Они маркируются буквами АЛ – алюминиевый литейный. Для них характерна классификация по химическому составу: Al – Si, Al – Cu, Al – Mg.

РГПУ

 

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ

 

Смирнов А.М.

 

 

Часть 2 «МЕТАЛЛЫ»

 

Учебное пособие

 

 

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 2004


ОГЛАВЛЕНИЕ

 

1. Углеродистые стали.

1.1. Углеродистые стали обыкновенного качества.

1.2. Углеродистые, качественные конструкционные стали.

1.3. Инструментальные углеродистые стали.

1.4. Литейные углеродистые конструкционные стали.

1.5. Контрольные вопросы.

2. Чугуны.

2.1. Контрольные вопросы.

3. Легированные стали и сплавы.

3.1. Легированные стали.

3.2. Обозначение некоторых специальных сплавов.

3.3. Обозначение коррозионностойких, жаростойких и жаропрочных сплавов.

3.4. Инструментальные твёрдые сплавы.

3.5. Сверхтвердые материалы.

3.6. Контрольные вопросы.

4. Цветные металлы и их сплавы.

4.1. Обозначение сплавов цветных металлов.

4.2.Сплавы на основе алюминия.

4.2.1. Деформируемые алюминиевые сплавы

Литейные алюминиевые сплавы

4.2.3. Гранулированные алюминиевые сплавы.

4.3. Сплавы на основе магния

4.4. Титан и сплавы на его основе

4.4.1. Промышленные титановые сплавы

4.5. Бериллий и сплавы на его основе

4.6. Сплавы на основе меди

4.6.1. Латуни

4.6.2. Бронзы

4.7. Контрольные вопросы.

5. Материалы с особыми физическими и физико-механическими свойствами.

5.1. Припои

5.2. Антифрикционные материалы

5.3. Фрикционные материалы

5.4. Контрольные вопросы.


ПРЕДИСЛОВИЕ

 

В настоящее время основными конструкционными материалами являются металлы и их сплавы, что обусловлено отработанной технологией их добычи и переработки.

Настоящее пособие содержит основные сведения о маркировке сплавов цветных и черных металлов, их свойствах и областях рационального применения изделий из наиболее распространенных металлических материалов.

Учебное пособие предназначено для студентов факультета «Технологии и предпринимательства», изучающих раздел «Дисциплины технологического цикла».


 1. Углеродистые стали.

 

1.1. Углеродистые стали обыкновенного качества.

 

Сталь обыкновенного качества обозначают согласно ГОСТ 380 – 98. Например: БСт5Гкп ГОСТ 380 - 98. Порядок и структура, принятые при обозначении сталей обыкновенного качества, приведены в таблице 1. Механические свойства, содержание углерода и вредных примесей в таблице 2. Смысловые значения условных сокращений представлены в таблице 3.

 

 

Таблица 1. Структура обозначения углеродистых сталей обыкновенного качества.

 

  Группа стали   Обозначение стали   Номер стали Обозначение повышенного содержания марганца   Степень раскисления   Категория стали
А Б В Ст БСт ВСт 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6 1, 2, 3, 4, 5 Г Г Г кп, пс, сп кп, пс, сп кп, пс, сп 1, 2, 3 1, 2 1, 2, 3, 4, 5, 6

 

Таблица 2. Механические свойства, содержание углерода и вредных примесей в углеродистых сталях обыкновенного качества.

 

Марка

стали

sв,

МПа

sт(s0,2), МПа d, %

Углерод,

%

Сера Фосфор

Не менее

Не более

Ст1 320 – 420 - 31 0,06 – 0,12 0,05 0,04
Ст2 340 – 440 200 29 0,09 – 0,15 0,05 0,04
Ст3 380 – 490 210 23 0,14 – 0,22 0,05 0,04
Ст4 420 – 540 240 21 0,18 – 0,27 0,05 0,04
Ст5 500 – 640 260 17 0,28 – 0,37 0,05 0,04
Ст6 600 300 12 0,38 – 0,49 0,05 0,04

 

Таблица 3. Значение букв и цифр, употребляемых при маркировке углеродистых сталей обыкновенного качества.

 

Обозна - чение Расшифровка обозначения  
  А   Б   В   Ст 0 – 6   Г   кп пс сп   1 – 6       Группа сталей, поставляемая с гарантированными механическими свойствами. Обычно при обозначении сталей этой группы букву А опускают. Группа сталей, поставляемая с гарантированным химическим составом. Группа сталей, поставляемая с гарантированным и химическим составом и механическими свойствами. Сокращённое обозначение термина «сталь». Цифры 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, следующие за обозначением Ст, являются номерами сталей. Наличие буквы Г после номера стали означает повышенное (до 1%) содержание марганца. Сталь «кипящая», раскисленная ферромарганцем. Сталь «полуспокойная», раскисленная ферромарганцем и алюминием. Сталь «спокойная», т. е. полностью раскисленная. Обычно сочетание букв сп опускается. Цифры, стоящие в конце марки стали, обозначают категорию стали. Чем выше категория стали, тем большее количество свойств гарантирует завод-поставщик.  

 

Начиная с четвёртого номера стали по марке можно ориентировочно определить временное сопротивление стали при растяжении. Например, у Ст4 σв – не менее 400 МПа, а у Ст5 σв не менее 500 МПа, т. е. значение временного сопротивления примерно в сто раз больше номера стали.

 

Примеры обозначения и расшифровки.

1. БСт0кп2 – сталь конструкционная углеродистая обыкновенного качества, группы Б, поставляемая с гарантированным химическим составом, номер 0, кипящей разливки, второй категории.

2. Ст5Гпс – сталь конструкционная углеродистая обыкновенного качества, группы А, поставляемая с гарантированными механическими свойствами, номер 5, временное сопротивление стали σв ≈ 500 МПа, содержание марганца до 1%, полуспокойной разливки.

3. ВСт3сп3 – сталь конструкционная углеродистая обыкновенного качества, группы В, поставляемая с гарантированным химическим составом и гарантированными механическими свойствами, номер 3, спокойной разливки, третьей категории.

 

Это наиболее дешевые стали. В них допускается повышенное содержание вредных примесей, а также газонасыщенность и загрязненность неметаллическими включениями, так как они выплавляются по нормам массовой технологии. Они выпускаются в виде проката (балки, прутки, листы, уголки, трубы, швеллеры и т.п.), а также поковок.

Стали группы А используют в горячекатаном состоянии для изделий, изготовление которых не сопровождается горячей обработкой (сваркой). В этом случае они сохраняют исходную структуру и механические свойства, гарантируемые стандартом.

Стали группы Б предназначены для изделий, изготовляемых с применением горячей обработки (ковки, сварки и термической обработки), при которой исходная структура и механические свойства не сохраняются. Сведения о химическом составе необходимы для определения режимов горячей обработки.

Стали группы В широко применяются для изготовления сварных конструкций. В этом случае важно знать исходные механические свойства стали, так как они сохраняются неизменными на участках, не подвергаемых нагреву при сварке. Для оценки свариваемости необходимы сведения о химическом составе.

Сталям обыкновенного качества отдают предпочтение в тех случаях, когда работоспособность деталей и конструкций определяется жесткостью. Для них геометрические размеры часто оказываются такими, что их прочность заведомо обеспечивается. Поэтому на выбор стали большое влияние оказывают не столько механические, сколько технологические свойства, прежде всего свариваемость и способность к холодной обработке давлением.

Этим технологическим требованиям в наибольшей степени отвечают стали групп Б и В, номеров 1 – 4. Из них изготавливают сварные фермы, рамы и другие строительные металлоконструкции.

Стали группы В имеют также и специализированное назначение: котло-, мосто- и судостроение.

Стали Ст3 и Ст4 всех трех групп широко применяются в сельскохозяйственном машиностроении (валики, оси, рычаги, детали изготовляемые холодной штамповкой).

Среднеуглеродистые стали номеров 5 и 6, обладающие большей прочностью, предназначены для изготовления железнодорожных колес и валов, а также шкивов, шестерен и других деталей грузоподъемных и сельскохозяйственных машин.

 

1.2. Углеродистые, качественные конструкционные стали.

Углеродистые качественные стали обозначаются согласно ГОСТ 1050 – 98 и поставляются с гарантированным химическим составом и гарантированными механическими свойствами. Они характеризуются более низким, чем у сталей обыкновенного качества, содержанием вредных примесей (серы и фосфора) и неметаллических включений. В соответствии с этим ГОСТом выплавляют стали следующих марок: 05кп, 08кп, 10кп, 10пс, 11кп, 15кп, 18кп, 20кп, 20пс, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 70, 75, 80, 85, 60Г, 65Г, 70Г. Получают эти стали в конвертерах или в мартеновских печах. Они поставляются в виде проката, поковок и других полуфабрикатов.

При обозначении этих марок сталей слово «Сталь» пишется полностью, например: Сталь 40 ГОСТ 1050 – 98, или не пишется совсем, например 20кп ГОСТ 1050 – 98. Следующие далее две цифры указывают на среднее содержание углерода в сотых долях процента. При наличии в стали повышенного количества марганца (около 1%) после цифр указывается буква Г. Степень раскисления сталей обозначают индексами кп, пс. При обозначении сталей спокойной разливки индекс сп не ставится. Механические свойства этих сталей, гарантируемые после нормализации, представлены в таблице 4.

 

Таблица 4. Механические свойства углеродистых качественных сталей ГОСТ 1050 – 98

 

Марка

стали

Углерод,

%

После нормализации

НВ

(после отжига)

sв sт(s0,2) d y

НВ

МПа

%

10 0,7 – 0,14 340 210 31 55 1430 -
20 0,17 – 0,24 420 250 25 55 1630 -
40 0,37 – 0.45 580 340 19 45 2170 1870
45 0,42 – 0,5 610 360 16 40 2290 1970
70 0,67 – 0,75 730 430 9 30 2690 2290
70Г 0,67 – 0,75 800 460 8 - 2850 2290

 

Примеры обозначения и расшифровки.

1. Сталь 05кп – сталь конструкционная, малоуглеродистая, качественная, содержащая 0,05% углерода, кипящей разливки.

2. 25 – сталь конструкционная, малоуглеродистая, качественная, содержащая 0,25% углерода, спокойной разливки.

3. 60Г – сталь конструкционная, среднеуглеродистая, качественная, содержащая 0,6% углерода и 1% марганца, спокойной разливки.

 

Приведённый порядок маркировки углеродистых, качественных конструкционных сталей применяют при обозначении материала на чертежах деталей.

Качественные стали находят многостороннее применение в технике, так как в зависимости от содержания углерода и термической обработки обладают разнообразными механическими и технологическими свойствами.

Низкоуглеродистые стали по назначению можно разделить на две группы:

1. Стали 05, 08, 10 – малопрочные, высокопластичные. Их применяют для получения шайб, прокладок, кожухов и других деталей изготавливаемых холодной деформацией или сваркой.

2. Стали 15, 20, 25 – предназначены для деталей небольшого размера подвергаемые цементации (кулачки, толкатели, малонагруженные шестерни и т.п.) от которых требуется твердая износостойкая поверхность и вязкая сердцевина. Эти стали используются в горячекатаном состоянии для изготовления деталей машин и приборов повышенной прочности (крепежные детали, втулки, и т.п.), а также для деталей котлотурбостроения (трубы, змеевики), работающие под давлением и температурах от –40 до 400 оС.

Среднеуглеродистые стали 30, 35, 40, 45, 50, 55 – отличаются большей прочностью, но меньшей пластичностью, чем низкоуглеродистые. Их применяют для изготовления деталей небольшого размера, работоспособность которых определяется сопротивлением усталости (шатуны, коленчатые валы, зубчатые колеса, маховики, оси и т.п.). Максимальный размер поперечного сечения таких деталей не превышает 30 мм, что определяется глубиной прокаливаемости.

В тоже время их можно использовать и для крупных деталей подвергаемых поверхностной закалке для получения твердой износостойкой поверхности и пластичной сердцевины (шейки коленчатых валов, кулачки распределительных валов и т.п.).

Высокоуглеродистые стали 60, 65, - 80, 85, а также с повышенным содержанием марганца 60Г, 65Г, 70Г преимущественно применяются в качестве рессорно-пружинных. Их подвергают закалке и среднему отпуску для получения высоких упругих и прочностных свойств. Их используют для силовых упругих элементов – плоских и круглых пружин, рессор, упругих колец и т.п.

 

1.3. Инструментальные углеродистые стали.

 

Инструментальные углеродистые стали маркируют в соответствии с ГОСТ 1435 – 98. Например: У7 ГОСТ 1435 – 98, У8ГА ГОСТ 1435 – 98, У10А-Ш ГОСТ 1435 – 98. Буква «У», стоящая в начале марки, означает, что данная сталь высокоуглеродистая, т. е. инструментальная, содержащая углерода от 0,7 до 1,4%. Следующие далее цифры обозначают среднее содержание углерода в десятых долях процента. Инструментальные стали – стали качественные. Стали высокого и особо высокого качества обозначают соответственно буквами «А» и «Ш», которые ставят в конце марки стали. Они характеризуются более низким, чем у сталей обыкновенного качества, содержанием вредных примесей (серы и фосфора) и неметаллических включений, что обеспечивает при тех же высоких значениях твердости больший запас вязкости.

Следует обратить внимание, что главное отличие инструментальных сталей от конструкционных в высоком содержании углерода. Поэтому сотые доли процента при их маркировке не имеют решающего значения, как в низкоуглеродистых конструкционных сталях.

 

Примеры обозначения и расшифровки.

1. У12 – сталь инструментальная, высокоуглеродистая, содержащая 1,2% углерода, качественная.

2. У8ГА – сталь инструментальная высокоуглеродистая, содержащая 0,8% углерода, 1% марганца, высококачественная.

3. У9А-Ш – сталь инструментальная высокоуглеродистая, содержит 0,9% углерода, высококачественная, подвергнутая электрошлаковому переплаву.

 

Инструментальные углеродистые стали У7, У8, У9 используют для изготовления инструментов подвергающихся ударам и требующих запаса вязкости при достаточно высокой твердости (HRC 50 – 55). Например: зубила, центры токарных станков, клейма , слесарные молотки, столярный инструмент, пилы и т.п.

