Лекц Т К М 2014г
.pdfпроизводятся также высококачественные стали. В этом случае, как и в углеродистой стали, в конце марки ставится буква «А», обозначающая высококачественную сталь, т.е. сталь, в которой содержится значительно меньше серы и фосфора (не более 0,025%), например, 30ХГСА. Для пояснения расшифруем некоторые марки. Например, сталь 12Х2Н4А – хромоникелевая высококачественная сталь с содержанием 0,12% С, 2% Cr, 4% Ni. Сталь марки ХВ5 – хромовольфрамовая сталь с содержанием углерода 1%, хрома 1%, вольфрама 5%.
В инструментальных сталях вначале, как правило, ставиться одна цифра, показывающая содержание углерода в десятых долях процента, например, 7ХФ, 3Х2В8Ф. Если углерода не более 1%, то вначале цифра не ставиться, например, ХГ, ХВГ. Исключение из этого правила составляют две марки: 11ХФ и 13Х.
Стали с особыми свойствами (жаростойкие, жаропрочные, коррозионно-стойкие нержавеющие) маркируются точно также как конструкционные легированные стали, например, 08Х13, 12Х17,
12Х18Н10Т, 40Х10С2М.
Следует отметить, что суммарная доля легирующих элементов в сталях с особыми свойствами в большинстве случаев значительно превышает 10%
Указанная система маркировки охватывает большинство легированных сталей. Исключение составляют некоторые группы сталей, которые дополнительно обозначаются буквой: Р – быстрорежущие, Е – магнитные, Ш
– шарикоподшипниковые, Э – электросталь.
11.8. Строительные стали
Низколегированные конструкционные стали широко применяются в строительстве и машиностроении для изготовления горячекатаного проката различных профилей, предназначенных для сварных конструкций и содержат легирующих элементов до 5%. По сравнению с углеродистыми сталями эти
111
стали обладают повышенной прочностью, износостойкостью, пластичностью при низких температурах, коррозионной стойкостью и хорошей свариваемостью. В соответствии с ГОСТ 277-88 в зависимости от механических свойств (не принимая во внимание химический состав) эти стали подразделяются на классы: стали обычной прочности, повышенной прочности и высокой прочности.
Классы строительных сталей
Класс прочности |
Предел текучести |
Марка стали по |
|
σ0,2, МПа |
ГОСТ и ТУ |
|
|
|
|
Обычная прочность |
|
|
|
|
С235 |
235 |
Ст3кп, Ст18кп |
|
|
|
С245 |
245 |
Ст3пс, Ст18пс |
|
|
|
С255 |
255 |
Ст3Гпс, Ст18пс |
|
|
|
С275 |
275 |
Ст3пс |
|
|
|
С285 |
285 |
Ст3сп, Ст3Гсп |
|
|
|
|
Повышенная прочность |
|
|
|
|
С345 |
345 |
09Г2С, 12Г2С, 14Г2 |
|
|
|
С345Т |
345 |
15ХСНД, Ст3псТ |
|
|
|
С345К |
345 |
10ХНДП |
|
|
|
С375, С375Д |
375 |
12Г2С, 12Г2СД |
|
|
|
С390, С390Т |
390 |
14Г2АФ, 10Г2С1 |
|
|
|
С390К |
390 |
15Г2АФД |
|
|
|
|
Высокая прочность |
|
|
|
|
С440 |
440 |
16Г2АФ |
|
|
|
С590 |
590 |
12Г2СМФ |
|
|
|
С590К |
590 |
12Н2МФАЮ |
|
|
|
11.9. Стали для подшипников
112
Конструктивные элементы подшипников (кольца, ролики и шарики) работают в условиях высоких контактных деформаций, которые требуют от стали высокой твердости, износостойкости и сопротивляемости контактной усталости (фреттингстойкости). В качестве шарикоподшипниковой стали часто применяют углеродистые (1% С) хромистые стали, а для массивных подшипников добавляют повышенное (до 1%) количество марганца и кремния, получая, например, хромомарганцевую сталь.
