Износостойкие (антифрикционные ) чугуны

Обозначают сочетанием букв АЧС, АЧК, АЧВ. Буквы С, К, В обозначают вид чугуна: серый, ковкий, высокопрочный. Цифра обозначает номер чугуна.

Для легирования антифрикционных чугунов применяют хром, никель, медь, титан.

Жаростойкие и жаропрочные чугуны

Обозначают набором заглавных букв русского алфавита и следующими за ними букв. Буква «Ч» - чугун.

Буква «Ш», стоящая в конце марки означает шаровидную форму графита. Остальные буквы означают легирующие элементы, а числа, слежующие за ними, соответствуют их процентному содержанию в чугуне.

Жаростойкте чугуны применяют для изготовления деталей контактных аппаратов химического оборудования, работающих в газовых средах при температуре 900-11000 С.

Коррозионностойкие чугуны

Короозионностойкие чугуны обладают высокой стойкостью в газовой, воздушной и щелочных средах.Их применяют для изготовления деталей узлов трения, работающих при повышенных температурах.

Примеры обозначения и расшифровки

1. СЧ15 – серый чугун, временное сопротивление при растяжении 150Мпа.

2. КЧ45-7 – ковкий чугун, временное сопротивление прирастяжении 450Мпа, относительное удлинение 7%.

3. ВЧ70 – высокопрочный чугун, временное сопротивление при растяжении 700 МПА

4. АЧВ – 2 – антифрикционный высокопрочный чугун, номер 2.

5. ЧН20Д2ХШ – жаропрочный высоколегированный чугун, содержащий никеля 20%, 2% меди, 1% хрома, остальное – железо, углерод, форма графита – шаровидная

6. ЧС17 – коррозионностойкий кремниевый чугун, содержащий 17% кремния, остальное –железо, углерод.

Стали

Сталь - сплав железа с углеродом, содержащий углерода не более 2,14 %, а также ряд других элементов.

Классификация

Для правильного прочтения марки необходимо учитывать ее место в классификации стали по химическому составу, назначению, качеству, степени раскисления

По химическому составу стали подразделяют на углеродистые и легированные.

Стали по назначению делят на конструкционные, инструментальные и стали специального назначения с особыми свойствами.

Стали по качеству классифицируют на стали обыкновенного качества, качественные, высококачественные и особо высококачественные.

Классификация по степени раскисления.Стали по степени раскисления классифицируют на спокойные, полуспокойные и кипящие.

Конструкционные стали– стали, предназначенные для изготовления различных деталей, узлов механизмов и конструкций.

Инструментальные стали– стали, применяемые для обработки материалов резанием или давлением, а также для изготовления измерительного инструмента

Специальные стали— это высоколегированные (свыше 10%) стали, обладающие особыми свойствами - коррозионной стойкостью, жаро-стойкостью, жаропрочностью, износостойкостью и др.

Углеродистые стали

К углеродистым сталям относят стали, не содержащие специально введенные легирующие элементы.

Конструкционные углеродистые стали

Стали углеродистые обыкновенного качества (сталь с достаточно высоким содержанием вредных примесей S и P) обозначают согласно ГОСТ 380-94.

Эти наиболее широко распространенные стали поставляют в виде проката в нормализованном состоянии и применяют в машиностроении, строительстве и в других отраслях.

Углеродистые стали обыкновенного качества обозначают буквами Ст и цифрами от 0 до 6. Цифры—это условный номер марки. Чем больше число, тем больше содержание углерода, выше прочность и ниже пластичность.

Перед символом Ст. указывают группу гарантированных свойств: А, Б, В. Если указание о группе отсутствует, значит предполагается группа А. Например, СТ3; БСт4; ВСт2.

Сталь обыкновенного качества выпускается также с повышенным содержание марганца (0,8-1,1% Mn)/ В этом случае после номера марки добавляется буква Г. Например, БСТ3Гпс.

После номера марки стали указывают степень раскисления: кп - кипящая, пс - полуспокойная, сп - спокойная сталь. Например, ВСт3пс.

Примеры обозначения и расшифровки

1. БСТ2кп –сталь конструкционная углеродистая обыкновенного качества, группы Б, поставляемая с гарантированным химическим составом, номер 2, кипящая.

2. СТ5Гпс –сталь конструкционная обыкновенного качества , группы , поставляемая с гарантированными механическими свойствами, номер 5, содержание марганца до 1%, полуспокойная.