Стали У10 – У13 используют для изготовления инструментов с высокой твердостью на рабочих гранях (HRC 62 – 64). Например: сверла, метчики, резцы, фрезы, калибры, небольшие штампы для холодной обработки металла и т.п. Такие инструменты обладают повышенной износостойкостью, однако их прочностные характеристики снижаются при нагреве свыше 150 – 200 оС. В связи с этим инструменты из этих сталей пригодны для обработки сравнительно мягких материалов и при небольших скоростях резания.

 

1.4. Литейные углеродистые конструкционные стали.

 

Обозначают эти стали согласно ГОСТ 977 – 98. Например, сталь 30Л-II ГОСТ 977 – 98. Вначале марки слово «Сталь» пишется полностью или не пишется совсем, следующие две цифры указывают на содержание углерода в сотых долях процента. Буква Л в конце марки обозначает, что данную сталь применяют для получения отливок. Римскими цифрами I, II, III, проставленными в конце марки, указывают группу, к которой относят отливки из этой стали. К I группе относят отливки общего назначения. Ко II группе относят отливки общего назначения, работающие при статических нагрузках. Контролируют их по внешнему виду, размерам, химическому составу и механическим свойствам. К III группе относят отливки ответственного назначения, работающие при динамических нагрузках.

 

Пример обозначения и расшифровки.

 

Сталь 25Л-II ГОСТ 977 – 98 – сталь малоуглеродистая, конструкционная, литейная, содержащая 0,25% углерода, применяется для получения отливок второй группы по назначению.

 

1.5. Контрольные вопросы.

 

1. Вредными примесями для стали являются

1. фосфор

2. кремний

3. сера

4. марганец

5. газы кислород, водород, азот

 

2. Соответствие между примесными атомами и изменяемыми свойствами стали

А. сера

Б. хром

В. водород

Г. фосфор

Д. Углерод

Е.

6. электропроводимость

1. хрупкость

3. хладноломкость

5. прочность, твердость

2. красноломкость

4. коррозионная стойкость

 

3. Стали делятся способу восстановления железа и удаления растворенного в них кислорода в шлак, на

1. неспокойные, полуспокойные, кипящие

2. спокойные, полуспокойные, бурлящие

3. спокойные, беспокойные, кипящие

4. спокойные, полуспокойные, кипящие

5. неспокойные, беспокойные, кипящие

 

4. Соответствие между содержанием вредных примесей в сталях и их общим названием согласно классификации по качеству

А. < 0,04 % серы и < 0,035 % фосфора

Б. < 0,015 % серы и < 0,025 % фосфора

В. < 0,055 % серы и < 0,045 % фосфора

Г. < 0,025 % серы и < 0,025 % фосфора

Д.

1. обыкновенного качества

3. высококачественные

5. некачественные

2. качественные

4. особовысококачественные

 

5. Правильная последовательность увеличения содержания углерода и повышения прочности сталей

1. ВСт2

2. ВСт4

3. БСт6

4. БСт1

5. БСт3

6. БСт5

 

6. Первые две цифры в маркировке качественных углеродистых конструкционных сталей согласно ГОСТ 1050 – 88 означают

1. содержание углерода в десятых долях процента

2. содержание углерода в тысячных долях процента

3. порядковый номер стали

4. содержание углерода в сотых долях процента

5. содержание углерода в целых долях процента

 

7. Составьте правильную маркировку стали с содержанием углерода – 0,65 %, марганца – 1 %, ГОСТ 1059 – 88, используя предложенные параметры:

65, 1, Г, ГОСТ 1050 – 88

 

8. Соответствие между наименованием легирующего элемента и его обозначением при маркировке легированных сталей

А. марганец

Б. никель

В. хром

Г. молибден

Д. вольфрам

Е.

1. В

3. М

4. Н

6. Ф

2. Г

5.Х

 

9. Углеродистые стали обыкновенного качества ГОСТ 380 – 94 предназначены для изготовления

1. строительных металлоконструкций, ответственных деталей машин

2. инструмента, слабонагруженных деталей машин

3. инструмента, тяжелонагруженных деталей машин

4. строительных металлоконструкций, слабонагруженных деталей машин

5. строительных металлоконструкций, тяжелонагруженных деталей машин

 

10. Углеродистые инструментальные стали, ГОСТ 1435 – 94, используют для изготовления

1. болтов, разверток, напильников, пил, гаек

2. гаек, напильников, пил, болтов, шайб

3. метчиков, разверток, напильников, пил, сверл

4. метчиков, гаек, напильников, болтов, сверл

5. шайб, разверток, гаек, болтов, сверл

 

11. Инструментальные стали после закалки и отпуска приобретают

1. высокую твердость

2. низкую прочность

3. высокую прочность

4. низкую твердость

5. прочность и твердость не меняется

 

12. Углеродистые инструментальные стали, используют для изготовления

1. напильников

2. заклепок

3. сверл

4. гаек

5. фрез

 

13. Сущностью любого металлургического передела чугуна в сталь является снижение содержания примесей и химического элемента ###

 

14. Методы, используемые для повышения качества выплавляемой стали

1. электрошлаковый переплав (ЭШП)

2. газовая сварка

3. вакуумно-дуговой переплав (ВДП)

4. доменный процесс

5. вакуумно-индукционный переплав (ВИП)

 

15. Технологическими свойствами металлов и сплавов являются

1. литейные свойства, деформируемость, свариваемость, обрабатываемость режущим инструментом

2. коррозионная стойкость, деформируемость, свариваемость, теплопроводность

3. литейные свойства, теплопроводность, коррозионная стойкость, обрабатываемость режущим инструментом

4. теплопроводность, деформируемость, твердость, обрабатываемость режущим инструментом

5. литейные свойства, твердость, коррозионная стойкость, теплопроводность

 

2. Чугуны.

 

Чугунами называют железоуглеродистые сплавы, содержащие более 2,14% углерода и затвердевающие с образованием эвтектики. Благодаря сочетанию высоких литейных свойств, достаточной прочности, износостойкости, а также относительно низкой стоимости чугуны получили широкое распространение в машиностроении. Их используют для получения качественных отливок сложной формы при отсутствии жестких требований к габаритам и массе деталей.

Свойства и назначение чугунов в отличие от сталей зависят не столько от процентного содержания углерода, сколько от формы графитовых включений, определяющих вид чугунов. Серые чугуны обозначают согласно ГОСТ 1412 – 79 сочетанием букв «СЧ» (серый чугун) и последующими цифрами. Цифры обозначают временное сопротивление чугуна при растяжении. Серые чугуны, временное сопротивление которых не превышает 250 МПа, называют серыми чугунами обычного качества. Если σв больше 250 МПа, то серые чугуны называют чугунами повышенного качества, или серыми модифицированными чугунами.

Механические свойства серых чугунов зависят от свойств металлической основы и, главным образом, от количества, размеров и формы графитовых включений. Решающее влияние графита обусловлено тем, что его пластинки, прочность которых ничтожно мала, действуют как надрезы или трещины, ослабляющие металлическую основу. При растяжении по концам графитовых включений легко формируются и развиваются очаги разрушения. По этой причине серые чугуны плохо сопротивляются разрушению и имеют низкую прочность и пластичность. Относительное удлинение при растяжении не зависимо от структуры основы не превышает 0,5%. Значительно меньше влияние графита при изгибе и особенно при сжатии. Статическая прочность серого чугуна при изгибе примерно в 2 раза, а при сжатии – в 4 раза выше прочности чугуна при растяжении.

Ковкие и высокопрочные чугуны обозначают согласно ГОСТ 1215 – 79 и 7293 – 79 сочетанием букв КЧ и ВЧ и последующими числами. Первое число в обоих случаях означает так же, как и у серых чугунов, величину временного сопротивления разрыву (σв). Второе число, указанное через тире, обозначает величину относительного удлинения чугуна в процентах (δ, %).

Высокопрочными называют чугуны, в которых графитовые включения имеют шаровидную форму. Графит такой формы является менее сильным концентратором напряжений, чем пластинчатый графит, и поэтому меньше снижает механические свойства металлической основы.

Ковкими называют чугуны, в которых графит имеет хлопьевидную форму. Такие чугуны, по сравнению с серыми, обладают более высокой прочностью и пластичностью. Их получают отжигом белых доэвтектических чугунов, в которых углерод находится в связанном состоянии в виде цементита.

Маркировка специальных и легированных чугунов имеет ряд отличительных особенностей. Так, антифрикционные чугуны обозначают согласно ГОСТ 1585 – 79 сочетанием букв АЧС, АЧК, АЧВ и следующей далее цифрой. Сочетание АЧ – сокращённое название антифрикционных (износостойких) чугунов. Буквы С, К, В обозначают соответственно вид чугунов: серый чугун, ковкий и высокопрочный). Цифра обозначает номер чугуна.

Жаропрочные и коррозионностойкие чугуны обозначают согласно ГОСТ 7769 – 82 набором заглавных букв русского алфавита и следующими за ними цифрами. Маркировка этих чугунов похожа на маркировку легированных сталей с некоторыми отличиями. Буква Ч, стоящая в начале марки, является сокращением термина «чугун». Буква Ш, стоящая в конце некоторых марок, означает шаровидную форму графита. Остальные буквы обозначают определённые легирующие элементы (табл. 6), а числа, следующие за ними, соответствуют их процентному содержанию в чугуне.

Жаростойкие чугуны обозначают согласно ГОСТ 7769 – 82. Маркировка этих чугунов почти полностью соответствует маркировке жаропрочных и коррозионных чугунов с той лишь разницей, что марка чугунов начинается буквосочетанием ЖЧ – жаростойкий чугун.

Эти чугуны используют для деталей, работающих при повышенных температурах.

 

Примеры обозначения и расшифровки.

1. СЧ15 – серый чугун обыкновенного качества, временное сопротивление при растяжении σв = 150 МПа.

2. СЧ40 – серый модифицированный чугун, временное сопротивление при растяжении σв = 400 МПа.

3. КЧ45-7 – ковкий чугун, временное сопротивление при растяжении σв = 450 МПа, относительное удлинение δ = 7%.

4. ВЧ70-3 – высокопрочный чугун, временное сопротивление при растяжении σв = 700 МПа, относительное удлинение δ = 3%.

5. АЧВ-2 – антифрикционный, высокопрочный чугун, номер 2.

6. ЧН20Д2ХШ – жаропрочный чугун, содержащий 20% никеля, 2% меди, 1% хрома, остальное – железо и примеси, форма графитовых включений – шаровидная.

7. ЖЧЮ6С5 – жаростойкий чугун, содержащий 6% алюминия, 5% кремния, остальное – железо, углерод и примеси.

 

Серые чугуны СЧ10, СЧ15, СЧ18 предназначены для слабо- и средненагруженных деталей: крышки, фланцы, маховики, корпуса редукторов, тормозные барабаны, диски сцепления и т.п.

Серые чугуны СЧ20, СЧ21, СЧ25 применяют для деталей, работающих при повышенных статических и динамических нагрузках: блоки цилиндров, картеры двигателей, поршни цилиндров, барабаны сцепления, станины станков и т.п.

Серые модифицированные чугуны СЧ30, СЧ35, СЧ40, СЧ45 обладают наиболее высокими механическими свойствами, их используют для изготовления деталей, работающих при высоких нагрузках или в тяжелых условиях износа: зубчатые колеса, гильзы блоков цилиндров, шпиндели, распределительные валы и т.п. Чугуны этих марок обладают наибольшей герметичностью, поэтому их широко применяют для корпусов насосов, компрессоров, арматуры тормозной пневматики и гидроприводов.

Высокопрочные чугуны эффективно заменяют сталь во многих изделиях и конструкциях. Из них изготавливают оборудование прокатных станов (прокатные валки массой до 12 т), кузнечно-прессовое оборудование, корпуса паровых турбин, коленчатые валы, поршни и др. детали, работающие при высоких циклических нагрузках и условиях изнашивания.

Отливки из белого чугуна, подвергаемы отжигу на ковкий чугун, изготавливают тонкостенными с толщиной стенок не более 50 мм. Иначе в сердцевине отливки при кристаллизации сплава выделяется пластинчатый графит и чугун становиться непригодным для отжига. Хорошие литейные свойства исходного белого чугуна позволяют получать отливки сложной формы. Из ковких чугунов изготавливают детали высокой прочности для судов, вагонов, дизелей, работающие в тяжелых условиях износа, способные воспринимать ударные и знакопеременные нагрузки. Большая плотность отливок позволяет изготавливать из них детали водо- и газопроводных установок.

Недостаток ковких чугунов – повышенная стоимость из-за продолжительного дорогостоящего отжига.

Механические свойства некоторых марок чугунов представлены в таблице 5.

 

Таблица 5. Механические свойства некоторых марок чугунов

 

Марка чугуна sв, МПа d, % НВ (твердость)

Серый чугун ГОСТ 1412 – 79

СЧ15 150 - 1630 – 2290
СЧ25 250 - 1800 – 2500
СЧ45 450 - 2290 – 2890

Высокопрочный чугун ГОСТ 7293 – 79

ВЧ38 - 17 380 17 1400 – 1700
ВЧ50 - 7 500 7 1710 – 2410
ВЧ80 - 2 800 2 2500 – 3300
ВЧ120 - 2 1200 2 3020 – 3800

Ковкий чугун ГОСТ 1215 – 79

КЧ30 - 6 300 6 1000 – 1630
КЧ37 - 12 370 12 1100 – 1630
КЧ60 - 3 600 3 2000 – 2690

 

2.1. Контрольные вопросы.

