами: кислотостойкостью, жаропрочностью, магнитными или,наоборот, немагнитными свойствами и т.д. Основными потребителями сталей с особыми свойствами являются приборостроение, химические производства, ракетостроение, авиастроение, военная спецтехника и т.д.

По качеству стали подразделяют на стали обыкновенного качества, качественные и высококачественные. Основными признаком качества является содержание вредных примесей в сталях: серы и фосфора. Предельно допустимое содержание примесей в сталях разных категорий качества следующее:

	Р	S
сталь обыкновенного качества	0,040%	0,050%
Качественная сталь	0,035%	0,035%
Высококачественная сталь	0,025%	0,025%
Особовысокачественная сталь	0,025%	0,015%

 

Категория обыкновенного качества относится только к сталям простым углеродистым (нелегированным), а две остальные категории относятся и к углеродистым, и к легированным сталям.

По степени раскисления (удаление кислорода из металла) стали могут быть спокойные (сп), полуспокойные (пс), и кипящие (кп), что указывается в марке. При одинаковым содержании углерода спокойные, полуспокойные и кипящие стали имеют практически одинаковую прочность. Главное их различие в пластичности, что отражается на штампуемости в холодном состоянии. Это обусловлено содержанием остаточного кремния в стали:

Кипящая < 0,05%;

Полуспокойная сталь 0,05-0,15%;

Спокойная сталь 0,15 - 0,35%.

Чем больше кремния в стали, тем хуже штампуемость. Легированные стали выплавляются только спокойными в мартеновских или электрических печах. В качестве раскислителей металлурги используют марганец, кремний, алюминий.

По способу производства различают стали конверторные, мартеновские, электросталь и стали особых методов выплавки: электрошлаковый переплав (ЭШП), вакуумно-индукционная плавка (ВИП), вакуумно-диффузионная плавка (ВДП), электронно-лучевой переплав (ЭЛП), плазменно-дуговая плавка (ПДП). Применение особых методов выплавки позволяет получить более чистый качественный материал.

Наряду с приведенными классификациями по общим признакам, относящимся к различным сталям, существуют более частные классификации отдельных групп сталей, которые требуют специальных знаний в области материаловедения и будут рассмотрены в соответствующих разделах этой дисциплины, например, классификация сталей по микроструктуре.

 

Углеродистые стали

 

Основной продукцией черной металлургии является сталь – сплав железа с углеродом. Содержание углерода в стали колеблется в широких пределах от 0,1 до 2%. Сталь промышленного производства является сплавом, сложным по химическому составу. Кроме основы-железа в ней содержится много элементов, наличие которых обусловлено различными причинами:

а) невозможностью их полного удаления: S,Р, О₂, N_2, Н₂;

б) технологическими особенностями производства: марганец и кремний, например, вводятся как раскислители;

в) случайные примеси из руды или шихты: Сr, Мn, Ni, Сu, Аs и др.

Содержание всех этих примесей будет зависеть от состава шихты и способа выплавки стали: конверторный, мартеновский, электроплавка, специальные способы выплавки.

Один элемент – углерод вводится в простую сталь намеренно, умышленно. Объясняется это тем, что углерод очень сильно влияет на свойства сталей даже при незначительном изменении его содержания. Поэтому углерод и является основным элементом, изменяющим свойства сталей. С увеличением содержания углерода растут твердость – НВ, прочность – s_в, уменьшается пластичность d и вязкость (рис.5.1.)

Рис. 5.1. Влияние углерода на механические свойства сталей

Количество постоянных примесей в углеродистой стали ограничивается следующими пределами:

Мn ≤ 0,7%

Si ≤ 0,5%

Р ≤ 0,05%

S ≤ 0,05%

Рис 5.1. Влияние углерода на механические свойства сталей.

При большем содержании этих элементов сталь следует отнести к сорту легированных сталей, где эти элементы специально вводятся с целью изменения свойств стали.

