Лекции Т К М 2013 1

10.9. Стали для подшипников

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.

10.10. 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. 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)

10.11. 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 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;

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).

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 вакуумно-

индукционных печах.

10.13. 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.

10.14. Чугуны

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)

Серый чугун обладает высокими литейными свойствами, хорошо обрабатывается, менее хрупок, чем белый чугун, ему присущи хорошие антифрикционные свойства. Благодаря этим свойствам и своей относительно 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)

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)

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.

Жаростойкий чугун применяют для отливок деталей, работающих при высоких температурах 650 – 900 ° (детали термических печей, вагранок и др.). для этих целей используют чугуны КЧХ-0,8 (0,5-1,0% Cr), КЧХ-30 (28-32% Cr), КЧС- 5,5 (5-6% Si) с КЧСШ-5,5 (чугун с шаровидным графитом), КЧЮ-22 –

алюминиевый чугун.

10.15. Твердые сплавы

Твердые сплавы делят на металлокерамические и безвольфрамовые.

Металлокерамическими называются композиционные материалы, получаемые главным образом спеканием тугоплавких компонентов (карбидов вольфрама,

титана, тантала) на кобальтовой связке Исходные компоненты формуют прессованием в пресс-формах и далее спекают при температурах, обеспечивающих схватывание в монолитное металлокерамическое изделие без полного расплавления композиции. По сравнению с исходными компонентами металлокерамические сплавы обладают лучшими свойствами (высокой твердостью, теплостойкостью и износостойкостью). Их выпускают в виде пластинок различной формы, которыми оснащают режущие инструменты.

Необходимые геометрические параметры режущей части пластинок получают в процессе прессования и в дальнейшем не перетачивают.

Металлокерамические сплавы по ГОСТу 3882-74 делятся на 3 группы:

вольфрамокобальтовые (или вольфрамовые), обозначаемые буквами ВК,

титановольфрамокобальтовые (или титановые), обозначаемые буквами ТК, и

титанотанталовольфрамокобальтовые (или титанотанталовые), обозначаемые буквами ТТК.

Маркируются металлокерамические сплавы следующим образом: группа ВК

– вольфрамокобальтовые сплавы, цифра после буквы указывает содержание в сплаве кобальта. Например, сплав ВК2 содержит 2% кобальта и 98% карбидов вольфрама WC. Иногда после цифры справа ставят буквы М, означает что сплав имеет мелкозернистую структуру (размер зерен 1,3...1,5 мкм), ОМ – особомелкозернистая структура (размер зерен до 1 мкм), или В – крупнозернистую структуру (размер зерен 3...5 мкм). Нормальный размер зерен твердых сплавов составляет 2...3 мкм.

Группа ТК – титановольфрамокобальтовые сплавы. Цифры после буквы Т указывают содержание карбидов титана, цифра после буквы К – содержание кобальта, остальное карбиды вольфрама. Например, сплав Т5К10 содержит 5% Ti C, 10% Со и 85% WC.

Группа ТТК – титанотанталовольфрамокобальтовые сплавы. Цифра после букв ТТ показывает суммарное содержание карбидов титана и тантала, а после буквы К – количество кобальта. Например, ТТ7К12 содержит 7% TiC + TaC, 12% Co, 8% WC.

Химический состав (%) и твердость металлокерамических твердых сплавов (ГОСТ

3882-74)