3. ВСт3сп- сталь конструкционная углеродистая обыкновенного качества, группы В, поставляемая с гарантированным химическим составом и механическими свойствами, номер 3, спокойная.

Обозначение углеродистых качественных конструкционных сталей

Качественная конструкционная сталь – сталь с заметно меньшим содержанием серы, фосфора и других вредных примесей. Обозначается согласно ГОСТ 1050-88.

Сталь маркируют двузначными числами, которые обозначают содержание углерода в сотых долях процента, и поставляют с гарантированными показателями химического состава и механических свойств. По степени раскисления сталь подразделяют на кипящую (кп), полуспокойную (пс), спокойную (без указания индекса). Буква Г в марках сталей указывает на повышенное содержание марганца (до 1%).

Примеры обозначения и расшифровки

1. Сталь 05кп –сталь конструкционная низкоуглеродистая, качественная, содержащая углерода 0,05%, кипящая.

2. Сталь 25 - сталь конструкционная низкоуглеродистая, качественная, содержащая углерода 0,25%, спокойная.

3. Сталь 60Г - сталь конструкционная среднеуглеродистая, качественная, содержащая углерода 0,6%, марганца 1%, спокойная.

Автоматные стали. Обозначение автоматных сталей

По ГОСТ 1414-75 эти стали маркируют буквой А и цифрами, показывающими среднее содержание углерода в сотых долях процента.

Применяют следующие марки автоматной стали: А12,А20, АЗО, А40Г. Из стали А12 готовят неответственные детали, из стали других марок — более ответственные детали, работающие при значительных напряжениях и повышенных давлениях. Сортамент автоматной стали предусматривает изготовление сортового проката в виде прутков круглого, квадратного и шестигранного сечений. Эти стали не применяют для изготовления сварных конструкций.

Котельные стали. Стали листовые для котлов и сосудов, работающих под давлением, применяют для изготовления паровых котлов, судовых топок, камер горения газовых турбин и других деталей. Они должны работать при переменных давлениях и температуре до 450"С. Кроме того, котельная сталь должна хорошо свариваться. Для получения таких свойств в углеродистую сталь вводят технологическую добавку (титан) и дополнительно раскисляют ее алюминием. Выпускают следующие марки углеродистой котельной стали 12К, 15К, 16К, 18K.20K.22Kc содержанием в них углерода от 0,08 до 0,28%. Эти стали поставляют в виде листов с толщиной до 200 мм и поковок в состоянии после нормализации и отпуска.

Примеры обозначения и расшифровка

АС12ХН – сталь автоматная легированная, низкоуглеродистая, содержащая 0,12 % углерода, 1% хрома и никеля.

Инструментальные углеродистые стали

Обозначение инструментальных углеродистых сталей

Инструментальный углеродистые стали маркируют в соответствии с ГОСТ 1435-90.

Инструментальные углеродистые стали выпускают следующих марок: У7.У8ГА.У8Г, У9, У 10, У 11, У 12 и У 13. Цифры указывают на содержание углерода в десятых долях процента. Буква Г после цифры означает, что сталь имеет повышенное содержание марганца. Марка инструментальной углеродистой стали высокого качества имеет букву А.

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 - сталь инструментальная, высокоуглеродистая, содержащая 0,9% углерода, высококачественная.

Легированные стали

Легированной называют сталь со специально введенным одним или более легирующим элементом.

Обозначение легированных сталей

Легированные стали маркируются комбинацией цифр и заглавных букв алфавита. В обозначении нет слова «сталь» или символа «Ст». Например, 40Х, 38ХМ10А, 20Х13. Первые две цифры обозначают содержание углерода в сотых долях процента. Следующие буквы являются сокращенным обозначением элемента. Цифры, стоящие после букв, обозначают содержание этого элемента в целых процентах. Если за буквой не стоит цифра, значит содержание этого элемента до 1%.

Таблица 4. – Обозначение элементов.

Для изготовления измерительных инструментов применяют X, ХВГ.

Стали для штампов: 9Х, Х12М, 3Х2Н8Ф.

Стали для ударного инструмента: 4ХС, 5ХВ2С.

Легированные стали с особыми свойствами.

1. Коррозионностойкие стали.

Коррозионностойкой (или нержавеющей) называют сталь, обладающую высокой химической стойкостью в агрессивных средах. Коррозионностойкие стали получают легированием низко- и среднеуглеродистых сталей хромом, никелем, титаном, алюминием, марганцем. Антикоррозионные свойства сталям придают введением в них большого количества хрома или хрома и никеля. Наибольшее распространение получили хромистые и хромоникелевые стали.