Марганец и кремний в углеродистой стали являются технологическими добавками, без них невозможно выплавить сталь. Их вводят при выплавке как раскислители, элементы, удаляющие кислород из стали. Марганец к тому же устраняет вредное действие серы, называемое красноломкостью, переводя серу в тугоплавкое соединение МnS.

Сера и фосфор являются вредными примесями железа и попадают в сталь из руды. Сера придает стали красноломкость, образуя соединение, плавящееся в районе температур горячей обработки давлением. Фосфор сообщает стали хладноломкость, что делает его опасным для изделий, работающих в районах с холодным климатом.

Вредными примесями в стали являются газы, особенно такие, как кислород и водород. Кислород образует окислы, снижающие усталостную прочность сталей, а водород может образовать трещинки-надрывы, называемые флокенами.

Углеродистые стали по назначению могут быть конструкционными и инструментальными. По качеству конструкционные стали делятся на стали обыкновенного качества и качественные, а инструментальные на качественные и высококачественные.

 

 

Для деталей машин

Качественные конструкционные углеродистые стали поставляются по химическому составу и механическим свойствам в соответствии ГОСТ 1050-88. К этим сталям по сравнению со сталями обыкновенного качества предъявляют более жесткие требования по содержанию вредных примесей (серы не более 0,04%, фосфора не более 0,035%).

Качественные углеродистые стали маркируют двузначными цифрами, указывающими среднее содержание углерода в сотых долях процента: 08, 10,15,20,25,30,35, 40, 45, 50, 55, 60. При обозначении кипящей или полуспокойной стали в конце марки указывается степень раскиления: кп или пс. В случае спокойной стали степень раскисления не указывается.

 

Таблица 5.2. Состав углеродистых конструкционных качественных сталей, % (ГОСТ 1050-88)

Марка стали	Массовая доля элементов, %
Углерода	Кремния	Марганца	Хрома, не более
05кп	Не более 0,06	Не более 0,03	Не более 0,40	0,10
08кп	0,05-0,12	Не более 0,03	0,25-0,50	0,10
08пс	0,05-0,11	0,05-0,17	0,35-0,65	0,10
	0,05-0,12	0,17-0,37	0,35-0,65	0,10
10кп	0,07-0,14	Не более 0,07	0,25-0,50	0,15
10пс	0,07-0,14	0,05-0,17	0,35-0,65	0,15
	0,07-0,14	0,17-0,37	0,35-0,65	0,15
11кп	0,05-0,12	Не более 0,06	0,30-0,50	0,15
15кп	0,12-0,19	Не более 0,07	0,25-0,50	0,25
15пс	0,12-0,19	0,05-0,17	0,35-0,65	0,25
	0,12-0,19	0,17-0,37	0,35-0,65	0,25
18кп	0,12-0,20	Не более 0,06	0,30-0,50	0,15
20кп	0,17-0,24	Не более 0,07	0,25-0,50	0,25
20пс	0,17-0,24	0,05-0,17	0,35-0,65	0,25
	0,17-0,24	0,17-0,37	0,35-0,65	0,25
	0,22-0,30	0,17-0,37	0,50-0,80	0,25
	0,27-0,35	0,17-0,37	0,50-0,80	0,25
	0,32-0,40	0,17-0,37	0,50-0,80	0,25
	0,37-0,45	0,17-0,37	0,50-0,80	0,25
	0,42-0,50	0,17-0,37	0,50-0,80	0,25
	0,47-0,55	0,17-0,37	0,50-0,80	0,25
	0,52-0,60	0,17-0,37	0,50-0,80	0,25
58 (55пп)*	0,55-0,63	0,10-0,30	Не более 0,20	0,15
	0,57-0,65	0,17-0,37	0,50-0,80	0,25