Стали для подшипников поставляются по ГОСТ 801-78. Особенностью маркировки сталей для подшипников является
обозначение их буквой «Ш» в начале марки, далее ставится буква «Х», обозначающая основной легирующий элемент – хром, следующая затем цифра показывает содержание хрома в десятых долях процента.
Состав и назначение шарикоподшипниковой стали.
Марка |
|
Химический состав в % |
|
Назначение |
||||
стали |
|
|
|
|
|
|
|
|
C |
|
Mn |
Si |
|
Cr |
шарики |
ролики |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
диаметр в мм |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ШХ6 |
1,05-1,15 |
|
0,2-0,4 |
0,17-0,37 |
|
0,4-0,7 |
до 13,5 |
до 10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ШХ9 |
1,0-1,1 |
|
0,2-0,4 |
0,17-0,37 |
|
0,9-1,2 |
13,5-22,5 |
10-15 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ШХ15 |
0,95-1,05 |
|
0,2-0,4 |
0,17-0,37 |
|
1,3-1,65 |
более22,5 |
15-30 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ШХ15СГ |
0,95-1,05 |
|
0,9-1,2 |
0,4-0,65 |
|
1,3-1,65 |
- |
более 30 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
11.10. Быстрорежущие стали
Быстрорежущие стали применяется для изготовления режущей части многих обрабатывающих инструментов. Она в отличие от других инструментальных сталей обладает высокой теплостойкостью (красностойкостью), т.е. способностью сохранять свою структуру, высокую твердость, прочность и износостойкость при повышенных температурах (620°С), возникающих в области режущей кромки инструмента.
113
Красностойкость быстрорежущей стали придает вольфрам, являющийся основным легирующим элементом.
Маркируется быстрорежущая сталь буквой «Р». Цифра, стоящая за буквой «Р», показывает среднее содержание вольфрама в целых процентах; затем среднее содержание других легирующих элементов, например, ванадия «Ф», кобальта «К». Все быстрорежущие стали содержат около 1% углерода.
Классическим примером быстрорежущей стали является чисто вольфрамовая сталь Р9, Р18. Однако вольфрам имеет достаточно высокую стоимость. Поэтому его в стали частично заменяют более дешевым аналогом
– молибденом Мо, например, Р6М5 и дополнительно легируют кобальтом, например Р6М5К5.
Поставляются быстрорежущие стали по ГОСТ 19265-73. Химический состав быстрорежущих сталей, % (ГОСТ 9373-60)
Сталь |
C |
Cr |
W |
V |
Co |
Mo |
|
|
|
|
|
|
|
Р18 |
0,7-0,8 |
3,8-4,4 |
17,5-19,0 |
1,0-1,4 |
- |
0,3 |
|
|
|
|
|
|
|
Р9 |
0,85-0,95 |
3,8-4,4 |
8,5-10, |
2,0-2,6 |
- |
0,3 |
|
|
|
|
|
|
|
Р9Ф5 |
1,4-1,5 |
3,8-4,4 |
9,0-10,5 |
4,3-5,1 |
- |
0,4 |
|
|
|
|
|
|
|
Р14Ф4 |
1,2-1,3 |
4,0-4,6 |
13,0-15,5 |
3,4-4,1 |
- |
0,4 |
|
|
|
|
|
|
|
Р18Ф2 |
0,85-0,95 |
3,8-4,4 |
17,5-19,0 |
1,8-2,4 |
- |
0,5 |
|
|
|
|
|
|
|
Р9К5 |
0,9-1,0 |
3,8-4,4 |
9,0-10,5 |
2,0-2,6 |
5,0-6,0 |
0,3 |
|
|
|
|
|
|
|
Р9К10 |
0,9-1,0 |
3,8-4,4 |
9,0-10,5 |
2,0-2,6 |
9,5-10,5 |
0,3 |
|
|
|
|
|
|
|
Р10К5Ф5 |
1,45-1,55 |
4,0-4,6 |
10,0-11,5 |
4,3-5,1 |
5,0-6,0 |
0,3 |
|
|
|
|
|
|
|
Р18К5Ф2 |
0,85-0,95 |
3,8-4,4 |
17,6-19,0 |
1,8-2,4 |
5,0-6,0 |
0,5 |
|
|
|
|
|
|
|
11.11. Магнитные стали
Эти стали широко применяются в электротехнике для изготовления постоянных магнитов, сердечников трансформаторов, электроизмерительных приборов, электромагнитов. Магнитные стали по резко различающимися магнитным характеристикам делятся на две группы: магнитотвердые и
114
магнитомягкие. Эти определения не относятся к характеристике механических свойств (твердости) материала. Существуют механически мягкие, но магнитотвердые стали наоборот.