Например, хромистые стали 95Х18, 30Х13, 08Х17Т.

Хромоникелевые нержавеющие имеют большую коррозийную стойкость, чем хромистые стали, обладают повышенной прочностью и хорошей технологичностью в отношении обработки давлением.

Например, 12Х18Н10Т, 08Х10Н20Т2.

2. Жаростойкие обладают стойкостью против химического разрушения в газовых средах, работающие в слабонагруженном состоянии.

3. Жаропрочные стали – это стали, способные выдерживать механические нагрузки без существенных деформаций при высоких температурах. К числу жаропрочных относят стали, содержащие хром, кремний, молибден, никель и др.

Например, 40Х10С2М, 11Х11Н2В2МФ.

4. Износостойкие – стали, обладающие повышенной стойкостью к износу: шарикоподшипниковые, графитизированные и высокомарганцовистые.

Особенности обозначения подшипниковых сталей.

Маркировка начинается с буквы Ш, цифра, стоящая после буквы Х, показывает содержание хрома в десятых долях процента.

Маркировка начинается с буквы Ш, цифра, стоящая после буквы Х, показывает содержание хрома в десятых долях процента.

Например, ШХ9, ШХ15ГС.

Примеры обозначения и расшифровки

1.40ХГТР – сталь конструкционная, легированная, качественная, содержащая 0,4% углерода и по 1% хрома, марганца, титана, бора, остальное- железо и примеси.

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

3. ХВГ - сталь конструкционная, легированная, качественная, содержащая 1% углерода и по 1% хрома, марганца, остальное – железо и примеси.

4. ШХ15 – сталь подшипниковая, инструментальная, качественная, содержащая 1% углерода, 1,5% хрома, остальное-железо.

5. Р10К5Ф5 – сталь быстрорежущая, инструментальная, качественная, содержащая 1% углерода, 10 % вольфрама, 5% кобальта, 5% ванадия, остальное-железо

Контрольные вопросы

1. В чем отличие ВЧ35 от СЧ35?

2. Какова цель легирования чугунов?

3. Может ли ковкий чугун быть антифрикционным?

4. Почему жаростойкий чугун может быть одновременно и коррозионностойким? Примеры маркировки.

5. Чем чугун отличается от стали?

6. Что такое сталь?

7. Как маркируют углеродистые стали обыкновенного качества?

8. Может ли Сталь 45 иметь индекс «кп» и группу Б? Дайте название этой стали

9. Что такое У8, У8А?

10. Является ли сталь Р6М5 высоколегированной и почему? Дайте название этой стали.

11. Какие стали относят к легированным сталям с особыми свойствами?

12. Сравните сталь А20 и 10.

13. Для чего стали легируют хромом, никелем?

14. Может ли сталь быть без примесей?

15. Как маркируют углеродистые конструкционные качественные стали?

Занятие 24. Практическая работа № 4(часть 2): «Расшифровка марок конструкционных материалов». Сплавы цветных металлов.

1.Цель работы:
1.1. Закрепить знания по условному обозначению марок сплавов на основе цветных металлов согласно ГОСТ;
1.2. Закрепить знания по определению основных свойств сплавов на основе цветных металлов в соответствии с маркировкой и химическим составом
2.Пояснение к работе
Деформируемые сплавы.
К неупрочняемым термической обработкой относятся сплавы:
- алюминия с марганцем марки АМц;
- алюминия с магнием марок АМг; АМгЗ, АМг5В, АМг5П, АМг6.
Из них изготовляют бензиновые баки, проволоку, заклепки, а также сварные резервуары для жидкостей и газов, детали вагонов.
В группе деформируемых алюминиевых сплавов, упрочняемых термической обработкой, различают сплавы:
• нормальной прочности;
• высокопрочные сплавы;
• жаропрочные сплавы;
• сплавы для ковки и штамповки.
Сплавы нормальной прочности.