* пп – обозначает пониженную прокаливаемость стали марки 58

Таблица 5.3. Механические свойства углеродистых конструкционных

качественных сталей

Марка стали	Механические свойства, не менее
Предел текучести sт, Н/мм^2 (кгс/мм^2)	Временное сопротивление разрыву sв, Н/мм^2 (кгс/мм^2)	Относительное удлинение d5, %	Относительное сужение Y, %
	196 (20)	320 (333)
	205 (21)	330 (34)
	225 (23)	370 (38)
	245 (25)	410 (42)
	275 (28)	450 (46)
	295 (30)	490 (50)
	315 (32)	530 (54)
	335 (34)	570 (58)
	355 (36)	600 (61)
	375 (38)	630 (64)
	380 (39)	650 (66)
58 (55пп)	315 (32)	600 (61)
	400 (41)	680 (69)

 

Низкоуглеродистые стали марок 05 кп, 08, 08кп, 10, 10кп обладают высокой пластичностью и невысокой прочностью. Эти стали без термообработки применяются для малонагруженных деталей (прокладки, шайбы, змеевики, штампованные детали, капоты тракторов, кузова автомобилей, элементы сварных конструкций и т.д.). Низкоуглеродистые стали с повышенным количеством углерода (15, 20, 20кп, 25) применяются после цементации и закалки с отпуском для деталей, работающих на износ: оси, втулки, шестерни, шпиндели, вилки и т.д.

Среднеуглеродистые стали 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60 применяются в основном после закалки и высокого отпуска для изготовления, валов, осей, зубчатых колес, шестерен, штоков, бандажей и т.д.

Высокоуглеродистые стали, содержащие углерода более 0,6% поставляются по ГОСТ 14959-79 «Сталь конструкционные рессорно-пружинная». Эти стали марок 65, 70, 75, 80, 85 используются для изготовления пружин, рессор, амортизаторов, прокатных валков, бандажей вагонов и т.д.

 

Таблица 5.4. Состав и свойства конструкционных углеродистых

рессорно-пружинных сталей (ГОСТ 14959-79)

Марка стали	Состав сталей, %	Механические свойства,не менее
С	Мn	Si	Cr	s0,2, МПа	sв, Мпа	d, %	Y, %
	0,62-0,70	0,50-0,80	0,17-0,37	не более 0,25
	0,67-0,75	0,50-0,80	0,17-0,37	» 0,25
	0,72-0,80	0,50-0,80	0,17-0,37	» 0,25
	0,77-0,85	0,50-0,80	0,17-0,37	» 0,25
	0,82-0,90	0,50-0,80	0,17-0,37	» 0,25

 

Механические свойства сталей 75, 80 и 85 весьма высоки, так как определяются после закалки и среднего отпуска.

 

Стали для подшипников

 

Элементы подшипников (кольца, ролики, шарики) работают в условиях, которые требует от стали высокой твердости, износостойкости и контактной усталостной прочности. В качестве шарикоподшипниковой стали используют высокоуглеродистые (»1%) хромистые стали, а для массивных подшипников в хромистую сталь добавляют повышенное (до1%) количества марганца и кремния.

Стали для подшипников поставляются по ГОСТ 801-78. Особенности маркировки сталей для подшипников: в начале марки ставится буква «Ш», далее стоит индекс основного легирующего элемента хрома и последующая цифра, показывающая содержание хрома в десятых долях процента. Остальные легирующие элементы маркируют так, как принято для легированных сталей.

Таблица 7.1. Состав подшипниковых сталей (ГОСТ 801-78)

Марка Стали	Химический состав, %
Углерод	Марганец	Кремний	Хром
ШХ15	0,95-1,05	0,20-0,40	0,17-0,37	1,30-1,65
ШХ15СГ	0,95-1,05	0,90-1,20	0,40-0,65	1,30-1,65

 

Магнитные стали

 

Магнитные стали по магнитным характеристикам делятся на магнитомягкие и магнитотвердые. Эти термины не относятся к характеристике механических свойств материала. Существуют механически мягкие, но магнитотвердые материалы и наоборот.