 

1. Исходным сырьем для производства чугуна служат

1. железная руда, топливо, углерод

2. флюсы, углерод, металлолом

3. железная руда, флюсы, топливо

4. флюсы, топливо, углерод

5. железная руда, флюсы, углерод

 

2. Правильная последовательность восстановления железа от высшего окисла к низшему

1. FeO

2. Fe

3. Fe3O4

4. Fe2O3

 

3. Продуктами доменной плавки являются

1. сталь, шлак, доменный газ

2. чугун, шлак, сталь

3. кокс, шлак, сталь

4. чугун, шлак, доменный газ

5. чугун, сталь, доменный газ

 

4. Постоянными примесями, присутствующими в чугуне являются

1. марганец, хром, сера, свинец, водород

2. углерод, марганец, кремний, сера, фосфор

3. углерод, водород, кремний, фосфор, свинец

4. марганец, водород, сера, фосфор, свинец

5. углерод, марганец, водород, сера, свинец

 

5. Полезными примесями в чугуне являются

1. кремний

2. фосфор

3. марганец

4. сера

5. углерод

 

6. Промышленной железной рудой называют горную породу с общим содержанием железа

1. 30 – 60 %

2. 10 – 30 %

3. 3 – 5 %

4. 1 – 3 %

5. 80 – 95 %

 

7. Чугуны делятся в зависимости от формы графитовых включений на

1. белые, черные, высокопрочные, эвтектические

2. белые, черные, ковкие, эвтектические

3. белые, серые, высокопрочные, ковкие

4. черные, серые, высокопрочные, эвтектические

5. серые, черные, ковкие, эвтектические

 

8. Соответствие общего наименования сплава и примера его обозначения

А. ковкий чугун

Б. высокопрочный чугун

В. жаростойкий чугун

Г. серый чугун

Д. антифрикционный чугун

Е.

1. СЧ15

2. КЧ 45 - 7

3. ВЧ 70 - 3

4. АЧВ - 2

5. ЖЧЮ6С5

6. Ст 3

 

9. Высокопрочные чугуны обозначают буквами ВЧ и последующими цифрами (например, ВЧ 70 - 3), которые обозначают:

1. содержание углерода в сплаве и содержание легирующих элементов

2. содержание углерода в сплаве и твердость сплава

3. временное сопротивление разрыву и относительное удлинение

4. временное сопротивление разрыву и содержание углерода в сплаве

5. содержание углерода в сплаве и относительное удлинение

 

10. Маркировка сплава КЧ 45 - 7 ГОСТ 1215 – 94 означает

1. ковкий чугун, d = 45 %, sв = 7 МПа

2. ковкий чугун, sв = 450 МПа, d = 7 %

3. ковкий чугун, легирующих элементов 45 %, углерода 7 %

4. ковкий чугун, углерода 45 %, легирующих элементов 7 %

5. ковкий чугун, порядковый номер 45, углерода 7 %

 

11. Соответствие между механическими свойствами и маркировкой чугунов

А. sв = 400 МПа

Б. sв = 500 МПа, d = 7 %

В. sв = 450 МПа, d = 7 %

Г. sв = 250 МПа

Д. sв = 600 МПа, d = 2 %

Е.

2. СЧ 25

4. ВЧ 60 - 2

6. КЧ 30 – 6

1. СЧ 40

5. КЧ 45 - 7

3. ВЧ 50 - 7

 

12. Изделия, получаемые из серого чугуна методом литейной технологии

1. фермы мостов, станины станков, корпуса насосов

2. поршневые кольца двигателей, фермы мостов, корпуса насосов

3. сварные конструкции, станины станков, фермы мостов

4. поршневые кольца двигателей, станины станков, корпуса насосов

5. поршневые кольца двигателей, станины станков, фермы мостов

 

13. Высокопрочные чугуны характеризуются следующим комплексом физико-механических и эксплуатационных свойств

1. низкая прочность, небольшая пластичность, износостойкость

2. низкая прочность, небольшая пластичность, свариваемость

3. высокая прочность, свариваемость, износостойкость

4. высокая прочность, небольшая пластичность, свариваемость

5. высокая прочность, небольшая пластичность, износостойкость

 

14. Механические свойства отливок из чугуна можно повысить

1. легированием, модифицированием, термической обработкой

2. переплавкой, легированием, обработкой давлением

3. легированием, механической обработкой, обработкой давлением

4. механической обработкой, переплавкой, термической обработкой

5. обработкой давлением, механической обработкой, переплавкой

 

 

3. Легированные стали и сплавы.

 

Принцип обозначения легированных сталей и сплавов определяется значением этих материалов и степенью их легирования. Каждая группа легированных сталей и сплавов маркируется согласно определённому ГОСТу:

· конструкционные стали ГОСТ 4543 – 71,

· инструментальные стали ГОСТ 5950 – 73,

· инструментальные быстрорежущие стали ГОСТ 19265 – 73,

· высоколегированные стали и сплавы ГОСТ 5632 – 72,

· высоколегированные литейные стали ГОСТ 2176 – 77,

· инструментальные твёрдые сплавы ГОСТ 3882 – 74.

Ниже кратко изложены пояснения по изучению принципов обозначения отдельных групп легированных сталей и сплавов.

 

3.1. Легированные стали.

 

Легированные стали маркируются комбинацией цифр и заглавных букв русского алфавита. Например, 40Х, 38ХМ10А, 20Х13. Первые две цифры обозначают среднее содержание углерода в сотых долях процента.

Следующие далее буквы являются сокращённым обозначением введённых легирующих элементов (таблица 6).

 

Таблица 6. Обозначение элементов в марках легированных сталей.

 

  Обозначение легирующего элемента   Наименование легирующего элемента Обозначение легирующего элемента Наименование легирующего элемента
А Б В Г Д Е К М Н   Азот Ниобий Вольфрам Марганец Медь Селен Кобальт Молибден Никель   П Р С Т Ф Х Ц          Ч Ю Фосфор Бор Кремний Титан Ванадий Хром Цирконий Редкоземельный элемент Алюминий

 

Цифры, стоящие после букв, обозначают соответственно содержание этих элементов в целых процентах. Если же за буквой, обозначающей определённый легирующий элемент, цифра не стоит, это означает, что данная присадка содержится в количестве до 1%. Присадки бор, ниобий, селен, цирконий, редкоземельные элементы и некоторые другие обычно добавляются в стали в очень малых количествах (0,01…0,001%). Цифра 1, стоящая после буквы, означает, что легирующий элемент содержится в количестве около 1,5%. Высокое и особо высокое качество стали обозначается буквами А, Ш, ВД, ВИ, стоящими в конце марки (табл. 7). Если этих букв в конце марки нет, то легированная сталь является качественной.

 

Таблица 7. Обозначение различных групп легированных сталей и степени их качества.

Обозначение Положение буквы в мерке стали Наименование групп сталей и степени их качества
А А АС ВД   ВИ   Е Л Р Ш Ш В начале В конце В начале В конце   В конце   В начале В конце В начале В начале В конце Группа автоматных сталей Сталь высококачественная Сталь автоматная свинцовистая Сталь особо высококачественная (вакуумно-дуговой переплав) Сталь особо высококачественная (вакуумно-индукционный переплав) Сталь магнитно-твёрдая прутковая Сталь литейная Сталь быстрорежущая инструментальная Сталь шарикоподшипниковая Сталь высококачественная (электрошлаковый переплав)

Исключения из правил обозначения легированных сталей.

1. Все опытные марки сталей обозначают буквами ЭП, ЭИ, ДИ и следующими далее цифрами. Например, ЭП572, ДИ787. Необходимые сведения по химическому составу этих сталей и механическим характеристикам имеются в специальных справочниках.

2. Перед маркой нет цифр, и в стали отсутствует никель. В этом случае углерода в стали содержится около 1%, т. е. сталь является инструментальной. Если перед маркой нет цифр, но в стали есть никель, то обычно в стали содержится углерода ≤ 0,1%.

3. Перед маркой стоит одна цифра. Эта цифра соответствует содержанию углерода в десятых долях процента. Так маркируют инструментальные стали.

4. При обозначении шарикоподшипниковых сталей цифра, стоящая после буквы Х, соответствует содержанию хрома в десятых долях процента.

5. При обозначении быстрорежущих инструментальных сталей цифра, стоящая после буквы Р, соответствует содержанию вольфрама в процентах.

 

Примеры обозначения и расшифровки.

1. 40ХГТР – сталь конструкционная легированная, качественная, содержащая 0,4% углерода и до 1% хрома, марганца, титана, малое количество бора, остальное железо и технологические примеси.

2. 38Х2МЮА – сталь конструкционная, легированная, высококачественная, содержащая 0,38% углерода, 2% хрома, менее 1% молибдена, 1% алюминия, остальное железо, технологические примеси.

3. 08Х20Н14С2-Ш (08Х20Н14С2А-Ш) – сталь конструкционная, легированная, нержавеющая, особо высококачественная, содержащая 0,08% углерода, 20% хрома, 14% никеля, 2% кремния, остальное железо и технологические примеси.

4. АС45Г2 – сталь автоматная, свинцовистая, легированная, конструкционная, качественная, содержащая 0,45% углерода, 0,15…0,3% свинца, 2% марганца, остальное железо и технологические примеси.

5. ЕХ3К5 – сталь магнитно-твёрдая, прутковая, качественная, содержащая 1% углерода, 3% хрома, 5% кобальта, остальное железо и технологические примеси.

6. ХВГ – сталь инструментальная, легированная, качественная, содержащая 1% углерода, до 1% хрома, вольфрама, марганца, остальное железо и технологические примеси.

7. 7ХФА – сталь инструментальная, легированная, высококачественная, содержащая 0,7% углерода, до 1% хрома, менее 1% ванадия, остальное железо и технологические примеси.

8. ШХ15 – сталь шарикоподшипниковая, инструментальная, качественная, содержащая до 1% углерода, 1,5% хрома, остальное железо и технологические примеси.

9. Р10К5Ф5 – сталь быстрорежущая, инструментальная, качественная, содержащая около 1% углерода, 10% вольфрама, 5% кобальта, 5% ванадия, остальное железо и технологические примеси.

 

3.2. Обозначение некоторых специальных сплавов.

Специальные сплавы на основе Fe, Ni, Co и некоторых других элементов предназначаются для изготовления деталей, работающих в специфических условиях там, где остальные материалы имеют более низкую работоспособность (высокие температуры, агрессивные среды и т. п.). Эти сплавы обладают особыми свойствами. Например, могут быть немагнитными, иметь малый коэффициент линейного расширения, обладать повышенной жаропрочностью и т. п. Характерной особенностью специальных сплавов является либо вообще отсутствие железа, либо содержание его менее 50%. В зависимости от свойств и эксплуатационных возможностей специальные сплавы подразделяются на группы. Какого-либо общего правила для обозначения специальных сплавов нет. Каждая группа сплавов имеет свой способ обозначения.

 

Примеры обозначения и расшифровки.

 

1. 36Н – инвар, сплав с минимальным коэффициентом линейного расширения. Содержит35 – 37% никеля, остальное железо и технологические примеси. Используется для деталей приборов, от которых требуется постоянство размеров при изменении температуры в условиях эксплуатации при температурах от –60 до 100 оС

2. 29НК – ковар, сплав, имеющий коэффициент линейного расширения, такой же как термостойкое стекло, вольфрам и молибден. Содержит 28,5 – 29,5% никеля, 17 – 18% кобальта, остальное железо и технологические примеси. Используется в электровакуумном производстве для работы в паре со стеклом. Рабочие температуры от –70 до 420 оС.

3. 47НД – платинит, сплав, имеющий коэффициент линейного расширения, такой же как платина и нетермостойкие стекла. Содержит 46 - 48% никеля, 4,5 – 5,5% меди, остальное железо и технологические примеси. Используется для пайки и сварки с такими стеклами в электровакуумной промышленности.

 

3.3. Обозначение коррозионностойких, жаростойких и жаропрочных сплавов.

 

Сплавы, предназначенные для работы в агрессивных средах и при высоких температурах, выпускаются в соответствии с ГОСТ 5632 – 72. В основном, это высоко и особо высококачественные сплавы, о чём свидетельствуют буквы А, Ш, ВД, ВЧ, стоящие в конце марок сплавов. Значение этих букв и сочетаний см. в табл. 7. Сплавы рассматриваемой группы маркируются теми же буквенными обозначениями элементов, что и легированные стали (табл. 6), но цифры, обозначающие процентный состав легирующих элементов, за буквами не пишут. Исключение составляет обозначение никеля. Цифры, стоящие после буквы Н, соответствуют среднему содержанию никеля в сплаве в процентах.

 

Примеры обозначения и расшифровки.

1. Н70МФ – сплав качественный на основе никеля, в котором содержится около 70% никеля, а также содержатся молибден и ванадий.

2. ХН80ТБЮ-ВИ – сплав особо высококачественный, полученный вакуумно-индукционной плавкой на основе никеля. Сплав, в котором содержится 80% никеля, а также имеются титан, ниобий и алюминий.

 

3.4. Инструментальные твёрдые сплавы.

Инструментальные твёрдые сплавы (иначе их называют металлокерамическими сплавами) получают спеканием при больших температурах и давлениях мелкодисперсных порошкообразных карбидов вольфрама, титана, тантала (WC, TiC, TaC) и порошкообразного кобальта, являющегося связующим веществом. Полученные пластинки твёрдых сплавов обладают высокой красностойкостью и находят широкое применение при изготовлении режущего инструмента, предназначенного для высокоскоростной обработки резанием.

Обозначают твёрдые сплавы в соответствии с ГОСТ 3882 – 74. Твёрдые сплавы подразделяются на три группы: ВК, ТК и ТТК. К группе ВК относят однокарбидные твёрдые сплавы, состоящие из кобальта и карбида вольфрама (Co + WC). Такие сплавы обозначают сочетанием букв ВК. Цифра буквы К соответствует содержанию кобальта в однокарбидном твёрдом сплаве в процентах, остальное карбид вольфрама.

Часто при обозначении марок однокарбидных твёрдых сплавов указывают зернистость фракций сплава. В этих случаях в конце обозначения марки сплава через тире пишут следующие буквы: ОМ – особо мелкозернистый сплав, М – мелкозернистый сплав, КС – сплав средней крупнозернистости, В – крупнозернистый сплав, ВК – сплав высокой крупнозернистости.

Чем крупнее зернистость сплава, тем он хуже воспринимает вибрационные и ударные нагрузки.