К ним относятся сплавы системы Алюминий + Медь + Магний (дуралюмины), которые маркируются буквой Д. Дюралюмины (Д1, Д16, Д18) характеризуются высокой прочностью, достаточной твердостью и вязкостью. Для упрочнения сплавов применяют закалку с последующим охлаждением в воде. Дуралюмины широко используются в авиастроении: из сплава Д1 изготовляют лопасти винтов, из Д16 – несущие элементы фюзеляжей самолетов, сплав Д18 – один из основных заклепочных материалов.
Высокопрочные сплавы алюминия (В93, В95, В96) относятся к системе Алюминий+Цинк+Магний+Медь. В качестве легирующих добавок используют марганец и хром, которые увеличивают коррозионную стойкость и эффект старения сплава. Для достижения требуемых прочностных свойств, сплавы закаливают с последующим старением. Из этих сплавов изготовляют высоконагруженные наружные конструкции в авиастроении – детали каркасов, шасси и обшивки.
Жаропрочные сплавы алюминия (АК4-1, Д20) имеют сложный химический состав, легированы железом, никелем, медью и другими элементами. Детали из жаропрочных сплавов используются после закалки и искусственного старения и могут эксплуатироваться при температуре до 300°С.
Сплавы для ковки и штамповки (АК2, АК4, АК6, АК8) относятся к системе Алюминий+Медь+Магний с добавками кремния. Сплавы применяют после закалки и старения для изготовления средненагруженных деталей сложной формы (АК6) и высоконагруженных штампованных деталей – поршни, лопасти винтов, крыльчатки насосов и др.
Литейные сплавы.

Для изготовления деталей методом литья применяют алюминиевые сплавы систем Al-Si, Al-Cu, Al-Mg. Для улучшения механических свойств сплавы легируют титаном, бором, ванадием. Главным достоинством литейных сплавов является высокая жидкотекучесть, небольшая усадка, хорошие механические свойства.

Медь и ее сплавы
Латуни – сплавы меди, а которых главным легирующим элементом является цинк. В зависимости от содержания легирующих компонентов различают:
-простые (двойные) латуни;
-многокомпонентные (легированные) латуни.
Простые латуни маркируют буквой «Л» и цифрами, показывающими среднее содержание меди в сплаве.
Например, сплав Л90 – латунь, содержащая 90 % меди, остальное – цинк.
В марках легированных латуней группы букв и цифр, стоящих после них, обозначают легирующие элементы и их содержание в процентах.
Например, сплав ЛАНКМц75-2-2,5-0,5-0,5 – латунь алюминиевоникелькремнистомарганцевая, содержащая 75 % меди, 2 % алюминия, 2,5 % никеля, 0,5 % кремния, 0,5 % марганца, остальное – цинк.
В зависимости от основного легирующего элемента различают алюминиевые, кремнистые, марганцевые, никелевые, оловянистые, свинцовые и другие латуни.
Бронзы – это сплавы меди с оловом и другими элементами (алюминий, марганец, кремний, свинец, бериллий). В зависимости от содержания основных компонентов, бронзы делятся на:
оловянные, главным легирующим элементом которых является олово;
безоловянные (специальные), не содержащие олова.
Бронзы маркируют буквами «Бр» и буквенные индексы элементов, входящих в состав. Затем следуют цифры, обозначающие среднее содержание элементов в процентах (цифру, обозначающую содержание меди в бронзе, не ставят).
Например, сплав марки БрОЦС5-5-5 означает, что бронза содержит олова, свинца и цинка по 5 %, остальное – медь (85 %).
Деформируемые оловянные бронзы содержат до 8 % олова. Эти бронзы используют для изготовления пружин, мембран и других деформируемых деталей.
Литейные бронзы содержат свыше 6 % олова, обладают высокими антифрикционными свойствами и достаточной прочностью; их используют для изготовления ответственных узлов трения (вкладыши подшипников скольжения).
Специальные бронзы включают в свой состав алюминий, никель, кремний, железо, бериллий, хром, свинец и другие элементы. В большинстве случаев название бронзы определяется основным легирующим компонентом.
Химические элементы, используемые при легировании, обозначают в марках медных сплавов следующими индексами

1. А- алюминий; 9. З- золото 17. О -олово
2. Вм- вольфрам 10. К- кобальт 18. С- свинец
3. В- висмут; 11. К- кремний 19. Сн- селен
4. В- Ванадий 12. Мг- магний 20. Ср- серебро
5. Км- кадмий; 13. Мц- марганец 21. Су- сурьма
6. Гл- галлий; 14. М- медь 22. Ти- титан
7. Г- германий 15. Мш- мышьяк 23. Ф- фосфор;
8. Ж- Железо 16. Н- никель 24. Ц- цинк.