У магнитомягких материалов маленькая коэрцитивная сила, узкая петля гистерезиса, они легко намагничиваются и перемагничиваются. Используются для изготовления сердечников реле, электрических машин, измерительных приборов, дросселей, трансформаторов, усилителей, магнитных экранов и т.д. Все магнитомягкие материалы делятся на три группы:

1. Сталь электротехническая тонколистовая и сортовая нелегированная (техническое железо), ГОСТ 3836-73 и 11035-75.

2. Сталь электротехническая кремнистая, ГОСТ 21427-78.

3. Прецизионные магнитомягкие сплавы, ГОСТ 10160-75.

Для сталей первых двух групп разработана чисто цифровая система. Нелегированные стали обозначаются пятизначной цифрой: 10895, 20895, 10880, 20880, 10864, 20864, 11895,21895, 11880, 21880, 11864, 21864.

Первая цифра в марке обозначает способ изготовления стали: 1 – горячекатанная, 2 – х олоднотянутая. Вторая цифра «0» или «1» обозначает, что сталь не легирована и имеет нормируемый или ненормируемый коэффициент старения (упрочнения); третья, четвертая и пятая цифры в марке обозначает магнитные характеристики.

Сталь кремнистая электротехническая имеет четырехзначную цифровую марку. Первая цифра может варьироваться от одного до трех и обозначает способ изготовления стали: 1 – горячекатанная, 2 – холоднотянутая, 3 – текстурованная.

Вторая цифра показывает содержание кремния и может варьироваться от нуля до 5, что соответствует примерно среднему содержанию кремния в целых процентах. Две последние цифры указывают на магнитные характеристики:

1211 (Si 2%), 1312 (Si 3%), 1413 (Si 4%), 1514 (Si 5%) – горячекатанная сталь;

2111 (Si 1%), 2212 (Si 2%), 2312 (Si 3%), 2412 (Si 4%) – холоднокатанная сталь;

3411 (Si 4%), 3412 (Si 4%), 3413 (Si 4%), 3415 (Si 4%) – текстурованная сталь.

Третья группа сплавов содержит никеля от 45 до 78% с добавками железа и кобальта. Эти сплавы называются пермаллоями и используются в приборе для работы в слабых полях.

Если в качестве электротехнической стали используются практически безуглеродистые сплавы, то для постоянных магнитов используется сталь с содержанием углерода около 1%. Улучшение магнитных свойств достигается легированием хромом, вольфрамом, молибденом и кобальтом. Маркируются эти стали буквой Е, которая ставится первой в марке, далее обозначение стандартное. Поставляются стали по ГОСТ 6862-71: ЕХ3, ЕВ6, ЕХ5К5, ЕХ9К15М2. Стали используются после закалки и отпуска.

 

Чугуны

 

Сплавы железа с углеродом, в которых содержание углерода превышает 2%, называются чугунами. Углерод в чугуне может находиться в двух состояниях: связанном в виде соединения Fe₃C и свободном в виде графита. Чугуны, в которых углерод полностью связан, называются белыми. Соединение Fe₃C называется цементитом. Цементит очень твёрдый, но хрупкий. Поэтому белые чугуны не нашли промышленного применения.

Чугуны, содержащие основную массу углерода в виде графита, называются графитными или графитосодержащими. В зависимости от технологии получения графитных чугунов форма графитных включений различна. В свою очередь, от формы графитных включений зависит уровень механических свойств чугунов. По форме графита чугуны делятся на три группы: серые, высокопрочные и ковкие.

Серые чугуны имеют пластинчатую форму графита. Графит такой формы, являясь по существу трещиной или надрезом внутри металла, особенно сильно ослабляет чугун при приложении растягивающей нагрузки, поэтому прочностные характеристики его не высоки. Серый чугун маркируется буквами СЧ и двузначной цифрой, показывающей минимальное значение предела прочности на растяжение.