К группе ТК относят двухкарбидные твёрдые сплавы, состоящие из кобальта, карбида вольфрама и карбида титана (Co + WC + TiC). Двухкарбидные твёрдые сплавы обозначают сочетанием букв ТК и цифр. Цифры, стоящие после буквы Т, соответствуют содержанию в сплаве в процентах карбида титана; цифры, стоящие после буквы К, указывают на содержание в нём кобальта в процентах; остальное в сплаве оставляет карбид вольфрама.

К группе ТТК относят трёхкарбидные твёрдые сплавы, состоящие из кобальта, карбида вольфрама, карбида титана и карбида тантала (Co + WC + TiC + TaC). Трёхкарбидные твёрдые сплавы обозначают сочетанием букв ТТК и цифр. Цифры, стоящие за буквами ТТ, соответствуют суммарному содержанию в сплаве карбида титана и карбида тантала (Ti + TaC) в процентах; цифры, стоящие за буквой К, указывают содержание в сплаве в процентах кобальта; остальное в трёхкарбидных сплавах составляет карбид вольфрама.

 

Примеры обозначения и расшифровки.

1. ВК6 – однокарбидный твёрдый сплав, содержащий 6% кобальта, остальное (94%) карбид вольфрама.

2. ВК6-М – однокарбидный твёрдый сплав, мелкозернистый, в котором содержится 6% кобальта, остальное (94%) карбид вольфрама.

3. ВК8-ВК – однокарбидный твёрдый сплав высокой крупнозернистости, содержащий 8% кобальта, остальное (92%) карбид вольфрама.

4. Т30К4 – двухкарбидный твёрдый сплав, содержащий 4% кобальта, 30% карбида титана, остальное (66%) карбид вольфрама.

5. ТТ7К12 – тёхкарбидный твёрдый сплав, содержащий 12% кобальта, 7% (суммарно) карбида титана и карбида тантала, остальное (81%) карбид вольфрама.

 

Твердые сплавы производят в виде пластин, которыми оснащают рабочие части режущих инструментов (сверл, фрез, резцов и др инструментов). Их изготавливают методом порошковой металлургии. Такие инструменты сочетают высокую твердость HRC 74 – 76 и износостойкость с высокой теплостойкостью – до 800…1000 оС. По своим эксплуатационным свойствам они превосходят инструменты из быстрорежущих сталей и применяются для резания с высокими скоростями и при обработке трудно обрабатываемых материалов. Твердые сплавы за счет высокого содержания вольфрама имеют высокую себестоимость.

К первой вольфрамовой группе относятся сплавы системы Co – WC. При одинаковом содержании кобальта сплавы этой группы в отличии от двух других групп характеризуются наибольшей прочностью, но более низкой твердостью. Теплостойки до 800 оС.

Сплавы ВК3 – ВК8 применяют для режущих инструментов при обработке материалов дающих прерывистую стружку (чугуны, цветные металлы, керамика).

Сплавы ВК10 – ВК15 имеют более высокую вязкость за счет повышенного содержания кобальта и используются для волочильных и буровых инструментов. Стойкость таких инструментов в десятки раз превышает стойкость сальных инструментов.

Сплавы ВК20 – ВК25 применяют для изготовления штамповых инструментов и деталей машин, от которых требуется высокое сопротивление пластической деформации или изнашиванию.

Вторую титановольфрамовую группу образуют сплавы системы TiC – WC – Co. При температуре спекания карбид титана растворяет карбид вольфрама и образуется твердый раствор (Ti, W)C, обладающий более высокой твердостью, чем WC. Сплавы второй группы характеризуются более высокой теплостойкостью до 900…1000 оС, которая повышается с увеличением количества карбида титана. Их наиболее широко применяют для оснащения режущих инструментов для высокоскоростного резания сталей.

Третью титанотанталовольфрамовую группу образуют сплавы системы TiC – TaC – WC – Co. Структура карбидной основы представляет собой твердый раствор (Ti, Ta, W)C + WC + Co. От второй группы эти сплавы отличаются большей прочностью и лучшей сопротивляемостью вибрации и выкрашиванию. Они применяются при наиболее тяжелых условиях резания (черновая обработка стальных слитков и поковок).

 

3.5. Сверхтвердые материалы.

 

Среди сверхтвердых материалов первое место принадлежит алмазу, твердость которого (HV 100000) в шесть раз превосходит твердость карбида вольфрама (HV 17000) и в восемь раз твердость быстрорежущей стали (HV 13000). Преимущественное применение находят синтетические алмазы(борт, баллас, карбонадо) поликристаллического строения, которые по равнению с монокристаллами отличаются меньшей хрупкостью и стоимостью. Их синтезируют при высоких температурах и давлениях.

Алмаз теплостоек до 800 оС (при большем нагреве он графитизируется). Область применения алмазных инструментов ограничивается высокой адгезией к железу (т.е. схватывание заготовки и инструмента), что является причиной его низкой износосотойкости при точении сталей и чугунов. Алмазным инструментом обрабатывают цветные металлы и их сплавы, пластмассы, керамику, обеспечивая при этом низкую шероховатость поверхности.

Наибольшее распространение нашли инструменты из поликристаллического нитрида бора с кубической решеткой (b - BN), называемого кубическим нитридом бора (КНБ). Их получают подобно синтетическим алмазам при высоких температурах и давлении. В зависимости от технологии получения КНБ выпускают под названием: эльбор, эльбор-Р, боразон.

Нитрид бора (b - BN) имеет кристаллическую решетку такую же как алмаз и близкие с ним свойства. По твердости КНБ практически не уступает алмазу (HV 90000), но превосходит его по теплостойкости (1200 оС) и химической инертности. Его используют для обработки труднообрабатываемых сталей, в том числе и закаленных с твердостью HRC ³ 60. При этом высокоскоростное точение закаленных сталей может заменять шлифование, сокращая в 2-3 раза время обработки и обеспечивая низкую шероховатость поверхности.

 

3.6. Контрольные вопросы.

 

1. Стали, делятся по назначению, на:

1. конструкционные, углеродистые, высококачественные

2. углеродистые, высококачественные, высокопрочные

3. конструкционные, инструментальные, с особыми свойствами

4. с особыми свойствами, углеродистые, высококачественные

5. инструментальные, углеродистые, высококачественные

 

2. Соответствие между содержанием хрома в легированных сталях и их маркировкой

А. 1 % хрома

Б. 13 % хрома

В. 2 % хрома

Г. 5 % хрома

Д.18 % хрома

Е.

2. 20Х13

4. 12Х2Н4

6. 08Х20Н14С2А

1. 30ХГТ

5. 30Х5МСФА

3. 08Х18Н10Т

 

3. Правильная последовательность увеличения содержания никеля в легированных сталях

1. 40ХН2СМА

2. 38ХН3МА

3. 9Х15Н8Ю

4. 03Х18Н11

5. 40ХН

6. 12Х2Н4

7. 08Х18Н9Т

 

4. Быстрорежущие инструментальные стали, ГОСТ 19265 – 94, отличаются от углеродистых инструментальных сталей, ГОСТ 1435 – 94

1. высокой теплостойкостью

2. низкой теплостойкостью

3. высокой коррозионной стойкостью

4. низкой коррозионной стойкостью

5. температурой плавления

 

5. Соответствие между маркой инструментальной стали и инструментом из нее изготовленным

А. 9ХС

Б. 5ХНМ

В. У8

Г. Р6М5

Д.

1. напильник

2. ножовочное полотно

3. токарный резец

4. штамп

5. зубчатое колесо

 

6. Легированные конструкционные стали, ГОСТ 4543 – 88, отличаются от конструкционных сталей обыкновенного качества ГОСТ 380 – 94

1. пониженной конструктивной прочностью

2. повышенной температурой плавления

3. пониженной температурой плавления

4. повышенной конструктивной прочностью

5. отсутствием конструктивной прочности

 

7. Высоколегированные, коррозионностойкие стали и сплавы ГОСТ 5632 – 88, используются

1. в химической, металлургической, атомной промышленности, в строительстве

2. в химической, металлургической, пищевой промышленности, в строительстве

3. в химической, металлургической, пищевой, атомной промышленности

4. в химической, пищевой, атомной промышленности, в строительстве

5. в металлургической, пищевой, атомной промышленности, в строительстве

 

8. Инструментальные стали после закалки и отпуска приобретают

1. высокую твердость

2. низкую твердость

3. прочность и твердость не меняется

4. высокую прочность

5. низкую прочность

 

9. Инструментальными материалами являются

1. высокоуглеродистые стали

2. твердые сплавы

3. низкоуглеродистые стали

4. сверхтвердые материалы

5. бронзы

 

10. Соответствие между инструментальным материалом и температурой, которую он выдерживает без разупрочнения

А. углеродистые и низколегированные стали

Б. твердые сплавы

В. высоколегированные быстрорежущие стали

Г. сверхтвердые материалы

Д.

1. до 600 - 640 оС

2. до 800 – 1000 оС

3. до 1200 оС

4. до 2000 оС

5. до 200 оС

 

11. Твердыми сплавами называются материалы, состоящие из высокотвердых и тугоплавких ### вольфрама, титана, тантала, соединенных металлической связкой

 

12. Твердые сплавы производят в виде сменных пластин, которыми оснащают

1. резцы

2. зубчатые колеса

3. сверла

4. фрезы

5. подшипники

 

13. Твердые сплавы отличаются от инструментальных сталей

1. повышенной пластичностью

2. пониженной твердостью

3. повышенной теплостойкостью

4. повышенной твердостью

5. пониженной теплостойкостью

 

14. Промышленными сверхтвердыми материалами являются

1. алмаз

2. быстрорежущая сталь

3. инструментальные стали

4. кубический нитрид бора

5. твердые сплавы

 

15. Правильная маркировка однокарбидного твердого сплава, содержащего 6% кобальта и 94% карбида вольфрама

1. 6КВ

2. В6К

3. К6В

4. ВК6

5. 6ВК

 

4. Цветные металлы и их сплавы.

 

4.1. Обозначение сплавов цветных металлов.

 

Цветные сплавы металлов всех групп маркируют согласно соответствующим ГОСТам заглавными буквами русского алфавита и цифрами. Следует обратить внимание на то, что буквы, используемые при маркировке цветных сплавов, имеют другое значение, чем при маркировке легированных сталей и сплавов.

Буквами обозначают тип сплава, название легирующих элементов и способ получения заготовок из этих сплавов (табл. 8, 9). Цифры обозначают либо процентное содержание соответствующих легирующих элементов, либо порядковый номер сплава (при маркировке алюминиевых, магниевых и титановых сплавов). Когда буквы обозначают легирующие элементы, а цифры – их процентное содержание, порядок маркировки цветных сплавов в отличие от маркировки легированных сталей следующий: сначала выписывают все буквы, а затем – цифры.

 

Таблица 8. Буквенные обозначения различных групп цветных сплавов.

  Буквенное обозначение   Наименование групп цветных сплавов
  АЛ Б Бр ВТ,ОТ и т.д. Д Л МА МЛ П Ц   Алюминиевые литейные сплавы Баббиты Бронзы Титановые сплавы Дюралюминий, деформируемый алюминиевый сплав Латуни Магниевые деформируемые сплавы Магниевые литейные сплавы Припои Цинковые сплавы

 

 

Таблица 9. Обозначение легирующих элементов при маркировке цветных сплавов.

  Обозначение легирующего элемента   Наименование легирующего элемента Обозначение легирующего элемента Наименование легирующего элемента
А Б Ж К КД М Мг Мц Мш Алюминий Бериллий Железо Кремний Кадмий Медь Магний Марганец Мышьяк   Н О С Ср Су Т Ф Х Ц Никель Олово Свинец Серебро Сурьма Теллур Фосфор Хром Цинк

Примеры обозначения и расшифровки.

1. Силумины – алюминиевые литейные сплавы (АЛ); ГОСТ 26 – 75; марки АЛ1, АЛ2, …, АЛ32. Цифры обозначают номер сплава.

2. Дюралюминий – алюминиевый деформируемый сплав (Д); ГОСТ 4784 – 74; марки Д1, Д2, …, Д16. Цифры – номер сплава.

3. Алюминиево-магниевые деформируемые сплавы; ГОСТ 4784 – 74; марки АМг2, …, АМг6. Цифры обозначают содержание магния в процентах соответственно 2 …6%.

4. Латуни – медные деформируемые, пластичные сплавы; ГОСТ 15527 – 70; Л96, Л62 – латунь, содержание меди соответственно 96 и 62%, остальное цинк; ЛМцОС58-2-2-2 – латунь, содержащая 58% меди и по 2% марганца, олова, свинца, остальное цинк; ЛК-59-3 – латунь, содержащая 59% меди, 3% кремния, остальное цинк. Обладает хорошими литейными свойствами.

5. Бронзы – медные литейные сплавы; ГОСТ 493 – 79, ГОСТ 5017 – 74. БрМц5 – бронза, содержащая 5% марганца, остальное медь; БрОЦС8-4-3 – бронза, содержащая 8% олова, 4% цинка, 3% свинца, остальное медь.

Отличительной особенностью в маркировке бронз по сравнению с маркировкой латуней, является то, что процентное содержание меди не указано.

6. Магниевые деформируемые сплавы; ГОСТ 14957 – 76. Марки МА1, МА2, …, МА13. Цифры обозначают номер сплава.

7. Магниевые литейные сплавы; ГОСТ 2856 – 79. Марки МЛ2, …, МЛ12. Цифры обозначают номер сплава.

8. Цинковые сплавы; ГОСТ 21437 – 75. Марки ЦАМ4-1 – цинковый сплав, содержащий 4% алюминия, 1% меди, остальное цинк.

9. Титановые сплавы; ГОСТ 19807 – 74. Марки ВТ1, ВТ3, …, ВТ15, ОТ4-0, ОТ-4-1. Буквы обозначают тип сплава, цифры – номер сплава.

10. Припои; ГОСТ 19738 – 74. Марки ПОС40, ПОС61; ПОС90… - припои свинцово-оловянистые (мягкие), содержащие соответственно олова 40, 61 и 90%, остальное свинец; ПМЦ-80 – припой медноцинковый (твёрдый), содержащий 80% меди, остальное цинк; ПСрКдМ50-34-16 – припой (твёрдый), содержащий 50% серебра, 34% кадмия и 16% меди.