У магнитомягких сталей маленькая коэрцитивная сила и узкая петля гистерезиса, они обладают очень высокой магнитной проницаемостью, легко намагничиваются и перемагничиваются. Из них делают сердечники трансформаторов, электроизмерительных приборов, электромагнитов.
Все магнитомягкие стали делятся на три группы:
1.Сталь электротехническая тонколистовая и сортовая нелегированная (техническое железо), ГОСТ 3836-73 и 11035-75;
2.Сталь электротехническая кремнистая, ГОСТ 21427-78;
3.Прецизионные магнитные сплавы ГОСТ 10160-75.
Для сталей первых двух групп разработана чисто цифровая система. Нелегированные стали обозначаются пятизначным числом:
10895, 20895, 10880, 20880, 10864, 20864, 11895, 21895, 11880, 21880, 11864, 21864
Первая цифра в марке обозначает способ изготовления стали:
1 – горячекатаная, 2 – холоднотянутая. Вторая цифра «0» или «1» обозначает, что сталь не легирована и имеет нормированный или ненормированный коэффициент старения (упрочнения); третья, четвертая и пятая цифры в марке указывают на магнитные характеристики сталей.
Сталь кремнистая электротехническая имеет четырехзначное цифровое обозначение марки. Первая цифра может варьироваться от 1 до 3 и обозначает способ изготовления стали:
1 – горячекатаная, 2 – холоднотянутая, 3 – текстурованная.
Вторая цифра показывает содержание кремния и может варьироваться от 0 до 5, что соответствует среднему содержанию кремния в целых процентах. Две последние цифры указывают на магнитные характеристики сталей:
1211 (Si 2%), 1312 (Si 3%), 1413 (Si 4%), 1514 (Si 5%) – горячекатаная сталь;
115
2111 (Si 1%), 2212 (Si 2%), 2312 (Si 3%), 2412 (Si 4%) – холоднотянутая сталь;
3411 (Si 4%), 3412 (Si 4%), 3413 (Si 4%), 3415 (Si 4%) – текстурованная сталь.
Из этой группы сталей более высокие магнитные свойства имеет текстурованная сталь крупнозернистая с определенной структурой, т.е. преимущественным расположением зерен вдоль листа.
Третья группа сплавов содержит никеля от 45 до 78% с добавками железа и кобальта. Эти сплавы называют пермаллоями и применяют в радиотехнике, вычислительной технике и др., где используются слабые токи.