Серый чугун обладает рядом положительный качеств, благодаря чему он нашел широкое применение: обладает высокими литейными свойствами, хорошо обрабатывается на станках, ему присущи хорошие антифрикционные свойства, он дешев.

Высокопрочный чугун имеет шаровидную форму графита. Округлые включения не создают резкой концентрации напряжений, поэтому такой чугун лучше сопротивляется растягивающей нагрузке. Получают шаровидную форму графита путем введения в чугун перед разливкой магния. Условное обозначение марки включает буквы ВЧ и цифры, показывающие минимальное значение предела прочности при растяжении.

Таблица 8.1. Механические свойства серого чугуна (гост 1412-85)

Марка чугуна	Предел прочности при растяжении sв, МПа (кгс/мм^2)	Твердость НВ, кгс/мм^2, не более	Примечание
СЧ10	³ 100 (10)
СЧ15	³ 150 (15)
СЧ20	³ 200 (20)
СЧ25	³ 250 (25)
СЧ30	³ 300 (30)
СЧ35	³350 (35)
СЧ18	³ 180 (18)	Не оговорено ГОСТ1412-85	Допускается по требованию потребителя
СЧ21	³ 210 (21)	То же	То же
СЧ24	³ 240 (24)	То же	То же

 

Таблица 8.2. Механические свойства высокопрочного чугуна (ГОСТ 7293-85)

Марка чугуна	Предел прочности при растяжении sв, МПа (кгс/мм^2)	Предел текучести sт, МПа (кгс/мм^2)	Относительное удлинение d, %	Твердость по Бринеллю НВ
не менее
ВЧ35	350 (35)	220 (22)		140-170
ВЧ40	400 (40)	250 (25)		140-202
ВЧ45	450 (45)	310 (31)		140-225
ВЧ50	500 (50)	320 (32)		153-225
ВЧ60	600 (60)	370 (37)		192-277
ВЧ70	700 (70)	420 (42)		228-302
ВЧ80	800 (80)	480 (48)		248-351
ВЧ100	1000 (100)	700 (70)		270-360

 

Благодаря высоким прочностным характеристикам высокопрочный чугун применяют вместо стали для изготовления особо нагруженных деталей: коленчатых валов, распредвалов, различных кулачковых валиков и т.д.

Ковкий чугун имеет хлопьевидную форму графита и по прочности занимает промежуточное положение между серыми и высокопрочными чугунами. Получают такой чугун отжигом (томлением) белого чугуна.

Ковкий чугун маркируют буквами КЧ, означающими ковкий чугун, затем идут два числа: первое число показывает предел прочности при растяжении, второе – относительное удлинение. Например, марка КЧ60-3 означает, что чугун имеет s_в=60 кгс/мм² и d=3%.

Ковкий чугун применяют для изготовления деталей, работающих при ударных и вибрационных нагрузках. Ковкий чугун применяют главным образом для тонкостенных деталей в отличие от высокопрочного чугуна, который используется для деталей большого сечения.

 

Таблица 8.3. Механические свойства ковкого чугуна (ГОСТ 1215-79)

Марка чугуна	Предел прочности при растяжении sв, МПа (кгс/мм^2)	Относительное удлинение d, %	Твердость по Бринеллю НВ
не менее
КЧ30-6	294 (30)		100-163
КЧ33-8	323 (33)		100-163
КЧ36-10	333 (35)		100-163
КЧ37-12	362 (37)		110-163
КЧ45-7	441 (45)	7*	150-207
КЧ50-5	490 (50)	5*	170-230
КЧ55-4	539 (55)	4*	192-241
КЧ60-3	588 (60)		200-260
КЧ65-3	637 (65)		212-269
КЧ70-2	686 (70)		241-285
КЧ80-1,5	784 (80)	1,5	270-320
* – по согласованию изготовителя с потребителем допускается понижение на 1%.