11. Баббиты; ГОСТ 1209 – 78. Марки Б83, Б89. Цифры обозначают содержание олова в процентах, соответственно 83 и 89%, остальное сурьма и медь.

 

4.2.Сплавы на основе алюминия.

 

Алюминий – метал серебристо-белого цвета. Не имеет полиморфных превращений. Решётка ГЦК. Алюминий имеет низкую плотность – 2,7 г/см3 , хорошую тепло и электропроводность, высокую пластичность и коррозионную стойкость. Примеси ухудшают все эти свойства. Т пл. = 658 0С.

Постоянные примеси алюминия: Fe, Si, Cu, Zn, Ti. В зависимости от содержания примесей алюминий подразделяют на три класса:

- особой чистоты       А999 (примесей 0,001%)

- высокой чистоты    А995, А99, А95 (примесей 0,005 – 0,05%)

- технической чистоты А85, А8 (примесей 0,15 – 1%)

технический алюминий ,выпускаемый в виде деформируемого полуфабриката (листы, профили, прутки и др.), маркируют АД0 и АД1. Механические свойства алюминия зависят от его чистоты и состояния. Увеличение содержания примесей и пластическая деформация повышают прочность и твёрдость алюминия.

В виду низкой прочности алюминий применяют для ненагруженных деталей и элементов конструкций, когда от материала требуется лёгкость, свариваемость, пластичность. Например: рамы, двери, фольга, посуда и т.п. Высокая теплопроводность позволяет применять его для изготовления теплообменников.

Высокая электропроводность обуславливает его широкое применение для изготовления проводов, кабелей, шин и т.п. Алюминий высокой чистоты, обладающий высокой пластичностью, идет на изготовление конденсаторной фольги толщиной 6 – 7 мкм. Технически чистый алюминий используют в виде проволоки в производстве кабелей и проводов. Для токонесущих проводов воздушных линий электоропередач с большими расстояниями между опорами используют алюминиевые сплавы Al – Mg – Si более прочные, чем чистый алюминий.

Высокая отражательная способность позволяет использовать его для изготовления отражателей, зеркал, рефлекторов и др. Он хорошо сваривается газовой и контактной сваркой, но плохо обрабатывается резанием. Алюминий имеет высокую усадку затвердевания – 6%.

 

4.2.1. Деформируемые алюминиевые сплавы

 

Алюминиевые сплавы, в отличии от чистого алюминия, характеризуются высокой удельной прочностью, способностью сопротивляться инерционным и динамическим нагрузкам, хорошей технологичностью. Предел прочности некоторых сплавов достигает 500 – 700 Мпа, что приближается к прочности сталей, при плотности не более 2,85 г/см3. Алюминиевые сплавы в основном все хорошо обрабатываются резанием.

Основными легирующими элементами алюминиевых сплавов являются: Cu, Mg, Si, Mn, Zn. Реже - Li, Ni, Ti.

Упрочняющая термическая обработка состоит в закалке и естественном или искусственном старении.

Алюминиевые сплавы классифицируют по технологии изготовления: деформируемые, литейные, спеченные.

К деформируемым алюминиевым сплавам, не упрочняемым термической обработкой, относятся сплавы АМц и АМг. Они отличаются высокой пластичностью, хорошей свариваемостью и высокой коррозионной стойкостью.

Сплавы типа АМц и АМг применяют для изделий, получаемых глубокой вытяжкой, сваркой от которых требуется высокая коррозионная стойкость (трубопроводы для бензина и масла, сварные баки), а также для заклёпок, переборок, корпусов и мачт судов, рамы вагонов, кузова автомобилей и др.

К сплавам, упрочняемым термической обработкой, относятся: сплавы нормальной прочности и высокопрочные. Типичные представители – дуралюмины – маркируются буквой - Д. Они характеризуются высоким сочетанием прочности и пластичности и относятся к сплавам системы алюминий – медь – магний.

Дуралюмины широко применяют в авиации. Из сплава Д1 изготавливают лопасти воздушных винтов, из Д16 – шпангоуты, тяги управления и т.п. Д18 – основной заклёпочный сплав.

Ковочные алюминиевые сплавы маркируют – АК. Они обладают хорошей пластичностью и стойки к образованию трещин при горячей пластической деформации. У них более высокая пластичность, но меньше прочность. Их используют для средненагруженных деталей сложной формы: крыльчатки, крепёжные детали и др.

Сплав с повышенным содержанием меди АК8 хуже обрабатывается давлением, но более прочный. Применяется для высоконагруженных деталей несложной формы: подмоторные рамы, лопасти винтов вертолётов и др.

Высокопрочные алюминиевые сплавы маркируют буквой – В, временное сопротивление до 600 – 700 Мпа. Наибольшее упрочнение вызывают закалка (465 – 475 0С) и старение (140 0С, 16 часов).

Эти сплавы применяют для высоконагруженных деталей конструкций, работающих в основном в условиях напряжения сжатия – обшивка, шпангоуты, лонжероны самолётов. Свойства некоторых деформируемых алюминиевых сплавов представлены в таблице 10

 

Таблица 10. Химический состав и механические свойства деформируемых алюминиевых сплавов.

 

 

Сплав

Содержание элементов

(остальное Al), %

Вид полуфабриката

Механические свойства

sв s0,2 s-1

d,

%

 

НВ

Cu Mg Mn Прочие

 

МПа

Амц После отжига - - 1 – 1,6 - листы 130 50 55 20 300
АМг6 После отжига - 5,8-6,8 0,5-0,8 0,02-0,1Ti, 0,002-0,005Ве   листы   340   170       20   700
Д1 Закалка и ест. Старен. 3,8-4,8 0,4-0,8 0,4-0,8 - Листы Прессованные прутки 400   480 240   320 105   125 20   14 950   -
Д16 Закалка и ест. Стар. 3,8-4,9 1,2-1,8 0,3-0,9 - Листы Прессованные прутки 440   530 330   400 115   140 18   11 1050   -
В95 Закалка и иск. Стар. 1,4-2 1,8-2,8 0,2-0,6 0,01-0,25 Сr 5-7 Zn Листы Прессованные прутки 540   600 470   560 150   150 10   8 1500   1500
АК6 Закалка и иск. Стар. 1,8-2,6 0,4-0,8 0,4-0,8 0,7-0,2 Si   поковки   400   299     125   12   1000

 

Литейные алюминиевые сплавы

 

Они маркируются буквами АЛ – алюминиевый литейный. Для них характерна классификация по химическому составу: Al – Si, Al – Cu, Al – Mg.

Лучшими литейными свойствами обладают силумины (Al – Si). Они характеризуются высокой жидкотекучестью, малой усадкой, отсутствием или низкой склонностью к образованию горячих трещин и хорошей герметичностью.

Плотность большинства силуминов – 2650 кг/м3, что меньше плотности чистого алюминия(2700 кг/м3). Механические свойства зависят от химического состава, технологии изготовления и термической обработки.

Температура закалки силуминов находится в пределах 515 – 535 0С, температура старения – в интервале 150 – 180 0С. Наибольшее применение в промышленности нашли сплавы АЛ9 и АЛ4. Их применяют для средних и крупных литых деталей ответственного назначения: корпуса компрессоров, картеров, головки цилиндров.

Высокопрочный сплав АЛ32 разработанный в МВТУ им. Н.Э. Баумана предназначен для литья под давлением. Его можно упрочнять после литья путём искусственного старения без предварительной закалки. Применяется для получения блоков цилиндров, головок блоков и др. деталей автомобильных двигателей. Сплавы системы Al – Cu (АЛ7, АЛ19) характеризуются высокой прочностью при обычных и повышенных температурах. Но имеют худшие литейные свойства и герметичность. Хорошо обрабатываются резанием и свариваются.

Сплавы системы Al – Mg (АЛ8, АЛ27) обладают высокой коррозионной стойкостью, прочностью, вязкостью и хорошей обрабатываемостью резанием. Имеют невысокие литейные свойства и пониженную герметичность.

Их применяют для изготовления деталей, работающих в условия высокой влажности в судо-, самолёто-, и ракетостроении. Из них делают детали приборов, вилки шасси и хвостового оперения, штурвалы и др. Свойства некоторых литейных алюминиевых сплавов представлены в таблице 11

 

Таблица 11. Химический состав и механические свойства литейных алюминиевых сплавов

 

Сплав

Содержание элементов, %

(основа Al)

Механические свойства

Примечание

sв s0,2

d

%

 

НВ

Si Mg Cu Mn прочие

 

МПа

АЛ4 8-10,5 0,17-0,3 - 0,2-0,5 - 260 200 4 750 Литьё Зак. + стар.

АЛ9

6 - 8

0,2-0,4

-

-

-

220 120 2 500 Литой под давлением
220 160 3 750 Литьё Зак. + стар.
АЛ32 7,5-8,5 0,3-0,5 1 – 1,5 0,3-0,5 0,1-0,3 Ti 270 160 3 800 Литой под давлением
АЛ19 - - 4,5-5,3 0,6-1 0,15-0,35 Ti 360 250 3 1000 Закалка + старение
АЛ27 - 9,5-11,5 - - 0,05- 0,15 Ti, Zr, Be 360 180 18 990 Закалка От 530 0С

 

4.2.3. Гранулированные алюминиевые сплавы.

 

Гранулированными называют сплавы, полученные путём компактирования из частиц (гранул), отлитых со сверхвысокой скоростью кристаллизации. Скорость охлаждения 103 – 106 0С/сек. Это достигается распылением металла струёй чистого нейтрального газа. В зависимости от давления газа и условий кристаллизации диаметр гранул колеблется от нескольких микрометров до нескольких миллиметров. Гранулы имеют очень мелкозернистую структуру с пересыщенным твёрдым раствором с концентрацией в 2 – 5 раз превосходящую предельную растворимость компонентов в равновесных условиях. Такие твёрдые растворы называют аномально пересыщенными.

В процессе горячего компактирования сплавов (400 – 450 0С) из пересыщенного раствора выпадают дисперсные частицы интерметаллидных фаз, которые увеличивают прочность при обычных и повышенных температурах.

Большой интерес представляют гранулированные сплавы алюминия с элементами практически нерастворимыми в нём в равновесных условиях и сильно отличающихся от алюминия по плотности (Fe, Ni, Co).

Стандартные деформируемые сплавы типа дуралюминов (Д16) в гранулированном варианте имеют sв = 800 Мпа.

 

4.3. Сплавы на основе магния

 

Магний - металл серебристо-белого цвета с гексагональной решёткой, он не имеет полиморфных превращений. Температура плавления 650 оС, плотность 1,7 г/см3.

Магний и его сплавы отличаются низкой плотностью, хорошей обрабатываемостью резанием и способностью воспринимать ударные и гасить вибрационные нагрузки.

ГОСТ 804 – 72 устанавливает следующие марки магния:

Мг96 (99,96 % Мг), Мг95 (99,95 % Мг), Мг90 (99,90 % Мг).

Примеси Fe, Si, Ni, Cu понижают и без того низкую пластичность и коррозионную стойкость. При нагреве магний активно окисляется и при температуре выше 623 0С на воздухе воспламеняется. Порошок, тонкая лента, стружка магния представляют большую опасность, так как самовозгораются на воздухе при обычных температурах и горят с выделением большого количества теплоты и излучением ослепительно яркого света.

Литой магний имеет низкие механические свойства из-за крупнокристаллической структуры: sв = 110 – 120 МПа, s0,2 = 20 – 30 МПа, d = 6 – 8 %, НВ 300.

Чистый магний как конструкционный материал практически не применяется. Он используется в пиротехнике, в химической промышленности для синтеза органических препаратов и как легирующая добавка в металлургии.

Достоинством магниевых сплавов является высокая удельная прочность: sв = 250 – 400 МПа при плотности менее 2 г/см3.

Основные виды термической обработки: закалка + искусственное старение и различные виды отжига (для снятия напряжений и диффузионных процессов).

Магниевые сплавы хорошо обрабатываются резанием, легко шлифуются и полируются. Удовлетворительно свариваются контактной и дуговой сваркой в среде инертных газов.

К недостаткам следует отнести низкую коррозионную стойкость, малый модуль упругости, плохие литейные свойства, склонность к газонасыщению, окислению и воспламенению

По технологии изготовления магниевые сплавы подразделяют на литейные – МЛ и деформируемые – МА.

Среди деформируемых сплавов наибольшей прочностью обладают сплавы магния с алюминием и сплавы магния с цинком. Цинк и алюминий придают сплавам хорошую технологическую пластичность, что позволяет изготавливать из них кованные и штампованные детали сложной формы (крыльчатки и жалюзи капота самолёта).

Литейные сплавы магния по химическому составу близки к деформируемым.

Преимуществом литейных сплавов перед деформируемыми является значительная экономия металла при производстве деталей, поскольку высокая точность размеров и хорошая чистота поверхности отливок практически исключают их обработку резанием. Однако грубая структура обуславливает более низкие механические свойства, особенно пластичность.

Механические свойства литейных магниевых сплавов в основном находятся на уровне свойств литейных алюминиевых сплавов, но, обладая меньшей плотностью, магниевые сплавы превосходят их по удельной прочности.

Наибольшее распространение нашли сплавы системы Mg – Al – Zn,

Применение: самолёты – корпуса насосов, коробок передач, фонари. Ракетная техника – корпуса ракет, обтекатели, топливные и кислородные баки, стабилизаторы. Автомобили – корпуса, колёса, помпы.

Вследствие малой способности к поглощению тепловых нейтронов их используют в атомной технике.

 

4.4. Титан и сплавы на его основе

 

Титан – металл серого цвета, имеет две полиморфные модификации. Низкотемпературная - a, существует до 882 0С и имеет ГПУ – решётку. Высокотемпературная - b, имеет решётку ОЦК. Tпл. = 1665 0С, плотность 4,5 г/см3.

Полиморфное превращение при быстром охлаждении протекает по мартенситному механизму.

Промышленный способ производства титана состоит в обогащении и хлорировании титановой руды с последующим ее восстановлением из четырёххлористого титана металлическим магнием. Полученную при этом титановую губку маркируют по твёрдости специально выплавленных из нее образцов (ТГ-100, ТГ-110 и т.д.). Для получения монолитного титана губка размалывается в порошок, прессуется и спекается или переплавляется в дуговых печах в вакууме или атмосфере инертных газов.