Магнитотвердые стали и сплавы применяют для изготовления постоянных магнитов. Такие стали обозначается буквой «Е», которая ставиться в начале марки, далее стандартное обозначение, например, ЕХ3, ЕВ6, ЕХ5К5. Они содержат большой процент хрома, вольфрама, молибдена и кобальта, которые улучшают магнитные свойства. Если в качестве электротехнических сталей используются безуглеродистые сплавы, практически не содержащие углерод (не выше 0,04%), то для постоянных
магнитов используются сплавы с содержанием углерода около 1%. |
|||||
Химический состав магнитных сталей (ГОСТ 6862-71). |
|||||
|
|
|
|
|
|
Марка стали |
|
Химический состав, % |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
C |
|
Cr |
|
Co, W, Mo |
|
|
|
|
|
|
ЕХ |
0,95-1,10 |
|
1,3-1,6 |
|
- |
|
|
|
|
|
|
ЕХ3 |
0,90-1,10 |
|
2,8-3,6 |
|
- |
|
|
|
|
|
|
Е7В3 |
0,68-0,78 |
|
0,3-0,5 |
|
5,2-6,2 W |
|
|
|
|
|
|
ЕХ9К15М2 |
0,90-1,05 |
|
8,0-10,0 |
|
13,5-16,5 Co |
|
|
|
|
|
1,2-1,7 Mo |
|
|
|
|
|
|
11.12. Стали специальных способов выплавки
116
Для получения высококачественного металла применяют различные способы обработки жидкого металла или переплава с целью снижения вредных примесей, неметаллических включений, удаления газов и повышения однородности структуры. Эти дополнительные способы обработки находят дополнительное отражение в написании марки стали:
1.15ХА-СШ, 12Х2Н4МА-СШ, 35ХМФА-СШ, 35ХН3МА-СШ – стали,
прошедшие дополнительную обработку синтетическими шлаками в ковше;
2.ШХ15-Ш, ШХ15СГ-Ш, 95Х18-Ш, 18Х2Н4МА-Ш – стали,
подвергнутые электрошлаковому переплаву;
3.12Х18Н10Т-ВИ, 03Х18Н12Б-ВИ – стали, выплавляемые в вакуумноиндукционных печах.
11.13. Нестандартные легированные стали
Нестандартные стали, выплавленные на заводе «Электросталь», часто маркируют условно. Например, обозначают буквой «Э», рядом ставится буква «И» – исследовательская или «П» – пробная. После букв ставят порядковый номер, например, ЭИ417, ЭИ268, ЭП767 и др. Легированные стали, выпускаемыми Златоустовским металлургическим комбинатом маркируют буквами «ЗИ», например, ЗИ8.
Состав таких сталей можно найти только в специальных марочниках на электросталь. В большинстве случаев после освоения марки металлургическими и машиностроительными предприятиями условную маркировку заменяют на общепринятую, т.е. которая отражает химический состав.
11.14. Чугуны
117
Чугуном называется сплав железа с углеродом, в котором содержание углерода превышает 2,0%. Углерод в чугуне может находится в двух состояниях: в химически связанном состоянии в виде цементита Fe3C и в свободном состоянии в виде графита. В зависимости от состояния углерода чугуны, соответственно, подразделяются на две группы: белые, в которых весь углерод находится в химически связанном состоянии и графитсодержащие (графитные), в которых основная масса углерода находится в виде графита. Последние делятся на серые, высокопрочные и ковкие чугуны. Отличаются они друг от друга только формой выделения графита. В серых чугунах графит выделяется в виде пластинок; в высокопрочных – в виде шаров; в ковких – в виде хлопьев. От формы графитных включений зависит уровень механических свойств чугунов.
Серые чугуны маркируют буквами СЧ и двухзначным числом, которое показывает предел прочности при растяжении. Например, марка СЧ20 показывает, что чугун имеет σв =200 МПа.
Механические свойства серого чугуна (ГОСТ 1412-85)
Марка чугуна |
Предел прочности σв, |
Твердость НВ, |
|
МПа |
МПа |
|
|
|
СЧ10 |
100 |
1900 |
|
|
|
СЧ15 |
150 |
2100 |
|
|
|
СЧ18 |
180 |
2200 |
|
|
|
СЧ20 |
200 |
2300 |
|
|
|
СЧ25 |
250 |
2450 |
|
|
|
СЧ30 |
300 |
2600 |
|
|
|
СЧ35 |
350 |
2750 |
|
|
|
Серый чугун обладает высокими литейными свойствами, хорошо обрабатывается, менее хрупок, чем белый чугун, ему присущи хорошие антифрикционные свойства. Благодаря этим свойствам и своей относительно
118
низкой себестоимости он нашел широкое применение в машиностроении для производства отливок и поэтому называют литейным.