 

Порошковые материалы

 

Порошковыми называются материалы, изготовленные из металлических порошков или их смесей с неметаллическими порошками. Порошком считается смесь частиц размером до 1 мм. Образование изделий из порошков основано на принципах технологии изготовления керамических изделий (кирпичей, фарфора, силикатных плиток и т.д.) путем прессования смесей порошков, спекания подготовленных композиций при температурах, обеспечивающих схватывание в монолитное металлокерамическое изделие без полного расплавления. Часто путем спекания получают столь разнородные по природе композиции, которые невозможно получить через расплавление. Производство деталей по металлокерамической технологии практически не имеет отходов, т.е. характерно самым высоким коэффициентом использования металла. Создание биметаллических изделий, где подложкой может служить недорогой материал, позволяет экономить дорогие или дефицитные материалы. А такие изделия, как металлические пористые фильтры невозможно получить какой-либо другой технологией, кроме спекания порошков. При получении вольфрама, молибдена, ниобия, титана, тантала и других материалов металлокерамика единственный способ получения монолитных полуфабрикатов для дальнейшей переработки. Эта технология широко используется для получения изделий радиоэлектроники и электротехники (ферриты, магнитотвердые спеченные материалы, термоэлементы, контакты, резисторы и т.д.), для изготовления узлов трения (фрикционные и антифрикционные материалы), материалы и изделия для атомной энергетики.

Но наибольшую известность и распространение получили инструментальные сверхтвердые материалы. Они состоят из карбидной фракции (WС, ТiС, ТаС) и кобальтовой металлической связки. По химическому составу инструментальная металлокерамика делится на 3 группы:

1. Вольфрамо-кобальтовая (или вольфрамовая), обозначаемая буквами ВК и цифрой, показывающей содержание кобальта; сплав ВК3 содержит 3% кобальта и 97% WC.

2. Титано-вольфрамо-кобальтовая (или титановая) обозначается буквами ТК; цифра, стоящая после буквы Т, указывает количество карбидов титана, цифра после К - количество кобальта, остальное WC; сплав Т5К10 содержит 5% ТiC, 10%Со, 85% WC.

3. Титано-тантало-вольфрамо-кобальтовые сплавы (или титано-танталовые) обозначаются индексом ТТК, цифра после букв ТТ показывает суммарное содержание ТiC + ТаС, цифра после буквы К – содержание кобальта, остальное WC; в сплаве ТТ7К12 содержится 12% Со, 81% WC, 7% ТiC+ТаС.

 

Таблица 9.1. Химический состав (%) и твердость некоторых

металлокерамических твердых сплавов (ГОСТ 3882-74)

Сплав	Карбид вольфрама	Карбид титана	Карбид тантала	Кобальт	Твердость НRА, не менее
ВК3		-	-		89,5
ВК3М		-	-		91,0
ВК6		-	-		88,5
ВК6М		-	-		90,0
ВК6В		-	-		87,5
ВК15		-	-		86,0
ВК25		-	-		83,0
Т30К4			-		92,0
Т15К6			-		90,0
Т14К8			-		89,5
Т6К10			-		88,5
ТТ7К12					87,0
ТТ10К8					89,0

 

Латуни

 

Латуни – сплавы меди с цинком. Обозначаются латуни буквой Л и цифрами, указывающими процент меди в сплаве. Согласно ГОСТ 15527-70 нормировано 8 марок простых латуней Л96, Л90, Л85, Л80, Л70, Л68, Л63 и Л60. До ста процентов в сплаве содержится цинк.

Если латуни содержат третий, четвертый компонент и более, то такие латуни именуются сложными или специальными. Все добавляемые в латуни элементы обозначаются начальными буквами от названия химического элемента:

О – олово	С – свинец	А – алюминий
Ж – железо	Н – никель	К – кремний
Мц – марганец	Мш – мышьяк

Обозначаются сложные латуни следующим образом: после «Л» стоят индексы легирующих элементов, первая после букв двузначная цифра – содержание меди, последующие цифры – содержание компонентов в той последовательности, в какой приведены в буквенной части. Например, ЛМцОС 58-2-2-2 содержит 58% Сu, и по 2% марганца, олова и свинца, 36% – Zn (остальное).