Для уменьшения количества примесей и более равномерного их распределения по сечению слитка рекомендуется его двух – трёх разовая переплавка. Полученный в результате переплава технический титан маркируется в зависимости от содержания примесей ВТ1 – 00 (примесей < 0,398 %), ВТ1 – 0 (примесей < 0,55 %).

Чистейший иодидный титан получают методом термической диссоциации из четырёххлористого титана, а также методом зонной плавки.

Низкий модуль упругости титана, почти в 2 раза меньший, чем у железа и никеля, затрудняет изготовление жёстких конструкций.

Механические свойства титана сильно зависят от наличия примесей, особенно от водорода, кислорода, азота и углерода, которые образуют промежуточные фазы – гидриды, оксиды, нитриды и карбиды. Они повышают твёрдость, но снижают пластичность, коррозионную стойкость, свариваемость, способность к пайке и штампуемость.

Наиболее опасная примесь в титане – ВОДОРОД. Водородная хрупкость наиболее опасна в сварных конструкциях из-за наличия в них внутренних напряжений. Допустимое содержание водорода в техническом титане составляет 0,008 – 0,012 %.

При повышении температуры до 250 0С предел прочности снижается почти в 2 раза. Титан обладает склонностью к ползучести даже при температуре 20 – 25 0С.

Титан обладает высокой прочностью и удельной прочностью не только при комнатной температуре, но и в условиях глубокого холода. При температуре жидкого гелия временное сопротивление титана равно 1250 МПа, а пластичность – относительное удлинение 15 – 20 %.

Пластическая деформация значительно повышает прочность титана. При степени деформации 60 – 70 % прочность увеличивается почти в 2 раза. Для снятия наклёпа проводят рекристаллизационный отжиг при 650 – 700 0С.

При повышении температуры титан активно поглощает газы: начиная с 50 – 70 0С – водород, свыше 400 – 500 0С – кислород и свыше 600 – 700 0С – азот, окись углерода и углекислый газ. Поэтому плавят титан в вакууме или атмосфере инертных газов. Вместе с тем, благодаря способности к газопоглощению при повышении температуры титан применяют в радиоэлектронной промышленности в качестве гетерогенного материала. Гетеры предназначены для повышения вакуума электронных ламп.

 Из титана изготавливают все виды прессованного и катаного полуфабриката: листы, трубы, проволоку, поковки. Титан хорошо варится аргонно-дуговой и точечной сваркой. Сварной шов обладает хорошим сочетанием прочности и пластичности. Прочность шва составляет 90 % прочности основного металла.

Титан плохо обрабатывается резанием, налипает на инструмент, в результате чего тот быстро изнашивается.

Практическое значение для легирования титана имеет только алюминий. Введение его в титановые сплавы уменьшает их плотность и склонность к водородной хрупкости, повышает модуль упругости и прочность при высоких и низких температурах.

Титановые сплавы в основном подвергают отжигу, закалке и старению, а также химико-термической обработке.

Отжиг проводят после холодной деформации для снятия наклёпа. Температуры отжига 670 – 800 0С0С с выдержкой от 15 минут до 3-х часов в вакууме или защитной атмосфере.

Для повышения износостойкости титановые сплавы подвергают азотированию. Это приводит к повышению поверхностной твёрдости, износостойкости, жаропрочности и жаростойкости. Азотируют при температуре 850 – 950 0С в течении 10 – 50 часов. При этом на поверхности образуется тонкий нитридный слой (0,06 – 0,2 мм) с твёрдостью HV 12000.

 

4.4.1. Промышленные титановые сплавы

Титановые сплавы имеют более высокую прочность при обычных и повышенных температурах по сравнению с техническим титаном. По сравнению с бериллием они более пластичны и технологичны, меньше стоят, безопасны для здоровья при обработке. По сравнению с алюминиевыми и магниевыми сплавами обладают более высокой удельной прочностью, жаропрочностью и коррозионной стойкостью.

Поэтому титановые сплавы нашли широкое применение в авиации, ракетной технике, судостроении, химической и др. отраслях промышленности. Их применяют для обшивки самолётов, деталей авиадвигателей (дисков и лопаток компрессора, воздухозаборников), корпусов ракетных двигателей второй и третьей ступени, баллонов для сжатых и сжиженных газов, обшивки морских судов и подводных лодок.

По технологии изготовления титановые сплавы подразделяют на деформируемые и литейные. По механическим свойствам – на сплавы нормальной прочности, высокопрочные, жаропрочные и повышенной пластичности. А также на упрочняемые и не упрочняемые термообработкой.

Сплавы типа ВТ5, они имеют a - структуру и характеризуются средней прочностью при комнатных температурах и высокими механическими свойствами при криогенных и повышенных (450 – 500 0С) температурах. Хорошо свариваются, прочность сварного шва составляет 90 % от прочности основного металла.

Недостатки сплавов: не упрочняются термообработкой, низкая технологическая пластичность. В горячем состоянии их куют, прокатывают и штампуют и поставляют в виде прутков, сортового проката, поковок, труб и проволоки.

Сплавы типа ОТ4 – 1 и ВТ20, (псевдо-a-сплавы). Сохраняя достоинства a - сплавов, они, благодаря наличию b - фазы, обладают высокой технологической пластичностью. Недостаток этих сплавов – склонность к водородной хрупкости.

Сплавы типа ВТ6 и ВТ14 - двухфазные (a + b) – сплавы обладают лучшим сочетанием технологических и механических свойств. Сплавы упрочняются с помощью термической обработки – закалки и старения. В отожженном и закалённом состоянии они имеют хорошую пластичность, а после старения – высокую прочность при комнатных и повышенных температурах. При этом, чем больше b - фазы содержится в структуре сплава, тем он прочнее в отожжённом состоянии и сильнее упрочняется при термической обработке. Двухфазные сплавы удовлетворительно обрабатываются резанием и свариваются.

Наибольшее распространение в промышленности получил сплав ВТ15. Сплав выпускается в виде листов, полос, прутков, поковок и рекомендуется для длительной работы при температуре до 350 0С.

Литейные титановые сплавы имеют хорошие литейные свойства. Небольшой температурный интервал кристаллизации обеспечивает им хорошую жидкотекучесть и плотность отливки. Линейная усадка – 1 %, объёмная усадка около 3 %.

Недостаток – большая склонность к поглощению газов и высокая активность при взаимодействии с формовочными материалами. Поэтому их плавку и разливку ведут в вакууме или среде нейтральных газов.

Крупные отливки (до 300 – 500 кг) получают в чугунных и стальных формах, мелкие детали в оболочковых формах изготовленных из специальных смесей. Химический состав аналогичен деформируемым сплавам – ВТ5Л, ВТ14Л. Механические свойства литейных сплавов ниже чем у деформируемых.

Упрочняющая термическая обработка резко снижает пластичность литейных титановых сплавов и поэтому не применяется. Механические свойства некоторых титановых сплавов представлены в таблице 12.

 

Таблица 12. Химический состав и механические свойства некоторых титановых сплавов

 

 

Сплав

Содержание элементов, %

(остальное титан)

Механические свойства

sв s0,2

d,

%

Al V Mo прочие

МПа

ВТ5   4,3 – 6,2 - - - 700 - 950 660 - 850 10 – 15
ОТ4 - 1 1 – 2,5 - - 0,7 – 2 Mn 600 - 750 470 - 650 20 – 40
ВТ20 5,5 – 7,0 0,8 – 2,3 0,5 – 1,8 1,4 – 2,5 Zr 950 - 1150 850 - 1000 8
ВТ6 Зак. и стар.   5,3 – 6,8   3,5 – 5,3   -   -   1100 - 1150   1000 - 1050   14 – 16
ВТ14 Зак. и стар.   3,5 – 6,3   0,8 – 1,9   2,5 – 3,8   -   1150 - 1400   1080 - 1300   6 - 10

 

4.5. Бериллий и сплавы на его основе

 

Бериллий – металл серого цвета, обладающий полиморфизмом. Низкотемпературная модификация - a, существует до 1250 0С и имеет ГПУ – решётку. Высокотемпературная - b (1250 – 1284 0С), имеет ОЦК – решётку.

Плотность бериллия 1,8 г/см3.

Помимо высокой удельной прочности и жёсткости бериллий имеет большую теплоёмкость, высокую теплопроводность и электропроводность, демпфирующую способность и другие ценные свойства.

Бериллий относится к числу редких металлов. Его добывают из минерала берилла, представляющего собой двойной силикат бериллия и алюминия. В земной коре бериллия содержится 0,0005 %. Малая распространённость в природе, сложная и дорогая технология извлечения из руд, получения из него полуфабрикатов и изделий определяют высокую стоимость бериллия.

Металлургия бериллия сложна из-за его химической инертности. Слитки, полученные вакуумной переплавкой, либо обрабатывают давлением для получения полуфабрикатов, либо перерабатывают в порошок, из которого полуфабрикаты и изделия изготовляют методом порошковой металлургии.

Литой бериллий крупнозернистый и хрупкий. Для улучшения пластичности прокатку ведут при нагреве. Однако при температурах выше 700 0С бериллий схватывается с инструментом. Поэтому его катают в стальной оболочке, которую затем стравливают.

Механические свойства бериллия зависят от степени чистоты, технологии изготовления, величины зерна и текстуры, его механические свойства представлены в таблице 13. На хрупкость бериллия большое влияние оказывают примеси за исключением алюминия, который применяется в качестве легирующей добавки улучшающей пластичность.

 

Таблица 13. Механические свойства бериллия

 

sв , МПа s0,2 , МПа d, %
  280 - 700   230 - 680   2 – 40

 

Бериллий, полученный методом зонной плавки за 8 проходов, имеет чрезвычайно высокую пластичность d = 140 %.

Бериллий, полученный методом порошковой металлурги, имеет мелкозернистую структуру и более высокие механические свойства.

Чистый спечённый бериллий с чрезвычайно мелкозернистой структурой (зерно 1 – 3 мкм) обладает склонностью к сверхпластичности. При температуре 600 – 700 0С и малых скоростях деформации пластичность d = 300 %.

Пластичность полуфабрикатов из спеченного бериллия зависит от технологии горячей обработки давлением

Сваривается бериллий дуговой сваркой в аргоне, гелии или в вакууме.

Бериллий токсичен, попадая в легкие, он вызывает тяжёлое лёгочное заболевание – бериллиоз. На коже бериллиевая пыль вызывает зуд, а попадая в ранки – опухоли и язвы. В связи с этим обработку бериллия на металлорежущих станках ведут в специальных помещениях и специальных пылезащитных костюмах и масках.

По удельным прочности и жёсткости бериллий превосходит высокопрочные стали и все сплавы на основе лёгких металлов: магний, алюминий и титан. А по удельной жёсткости и металлы, обладающие более высоким модулем упругости (W и Mo).

Расчёты показали, что самолёт, изготовленный на 80 % из бериллия, будет в два раза легче, чем из алюминия. При этом на 40 % увеличивается дальность полёта и значительно увеличивается грузоподъёмность.

Бериллий применяют в консолях крыльев, элеронов, тягах управления сверхзвуковых самолётов, в ракетной технике из него изготавливают панели обшивки, промежуточные отсеки, соединительные элементы, приборные стойки. В качестве теплозащитного материала – головные части ракет, передние кромки крыльев самолётов, оболочки кабин космонавтов.

Прочность бериллиевой проволоки диаметром несколько микрометров достигает 1300 МПа, что открывает еще одну область применения бериллия – армирование композиционных материалов на основе алюминия, титана и др., которые находят большое применение в ракетной и космической технике.

Слабая способность бериллия поглощать тепловые нейтроны обуславливает его применение в атомной технике.

Практическое значение нашли сплавы, содержащие 20 – 40 % алюминия. Так, сплав, содержащий 24% Al, имеет: sв = 620 МПа, s0,2 = 510 МПа, d = 3 %, Е = 260 Гпа.

 

4.6. Сплавы на основе меди

 

Медь – металл красновато-розового цвета с кристаллической ГЦК решеткой, полиморфных превращений не имеет. Температура плавления 1083 оС, плотность 8,9 г/см3. Медь обладает хорошей технологичностью, она прокатывается в тонкие листы, проволоку, хорошо паяется и сваривается. Отожженная медь имеет sв = 220 МПа, s0,2 = 75 МПа, d = 50%, y = 75%, НВ = 550. Понижение температуры до –50 оС не оказывает влияния на механические свойства меди.

Медь характеризуется высокой теплопроводностью и электропроводимостью, пластичностью и коррозионной стойкостью. Примеси снижают все эти свойства. В зависимости от содержания примесей различают следующие марки меди: М00 (99,99% Cu), М0 (99,97% Cu), М1 (99,9% Cu), М2 (99,7% Cu), М3 (99,5% Cu).

Холодная пластическая деформация (достигающая 90% и более) увеличивает прочность, твердость, предел упругости, но снижает пластичность и электрическую проводимость. Для снятия наклепа проводят отжиг при температуре 550 – 600 оС в восстановительной атмосфере, так как медь легко окисляется при нагреве.

По электропроводимости и теплопроводности медь занимает второе место после серебра.

Медь указанных марок поставляется в виде проката (проволоки, полос, прутков) либо в отожженном, либо в нагартованном (упрочненном) состоянии. Отожженную медь используют для обмоточных поводов и кабельных изделий, а нагартованную - для подвесных токонесущих и контактных проводов, коллекторных пластин.

Недостатки меди: высокая плотность, плохая обрабатываемость резанием и низкая жидкотекучесть.

Сохраняя положительные качества меди, медные сплавы обладают хорошими механическими, технологическими и антифрикционными свойствами. Повышая прочность медных сплавов, легирующие элементы практически не снижают, некоторые из них (Zn, Sn, Al) увеличивают пластичность. Относительное удлинение некоторых сплавов достигает 65%. Временное сопротивление разрыву большинства медных сплавов лежит в интервале 300 – 500 МПа, что соответствует низкоуглеродистым нелегированным сталям. И только бериллиевые бронзы после термической обработки достигают sв = 1100 - 1200 МПа.