Высокопрочные чугуны маркируют буквами ВЧ и двухзначным числом, которое показывает предел прочности при растяжении.
Механические свойства высокопрочного чугуна (ГОСТ 7293-85)
Марка |
Предел |
Предел |
Относительное |
Твердость |
чугуна |
прочности |
текучести |
удлинение δ, |
НВ, МПа |
|
σв,, МПа |
σт,, МПа |
% |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ВЧ35 |
350 |
220 |
22 |
1550 |
|
|
|
|
|
ВЧ40 |
400 |
250 |
15 |
1700 |
|
|
|
|
|
ВЧ45 |
450 |
310 |
10 |
1800 |
|
|
|
|
|
ВЧ60 |
600 |
370 |
5,0 |
2350 |
|
|
|
|
|
ВЧ100 |
1000 |
700 |
10,0 |
3100 |
|
|
|
|
|
Благодаря высоким прочностным свойствам высокопрочный чугун применяют вместо стали или ковкого чугуна для изготовления для деталей большого сечения и особо нагруженных деталей, например, коленчатых и распределительных валов, различных кулачковых валиков и др.
Ковкий чугун маркируют буквами КЧ и двумя числами: первое число показывает предел прочности при растяжении, второе – относительное удлинение. Например, марка КЧ 55-4 означает, что чугун имеет σв= 540...550
МПа и δ = 4%.
Механические свойства ковкого чугуна (ГОСТ 1215-79)
Марка чугуна |
Предел |
Относительное |
Твердость НВ (не |
|
прочности σв, |
удлинение δ, % |
более) |
|
МПа |
|
|
|
|
|
|
Ферритный
119
КЧ 30-6 |
300 |
6 |
1630 |
|
|
|
|
КЧ 33-8 |
330 |
8 |
1630 |
|
|
|
|
КЧ 35-10 |
350 |
10 |
1630 |
|
|
|
|
КЧ 37-12 |
370 |
12 |
1630 |
|
|
|
|
|
Ферритно – перлитный |
|
|
|
|
|
|
КЧ 45-7 |
450 |
7 |
2070 |
|
|
|
|
КЧ 50-5 |
500 |
5 |
2300 |
|
|
|
|
КЧ 60-3 |
600 |
3 |
2600 |
|
|
|
|
КЧ 70-2 |
700 |
2 |
2850 |
|
|
|
|
КЧ 80-1,5 |
785 |
1,5 |
3200 |
|
|
|
|
Ковкий чугун применяют при изготовлении тонкостенных деталей небольшого сечения, работающих в условиях ударных и вибрационных нагрузок.
Антифрикционные чугуны применяют для подшипников скольжения, втулок и других деталей, работающих при трении о металл, чаще в присутствии смазки. Антифрикционные чугуны изготовляют следующих марок: АСЧ-1 (антифрикционный серый чугун, цифра 1 показывает порядковый номер, определяющий механические свойства чугуна), АСЧ-2, АСЧ-3, АВЧ-1 (антифрикционный высокопрочный чугун), АВЧ-2, АКЧ-1 (антифрикционный ковкий чугун), АКЧ-2.
Износостойкие чугуны применяют для работы в условиях абразивного износа, в условиях износа при повышенных температурах, в условиях сухого трения. При нетяжелых условиях работы (лопатки дробеметных аппаратов) применяют, например, износостойкий чугун ИЧХ4Г7Д (3-5% Cr, 6-8% Mn, до 0,7% Cu ). Очень высокой износостойкостью (дробильные пальцы, молотки для камельчения угля, шары шаровых мельниц) обладает чугун ИЧХ12ГЗМ (12-14% Cr, 2,8-3,8% Mb, 0,4-0,8% Mo). Для работы в условиях износа при повышенных температурах применяют чугуны: ИЧХ15МЗ,
ИЧХ28Н10.
120