 

Таблица 10.1. Марки, состав и назначение латуней (ГОСТ 15527-70)

Латунь	Марка	Состав, %	Примерное назначение латуни
Медь	Легирующие
Алюминиевая	ЛА 77-2	76-79	1,75-2,5 АI	Детали, работающие в морской воде
Кремнистая	ЛК 80-3	78-81	3,0-4,5 Si	“
Свинцовая	ЛС 59-1	57-61	0,8-2,0 Рb	Сепараторы для подшипников, втулки.
Марганцевая	ЛМц 58-2	57-60	1,0-2,0 Мn	Детали упорных и опорных подшипников
Марганцево- оловяно- свинцовая	ЛМцОС 58-2-2-2	57-60	1,5-2,5 Мn 1,5-2,5 Sn 1,5-2,5 Рb	Зубчатые колеса
Алюминиево- железисто- марганцовистые	ЛАЖМц 66-6-3-2	64-68	5-7 АI 2-4 Fе 1,5-2,5 Мn	Гайки, винты, червячные винты
Марганцево- никеле- железо- алюминиевая	ЛМцНЖА 60-2-1-1-1	58-62	0,5-1,0 Ni 0,5-1,0 АI 0,5-1,1 Fе 1,5-2,5 Мn	Арматура, работающая на воздухе, в воде, масле, жидком топливе

 

Латуни подразделяются на деформируемые и литейные. Литейные латуни имеют последней букву «Л»: ЛК-80-3Л, ЛАЖ60-1-1-Л, ЛС59-1Л и поставляются в виде чушек по ГОСТ 1020-77.

Бронзы

 

Классической бронзой является сплав меди с оловом. Но ввиду дефицитности олова и желания получить более широкий спектр свойств широкое применение нашли сплавы меди с алюминием, кремнием, марганцем, бериллием и др. Обозначение бронз начинается с букв «Бр», после которых ставятся буквы, обозначающие добавки, а затем цифры, указывающие процент добавок: бронза БрОЦ 4-3 содержит 4% олова, 3% цинка и 93% меди. В бронзы вводятся те же элементы, которыми легируют латунь, и обозначаются они так же. Но два элемента фосфор и бериллий встречаются только в составе бронз. Фосфор вводится в оловянистые бронзы как раскислитель, устраняющий хрупкие включения окиси олова (SnО). А бериллий в количестве 2% создает оригинальную термически упрочняемую бронзу БрБ2.

Бронзы по способу обработки или способу получения делятся на деформируемые и литейные. Литейные бронзы отмечаются буквой «Л» в конце марки: БрАЖН 10-4-4Л.

По химическому составу бронзы делятся на 2 группы, поставляемые по ГОСТам:

1. Бронзы оловянистые ГОСТ 5017-74.

2. Бронзы безоловянистые ГОСТ 18175-78.

 

Таблица 10.2. Химический состав, свойства и назначение

некоторых марок бронз (ГОСТ 5017-74, ГОСТ 18175-78)

Марка бронзы	Химический состав, %	Свойства	Применение
Предел проч-ности sВ, МПа	Относительное удлинение d, %	Твердость, НВ
БрОФ 8,0-0,30	7,0-8,5 Sn 0,25-0,35 Р	370-450	15-55	750-900	Проволока для сеток целлюлезно-бумажной промышленности
БрОФ-6,5-0,15	6,0-7,0 Sn 0,10-0,25 Р	350-450	60-70	700-900	Ленты, полосы, прутки, детали подшипников, биметаллы
БрОЦ4-3	3,5-4,5 Sn 2,7-3,3 Zn	320-800