По технологическим свойствам медные сплавы подразделяют на деформируемые (обрабатываемые давлением) и литейные. По способности упрочняться – на упрочняемые и не упрочняемые термической обработкой. По химическому составу медные сплавы подразделяют на две основные группы: латуни и бронзы.

 

4.6.1. Латуни

 

Латунями называются сплавы меди с цинком. Они бывают двойными(простые) и многокомпонентными (легированные). Двойные латуни маркируются буквой Л (латунь) и цифрами, показывающими среднее содержание меди в процентах. Латуни с содержанием меди 90% и более называются томпаком (например Л96), при 80 – 85% меди – полутомпаком (например Л80).

Повышение содержания цинка удешевляет латуни, улучшает их обрабатываемость резанием, способность прирабатываться и противостоять износу. При этом уменьшается теплопроводность и электрическая проводимость до 20 –50 % от характеристик меди.

Они выпускаются в основном в виде холоднокатаных полуфабрикатов: полос, лент, проволоки, листов, из которых изготавливают детали методом холодной вытяжки (радиаторные трубки, трубы, сильфоны). А также идут на изготовление деталей, не требующих высокой твердости (шайбы, втулки, уплотнительные кольца).

Латунь Л70 – называется гильзовая латунь и идет на изготовление снарядных гильз.

Легированные латуни, из за малой пластичности, выпускают в виде горячекатаных полуфабрикатов (листов, прутков, труб). Из них изготавливают также втулки, гайки, тройники, токопроводящие детали электрооборудования и др.

Литейные латуни, как правило, содержат большое количество цинка и легирующих элементов. Например литейная латунь ЛЦ40Мц3А содержит 40% цинка, 3% марганца, 1% алюминия.

Добавление кремния улучшает жидкотекучесть и свариваемость латуней. Кремнистые латуни (ЛК80-3) характеризуются высокой прочностью, пластичностью и вязкостью не только при нормальных температурах, но и при пониженных температурах ( до –183 оС). Они применяются для изготовления арматуры, деталей приборов в судостроении, подвергающихся воздействию морской воды.

Латунь марганцевожелезная ЛМцЖ55-3-1 (бронза Рюбеля) имеет sв > 500 МПа, d > 10%, НВ = 100 коррозионно-стойкая в морской воде. Применяется для изготовления валов, штоков и литья массивных деталей, в том числе гребных винтов и их лопастей.

Оловянистые латуни, имеющие высокую коррозионную стойкость, (ЛО70-1) называют морскими и широко применяются в морском и речном судостроении.

Сплав меди с никелем (15 – 20%) и цинком (20 – 30%) называется мельхиор.

 

4.6.2. Бронзы

 

Бронзами называются сплавы меди со всеми элементами кроме цинка. Они хорошо обрабатываются резанием, паяются, имеют хорошие литейные свойства. Оловянистые бронзы (БрО4Ц4С17) имеют самую низкую линейную усадку (0,8% при литье в землю и 1,4% при литье в металлические формы), поэтому они используются для получения сложных фасонных отливок. Высокая коррозионная стойкость в атмосферных условиях пресной и морской воде способствует их широкому применению для изготовления пароводяной арматуры, работающей под давлением.

Наряду с хорошей электрической проводимостью, коррозионной стойкостью и антифрикционностью деформируемые оловянистые бронзы (БрОЦС4-4-2,5) обладают высокими упругими свойствами и сопротивлением усталости. Их используют для изготовления круглых и плоских пружин в точной механике, электротехнике, химическом машиностроении.

Алюминиевые бронзы (БрА5) отличаются высокими механическими, антикоррозионными и антифрикционными свойствами. По сравнению с оловянистыми бронзами они имеют меньшую стоимость и более высокие механические свойства, однако усадка у нее выше, что следует учитывать при литье.

Добавление железа в алюминиевые бронзы повышает их прочность, твердость и антифрикционные свойства. Так бронза БрАЖ9-4 после термической обработки имеет твердость НВ 1750 – 1800.

Никель повышает технологичность и механические свойства алюминиево-железных бронз при обычных и повышенных температурах. Например, в отожженном (мягком) состоянии бронза БрАЖН10-4-4 имеет твердость НВ 1400 – 1600, после термической обработки твердость увеличивается до НВ 4000. Из алюминиево-железоникеливых бронз изготавливают детали, работающие в тяжелых условиях износа при повышенных температурах (до 400 – 500 оС): седла клапанов, направляющие втулки выпускных клапанов, части насосов и турбин, шестерни и др.

Бериллиевые бронзы содержат 1,9 – 2,6% бериллия и имеют после термической обработки sв > 1200 МПа. Например, бронзы БрБ2 и БрБ2,5, имеющие sв до 2000 МПа, используются для пружин и пружинящих деталей ответственного назначения, работающие в морской воде.

Кремнистые бронзы содержат до 3% кремния (БрКН1-3, БрКМц3-1). Они хорошо свариваются и паяются, литейные свойства у них хуже, чем у оловянистых, алюминиевых бронз и латуней. Кремнистые бронзы выпускают в виде лент, полос, прутков, проволоки. Их используют вместо более дорогих оловянистых бронз при изготовлении антифрикционных деталей, а также для замены бериллиевых бронз при производстве пружин, мембран и других деталей приборов, работающих в пресной и морской воде.

 

4.7. Контрольные вопросы.

 

1. Основными конструкционными легкими металлами являются

1. бериллий, алюминий, ванадий, вольфрам

2. магний, титан, вольфрам, уран

3. магний, бериллий, алюминий, титан

4. магний, бериллий, железо, вольфрам

5. алюминий, титан, вольфрам, молибден

 

2. Основными критериями при выборе конструкционных материалов с малой плотностью являются

1. временное сопротивление разрыву, твердость

2. удельная прочность, удельная жесткость

3. временное сопротивление разрыву, удельная жесткость

4. твердость, удельная прочность

5. твердость, удельная жесткость

 

3. Основными технологическими свойствами алюминия, которые обуславливают его область применения, являются

1. пластичность, твердость

2. твердость, прочность

3. пластичность, прочность

4. свариваемость, пластичность

5. свариваемость, твердость

 

4. Чистый алюминий имеет следующие характеристики

1. низкая плотность

2. высокая твердость

3. хорошую электропроводимость

4. высокую пластичность и коррозионную стойкость

5. высокая температура плавления

 

5. Соответствие между материалом и изделиями которые из них можно сделать

А. дуралюмины

Б. высокопрочные алюминиевые сплавы

В. спеченные алюминиевые порошки

Г. алюминий

Д. силумины

Е.

1. фольга

2. шпангоуты самолетов

3. литые корпусные детали

4. режущий инструмент

5. заклепки

6. лопатки турбин, работающие при температурах 300 – 500 оС

 

7. Чистый металлический магний применяется в

1. пиротехнике, химической промышленности, металлургии

2. пиротехнике, химической промышленности, строительстве

3. пиротехнике, химической промышленности, пищевой промышленности

4. пищевой промышленности, химической промышленности, строительстве

5. пиротехнике, пищевой промышленности, строительстве

 

8. Магниевые сплавы используются в самолетостроении при изготовлении

1. корпусов турбин

2. корпусов приборов

3. корпусов насосов и коробок передач

4. дверей кабин

5. лопаток турбин

 

9. Титановые сплавы по сравнению с алюминиевыми и магниевыми сплавами обладают

1. высокой удельной прочностью, жаростойкостью

2. высокой удельной прочностью

3. высокой удельной прочностью, жаростойкостью, коррозионной стойкостью

4. высокой удельной прочностью, коррозионной стойкостью

5. жаростойкостью, коррозионной стойкостью

 

10. Титан и его сплавы характеризуются следующими технологическими свойствами

1. хорошая свариваемость, хорошая деформируемость, хорошие литейные свойства, плохая обрабатываемость резанием

2. плохая свариваемость, плохая деформируемость, хорошие литейные свойства, плохая обрабатываемость резанием

3. хорошая свариваемость, плохая деформируемость, плохие литейные свойства, плохая обрабатываемость резанием

4. плохая свариваемость, хорошая деформируемость, плохие литейные свойства, плохая обрабатываемость резанием

5. плохая свариваемость, плохая деформируемость, плохие литейные свойства, хорошая обрабатываемость резанием

 

11. Изделия изготовленные из титановых сплавов могут работать в диапазоне температур

1. от криогенных до 50 – 100 оС

2. от -20 оС до 1000 оС

3. от -20 оС до +20 оС

4. от криогенных до 450 – 500 оС

5. от 0 оС до 450 – 500 оС

 

12. Недостатками бериллия являются

1. высокая стоимость, высокая удельная прочность, низкая технологичность

2. высокая удельная жесткость, токсичность, высокая удельная прочность

3. высокая стоимость, токсичность, низкая технологичность

4. высокая удельная прочность, токсичность, низкая технологичность

5. высокая стоимость, токсичность, высокая удельная прочность

 

13. Бериллий используется для изготовления

1. консолей крыльев, элеронов, тяг управления сверхзвуковых самолетов

2. элеронов, тяг управления сверхзвуковых самолетов, режущего инструмента

3. консолей крыльев, тяг управления сверхзвуковых самолетов, строительных конструкций

4. консолей крыльев, элеронов, сверхзвуковых самолетов, деталей машин

5. тяг управления сверхзвуковых самолетов, режущего инструмента, деталей машин

 

14. Технологические свойства меди

1. хорошо полируется и сваривается, плохо паяется и деформируется

2. хорошо полируется, паяется, сваривается, деформируется

3. плохо полируется, паяется, сваривается, деформируется

4. хорошо полируется и паяется, плохо сваривается и деформируется

5. плохо полируется и паяется, хорошо сваривается и деформируется

 

15. Чистая медь применяется для изготовления

1. строительных конструкций

2. проводников электрического тока

3. теплообменников

4. режущего инструмента

5. нагруженных конструкций

 

16. Медь поставляется в виде

1. медной стружки, листов, медной руды, труб, проволоки

2. медной руды, сортового проката, медной стружки, проволоки

3. прутков, листов, сортового проката, поковок, труб, проволоки

4. медной руды, сортового проката, поковок, труб, медной стружки

5. прутков, поковок, труб, медной руды, медной стружки

 

17. Латунью называется сплав меди и ###

 

18. Высокая пластичность латуни позволяет изготавливать из них методом холодной вытяжки

1. снарядные гильзы, болты, сильфоны, сверла

2. сверла, болты, сильфоны, гайки

3. радиаторные трубки, снарядные гильзы, трубопроводы, сильфоны

4. сверла, трубопроводы, сильфоны, болты

5. радиаторные трубки, сверла, сильфоны, болты

 

19. Сплав меди с любым легирующим элементом кроме цинка называется ###

 

20. Хорошие литейные свойства и коррозионная стойкость бронзы позволяют получать из нее методом литейной технологии

1. памятники

2. строительные конструкции

3. отливки сложной формы

4. колокола

5. станины станков

 

5. Материалы с особыми физическими и физико-механическими свойствами.

 

5.1. Припои

 

Припои – это сплавы, используемые при пайке металлов высокой проводимости, должны обеспечивать небольшое переходное сопротивление (сопротивление контакта).

Различают припои двух типов:

1. для низкотемпературной пайки, имеющие температуру плавления до 400 оС;

2. для высокотемпературной пайки с более высокой температурой плавления.

Для получения хорошего соединения припой должен иметь более низкую температуру плавления, чем металл подвергающейся пайке. В расплавленном состоянии припой должен хорошо смачивать поверхности. Температурные коэффициенты линейного расширения металла и припоя должны быть близки.

В приборостроении для низкотемпературной пайки используют оловянно-свинцовые, и оловянно-цинковые припои (ГОСТ21931 – 96).

Сплавы олова и свинца имеют хорошую жидкотекучесть, что обеспечивает качественное формирование шва и высокие механические свойства. Сплав эвтектического типа, содержащий 61% Sn и 39% Pb, имеет температуру плавления tпл.=183 оС и обозначается ПОС-61 (припой оловянно-свинцовый, содержащий 61% Sn). Применяют также доэвтектические сплавы ПОС-30, ПОС-40, ПОС-50 и заэвтектические ПОС-90. Число в маркировке указывает на содержание олова в сплаве.

Их применяют для пайки очень тонких проводов из меди и медных сплавов, а также в тех случаях, когда не допустим высокий нагрев в зоне пайки.

Сплавы олова и цинка также образуют диаграмму эвтектического типа. Наилучшим припоем является сплав ПОЦ-90, отвечающий эвтектическому составу (90% Sn, и 10% Zn). Этот сплав имеет самую низкую температуру плавления tпл.=199 оС из всех сплавов этой системы.

Сплавы ПОЦ-60, ПОЦ-70, ПОЦ-90 используют для пайки алюминия и его сплавов.

В тех случаях, когда требуется очень низкая температура нагрева (менее 100 оС), для пайки используют сплавы висмута со свинцом, оловом и кадмием. Но такие припои не обеспечивают высокой прочности соединения и отличаются повышенной хрупкостью.

 Припои для высокотемпературной пайки обеспечивают более прочные соединения, чем припои для низкотемпературной пайки, так как вследствие высокой температуры нагрева происходит взаимная диффузия элементов основного металла и припоя. Переходное электрическое сопротивление таких припоев ниже, чем низкотемпературных припоев.

В качестве высокотемпературных припоев используют медь, медно-цинковые и медно-фосфористые припои, а также припои, содержащие серебро.

Медно-цинковые припои (ГОСТ21737 – 96) ПМЦ-36, ПМЦ-48, ПМЦ-54 имеют в своем составе по 36, 48 и 54% меди соответственно, остальное цинк. Температура плавления их при увеличении содержания меди возрастает от 825 оС до 880 оС.

Применение медно-фосфористых припоев ПМФ7 (цифра указывает процентное содержание фосфора) позволяет вести пайку меди без флюса, что практически удобнее и проще.