3.Задание
3.1. Прочитайте краткие теоретические сведения.
3.2. Перечертите таблицу № 1на чистый лист бумаги.
3.2. Перепишите из таблицы №1 столбец варианта, заданного преподавателем (5 позиций).
3.3. В соответствующей графе позиции таблицы № 1 расшифруйте условное буквенное и цифровое обозначение заданных марок сплавов.
3.4. Укажите 2 наименования деталей автомобиля, изготовленных из заданных марок сплавов.
3.5. Письменно ответьте на контрольные вопросы
3.5.1. Как классифицируются латуни?
3.5.2. Как классифицируются бронзы?
3.5.3. Как классифицируются алюминиевые сплавы?
4.Содержание отчета.
Отчёт должен содержать
4.1. Дату проведения практической работы
4.2. Название практической работы.
4.3. Заполненную таблицу № 1
4.4.Ответы на контрольные вопросы.

Занятие 25. Практическая работа № 5: «Выбор материала для изготовления деталей».

Цель работы:
1.Закрепить знания основных свойств машиностроительных материалов (конструкционных, технологических и эксплуатационных).
2. Закрепить знания по определению необходимых свойств материалов для изготовления конкретных деталей в зависимости от назначения и выполняемых функций.
Пояснение к работе
Краткие теоретические сведения.
Физико-механические свойства конструкционных материалов подразделяются на:
-конструкционные;
-технологические;
-эксплуатационные.
Конструкционные свойства определяют прочность и долговечность машины ее узлов и деталей, к ним относятся:
Прочность — это способность конструкции сопротивляться разрушению при действии на нее внешних сил (нагрузок).
Жесткость — способность элемента конструкции сопротивляться деформации.
Упругость — это способность твердого деформируемого тела восстанавливать свою форму и объем после прекращения действия внешних нагрузок.
Пластичность — это свойство твердого деформируемого тела до разрушения необратимо изменять свою форму и объем от действия внешних сил.
Твердость – способность материала оказывать сопротивление деформированию и разрушению при местных контактных воздействиях.
Вязкость — это свойство оказывать сопротивление за счет трения происходящего при перемещении элементарных частиц тела относительно друг друга в процессе деформирования. Отметим,
Ползучесть — это явление, характеризующее изменения во времени величин деформаций и напряжений в теле при действии статических нагрузок.
Выносливость — это явление, которое характеризуется чувствительностью и изменениями прочностных свойств материалов в зависимости от числа циклов нагружения.
Ударная вязкость характеризует надежность материала, его способность сопротивляться хрупкому разрушению
Эксплуатационные свойства характеризуют способность материала работать в конкретных условиях, к ним относятся
износостойкость – способность материала сопротивляться поверхностному разрушению под действием внешнего трения;
коррозионная стойкость – способность материала сопротивляться действию агрессивных кислотных и щелочных сред;
жаростойкость – способность материала сопротивляться окислению в газовой среде при высокой температуре;
жаропрочность – это способность материала сохранять прочность и твердость при высоких температурах;
хладостойкость– способность материала сохранять пластические свойства при отрицательных температурах;
антифрикционность – способность материала прирабатываться к другому материалу.
Технологические свойства характеризуют способность материала подвергаться различным способам холодной и горячей обработки.
Технологические свойства позволяют производить формоизменяющую обработку и получать заготовки и детали машин, к ним относятся:
Литейные свойства определяются способностью расплавленного металла или сплава к заполнению литейной формы (жидкотекучесть), степенью химической неоднородности по сечению полученной отливки (ликвация), а также величиной усадки – сокращением линейных размеров при кристаллизации и дальнейшем охлаждении.
Способность материала к обработке давлением – это способность материала изменять размеры и форму под влиянием внешних нагрузок не разрушаясь (обработка без снятия стружки). Листовой материал испытывают на перегиб и вытяжку сферической лунки. Проволоку испытывают на перегиб, скручивание, на навивание. Трубы испытывают на раздачу, сплющивание до определенной высоты и изгиб. Критерием годности материала является отсутствие дефектов после испытания.
Свариваемость – это способность материала образовывать неразъемные соединения требуемого качества при сварке.
Обрабатываемость резанием – характеризует способность материала поддаваться обработке режущим инструментом. Технологические свойства часто определяют выбор материала для конструкции.
При выборе материала для создания конструкции необходимо учитывать конструкционные, технологические и эксплуатационные свойства.
Содержание отчета.
1. Прочитайте краткие теоретические сведения.
2. Ознакомьтесь с заданным вариантом задания.

3. Проанализируйте условия работы детали.

4. Сформулируйте требования к свойствам материала детали.

5. Выберите материал для изготовления детали.

6. Заполните таблицу.

7. Письменно ответьте на контрольные вопросы.

Цель:Сформировать понимание строения чугунов, их разновидности и причину различия свойств.