Припои, содержащие серебро, очень технологичны, так как обладают хорошей растворимостью и смачиваемостью. Они пригодны для пайки любых металлов и сплавов, обеспечивают соединения с хорошими механическими свойствами и имеют невысокое переходное сопротивление. Кроме серебра, содержание которого указывает цифра в марке, припой содержит медь или медь с цинком. Например ПСр-72, ПСр-61, ПСр-45, содержат по 72, 61, и 45% серебра, остальное медь или медь с цинком. Температура плавления у них изменяется от 779 оС до 920 оС.

 

5.2. Антифрикционные материалы

 

Антифрикционные материалы предназначены для изготовления подшипников и опор скольжения, которые нашли широкое применение в современных машинах и приборах для обеспечения устойчивости к вибрациям и бесшумности работы. Главное свойство подшипникового материала – это антифрикционность т.е. способность материала обеспечивать низкий коэффициент трения скольжения. Это, в свою очередь, приводит к малой скорости изнашивания сопряженной детали (стального или чугунного вала).

Антифрикционность обеспечивают следующие свойства подшипникового материала:

1. высокая теплопроводность;

2. хорошая смачиваемость смазочным материалом;

3. способность образовывать на поверхности защитные пленки мягкого металла;

4. хорошая прирабатываемость.

Критериями для оценки работоспособности подшипниковых материалов являются коэффициент трения и допустимые нагрузочно-скоростные характеристики (давление, действующее на опору и скорость скольжения).

Для подшипников скольжения используют металлические материалы, неметаллы, комбинированные материалы и минералы (драгоценные и полудрагоценные камни, например рубин).

Металлические антифрикционные материалы по своей структуре подразделяют на два типа сплавов:

1. сплавы с мягкой матрицей и твердыми включениями;

2. сплавы с твердой матрицей и мягкими включениями.

Они предназначены для работы в режиме жидкостного трения, сочетающемся в реальных условиях эксплуатации с режимом граничной смазки.

К сплавам первого типа относятся баббиты и сплавы на основе меди (бронзы и латуни). Мягкая матрица в них обеспечивает не только защитную реакцию подшипникового материала на усиление трения и хорошую прирабатываемость, но и особый микрорельеф поверхности, улучшающий снабжение смазочным материалом участков трения и теплоотвод с них. Твердые включения на которые опирается вал, обеспечивают высокую износостойкость.

Баббиты – мягкие (НВ 300) антифрикционные сплавы на оловянистой или свинцовой основе. Баббиты на оловянистой основе маркируются буквой Б – баббит и цифрами, показывающими процентное содержание олова в сплаве, например: Б83 – содержит 83% олова, остальное сурьма и медь. Баббиты на свинцовой основе, например Б16 – содержит16% олова, остальное свинец, сурьма и медь. Свинец используется для замены дорогостоящего олова, хотя это и приводит к небольшому снижению эксплуатационных характеристик материала.

По антифрикционным свойствам баббиты превосходят все остальные сплавы, но значительно уступают им по сопротивлению усталости. В связи с этим они применяются только для тонкого (менее 1 мм) покрытия рабочей поверхности опоры скольжения.

Оловянистые баббиты из за высокого содержания дорогостоящего олова используют для подшипников ответственного назначения (дизелей, паровых турбин и т.п.), работающих при больших скоростях и нагрузках.

Оловянистые бронзы (например Бр10Ц2) применяют для изготовления монолитных подшипников скольжения турбин, электродвигателей, компрессоров, работающих при значительных давлениях и средних скоростях скольжения.

В последнее время бронзы широко используют как компоненты порошковых антифрикционных материалов или тонкостенных пористых покрытий, пропитанных твердыми смазочными материалами.

Латуни используют как более дешевый материал для замены бронз.

К сплавам второго типа относятся свинцовистая бронза БрС30, содержащая 30% свинца и алюминиевые сплавы с оловом. Мягкими составляющими в этих сплавах являются включения свинца или олова. В процессе эксплуатации при граничном трении на поверхность твердого вала переносится тонкая пленка этих мягких и легкоплавких металлов, которая защищает его от повреждений.

К сплавам второго типа относятся также серые, высокопрочные и антифрикционные чугуны. Роль мягкой составляющей в них выполняют включения графита. Их применяют для работы при значительных давлениях и малых скоростях скольжения. Марку чугуна выбирают так, чтобы его твердость была ниже твердости сопрягаемой стальной поверхности, это снижает износ последней.

Главным достоинством чугунов, является невысокая стоимость, а недостатками – плохая прирабатываемость и пониженная стойкость к воздействию ударных нагрузок.

Из неметаллических материалов для изготовления подшипников скольжения применяют пластмассы. Например текстолит, из него изготавливают подшипники прокатных станов, гидравлических машин, гребных винтов. Из полимеров наиболее часто применяют полиамиды (капрон, фторопласт). Они отличаются низким коэффициентом трения, высокой износостойкостью и коррозионной стойкостью.

Применение комбинированных материалов, состоящих из нескольких металлов и неметаллов, позволят получать самосмазывающиеся подшипники. Их получают методом порошковой металлургии, смешивая в заданных пропорциях порошки твердых материалов, являющихся основой, и мягких материалов, играющих роль смазки. Применяются сочетания: железо – графит, железо – медь, бронза – графит.

Естественные (агат), и искусственные (рубин, корунд) минералы применяют для миниатюрных подшипников скольжения – камневых опор. Их применяют в часах, гироскопах, прецезионных приборах и т.д. Главное достоинство таких опор – низкий и стабильный момент трения.

 

5.3. Фрикционные материалы

 

Фрикционные материалы применяют в тормозных устройствах и механизмах передающих крутящий момент. Они работают в тяжелых условиях изнашивания – при высоких давлениях (до 6 МПа), скоростях скольжения (до 40 м/с) и температуре возростающей почти мгновенно до 1000 оС. Такие материалы должны иметь высокий и стабильный в широком интервале температур коэффициент трения, минимальный износ, высокие теплопроводность и теплостойкость, хорошую прирабатываемость и достаточную прочность. Этим требованиям удовлетворяют многокомпонентные неметаллические и металлические материалы. Их производят в виде пластин или накладок, которые крепятся к стальным деталям, например дискам трения.

Из неметаллических материалов основными являются асбофрикционные материалы. В их состав входят связующие (смолы, каучук), наполнитель (асбест) и специальные добавки (металлы – для повышения теплопроводности, графит – для затруднения схватывания). Например ретинакс (ФК-24А), содержит 25% фенолформальдегидной смолы, 40% асбеста, 35% барита (BaSO4) для увеличения коэффициента трения, рубленную латунь и пластификатор. В паре со сталью ретинакс обеспечивает коэффициент трения 0,37 – 0,40. Его используют в тормозных механизмах самолетов, автомобилей и других машин.

Металлические спеченные материалы применяют при тяжелых режимах трения (tmax £ 1200 оС). Их производят на основе железа (ФМК-8 и ФМК-11) и меди (МК-5) с добавками асбеста, графита, оксида кремния для обеспечения стабильного коэффициента трения.

 

5.4. Контрольные вопросы.

 

1. Способность твердого тела сопротивляться деформации или разрушению под действием статических или динамических нагрузок называется - ###

 

2. Способность материала сопротивляться внедрению в него другого, не получающего остаточных деформаций, тела называется - ###

 

3. Твердые наконечники, используемые в приборах, для определения твердости

1. конус, призма, куб

2. пирамида, куб, призма

3. шарик, конус, пирамида

4. шарик, конус, призма

5. шарик, куб, призма

 

4. Соответствие характеристик металлов и сплавов и их обобщающего названия

А. плотность, температура плавления, электросопротивление

Б. обрабатываемость, деформируемость, свариваемость

В. прочность, пластичность, твердость

Г. взаимодействие с агрессивными средами

Д. жаропрочность, хладостойкость, антифрикционность

Е.

1. механические свойства

2. физические свойства

3. химические свойства

4. эксплуатационные свойства

5. литейные свойства

6. технологические свойства

 

5. Физическими свойствами металлов и сплавов являются

1. температура плавления

2. свариваемость

3. плотность

4. теплопроводность

5. литейные свойства

 

6. Параметры, определяющие область применения металлов и сплавов

1. физические свойства

2. механические свойства

3. маркировка

4. химические свойства

5. качество поверхности

 

7. Скорость коррозии металлов и сплавов определяет их

1. прочность и электропроводность

2. электропроводность и пластичность

3. пластичность и прочность

4. химическая активность и электропроводность

5. химическая активность и прочность

 

8. Коррозионно-стойкими являются следующие группы металлов и сплавов

1. золото, платина, титан

2. углеродистая сталь, золото, железо

3. углеродистая сталь, железо, алюминий

4. золото, платина, высокохромистая сталь

5. железо, углеродистая сталь, платина

 

9. Эксплуатационные свойства, определяющие условия работы машины или конструкции

1. коррозионная стойкость, хладостойкость, жаропрочность, жаростойкость, антифрикционность

2. свариваемость, хладостойкость, литейные свойства, жаростойкость, твердость

3. коррозионная стойкость, свариваемость, жаропрочность, жидкотекучесть, прочность

4. пластичность, хладостойкость, жидкотекучесть, жаростойкость, свариваемость

5. усадка, хладостойкость, свариваемость, пластичность, жидкотекучесть

 

10. Способность сплава сохранять механические свойства при повышенных температурах называется - ###

 

11. Способность сплава сопротивляться окислению в газовой среде при повышенных температурах называется

1. антифрикционность

2. коррозионная стойкость

3. хладостойкость

4. жаропрочность

5. жаростойкость

 

12. Кристаллическими телами являются

1. металлы

2. пластмассы

3. стекла

4. сплавы металлов

5. керамика

 

13. Способность металлов в твердом состоянии при различных температурах иметь различные типы кристаллических решеток называется - ###

 

14. Линейный дефект кристаллического строения называется - ###

 

15. Преимущественное использование в промышленности находят

1. чистые металлы

2. неметаллы

3. сплавы металлов с металлами или неметаллами

4. сплавы металлов с металлами

5. сплавы металлов с неметаллами

 

16. Сплавы, используемые при пайке металлов высокой проводимости, называется - ###

17. Металлические антифрикционные материалы по своей структуре подразделяют на сплавы с:

1. мягкой матрицей и твердыми включениями

2. твердой матрицей и мягкими включениями

3. твердой матрицей и твердыми включениями

4. мягкой матрицей и мягкими включениями

5. жидкой матрицей и мягкими включениями

 

18. Антифрикционными материалами являются:

1. баббиты

2. рубин

3. титан

4. бронзы

5. чугуны

 

19. Фрикционные материалы используются в:

1. тормозных устройствах

2. парах трения

3. подшипниках скольжения

4. химической промышленности

5. атомной энергетике

 

20. Основными требованиями к фрикционным материалам являются:

1. пластичность

2. теплопроводность

3. низкий коэффициент трения

4. износостойкость

5. высокий коэффициент трения

 


Содержание отчёта.

Отчет по расшифровке обозначений машиностроительных материалов с указанием их химических составов, краткой характеристики и области применения сплавов выполняется в виде таблицы.

 

  Заданная марка сплава Наименование материала с указанием его качества (если возможно)   Химический состав сплава (по марке) Характеристика сплава Область применения сплава
20пс   Сталь качественная полуспокойной разливки   0,2% С; до 0,04% S; до 0,035% P; 0,8% Mn; 0,35% Si; остальное Fe. Сталь пластичная, сравнительно мало прочная, хорошо работает на ударные нагрузки. Широко применяется для строительных металлоконструкций и изделий, работающих при переменных и ударных нагрузках. Сварные металлоконструкции.
10Х18Н9Т-ВД Сталь хромоникелевая, высоколегированная, особо высококачественная, подвергнутая вакуумно-дуговому переплаву. 0,1% С; 18% Cr; 9% Ni; 1% Ti; остальное Fe   Нержавеющая сталь, хорошо работающая при повышенных температурах (до 550°C), не магнитная, кислотостойкая.   Для изготовления ответственных деталей и сварных конструкций, работающих при повышенных температурах или в агрессивных средах в атомной и химической промышленности.
КЧ37-12   Ковкий чугун C > 2% Чугун с пределом прочности на растяжение σв = 370 МПа и относительным удлинением δ = 12%. Для изготовления литых изделий, работающих при умеренных динамических нагрузках.  
ВК6-ОМ Твёрдый сплав 6% Co; 94% WC Инструментальный материал, особомелкозернистый. Красностойкость до 950°С. Режущие пластины для высокоскоростной обработки различных материалов. Имеет высокую себестоимость.
БрОЦС6-6-3 Бронза (оловянистая бронза) 6% Sn; 6% Zn; 3% Pb; остальное Cu Хорошо противостоит коррозии, имеет малый коэффициент трения, хороший литейный материал. Антифрикционные детали (работающие в условиях трения).

 


Список использованной литературы:

 

1. Гуляев А.П. Металловедение. Учебник для вузов. – М.: Металлургия, 1986. – 544 с.

2. Геллер Ю.А. Инструментальные стали. – М.: Металлургия, 1975. – 584 с.

3. Материаловедение: Учебник для высших технических учебных заведений. Б.Н. Арзамасов, И.И. Сидорин, Г.Ф. Косолапов и др.; Под общ. ред. Б.Н. Арзамасова. – 2-е изд., испр. И доп. – М.: Машиностроение, 1986. – 384 с.

4. Металловедение и термическая обработка стали: Справ. изд. – 3-е изд. перераб. и доп. В 3-х т. т.1. Методы испытаний и исследований / Под ред. Бернштейна М.Л., Рахштадта Л.Г. М.: Металлургия, 1983. – 352 с.

5. Технология конструкционных материалов: Учебник для машиностроительных специальностей вузов / А.М. Дальский, И.А. Арутюнова, Т.М. Барсукова и др.; Под общ. ред. А.М. Дальского. – 2-е изд., перераб. и доп. – М .: Машиностроение, 1985. – 448 с.

6. Слесарь инструментальщик: Учебн. Пособие для СПТУ / Н.П. Малевский, Р.К. Мещеряков, О.Ф. Полтавец – М. Высш шк., 1987. – 304 с.

 

 


Дата добавления: 2021-03-18; просмотров: 74; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:




Мы поможем в написании ваших работ!