Маркування сталей.

Вуглецеві звичайної якості розрізняють 3 груп: А, Б і В.

А. За механічними властивостями Ст0 – Ст6.

Б. За хімічним складом БСт – БСт6.

В. За механічними і хімічними властивостями ВСт1 – ВСт5.

Також в маркуванні указано ступень видалення газів: кипляча – кп, спокійна – сп, напівспокійна пс.

Наприклад, Ст3 кп – вуглецева сталь звичайної якості, кипляча.

Вуглецеві якісні маркуються словом Сталь і цифрою, яка вказує на кількісний вміст вуглецю у сотих долях відсотка. Марки 08, 10, 15, … 60. Приклад маркування: Сталь 45 – вуглецева якісна сталь з вмістом вуглецю 0,45%.

Вуглецеві інструментальні сталі випускають марок У7, У8, У9, У10, У11, У12, У13, У7А, У8ГА, У9А, У10А, У11А, У13А. Буква У означає, що це вуглецева сталь, Г – підвищений вміст марганцю, А – високоякісна. Цифра – вміст вуглецю в 10 долях відсотка. Наприклад, У8ГА – вуглецева інструментальна сталь з підвищеним вмістом марганцю, високоякісна, вміст вуглецю – 0,8%.

Леговані сталі.

Легуючі елементи позначаються літерами:

Г – марганець

С – кремній

Х – хром

Н – нікель

В – вольфрам

Е – селен

Ф – ванадій

Т – титан

М – молібден

К – кобальт

Ю – алюміній

П – фосфор

Д – мідь

Р – бор

Б – ніобій

Ц – цирконій

А – азот

Цифра на початку означає вміст вуглецю в сотих долях відсотку, цифра в кінці – вміст легуючого елементу, причому відсутність такої цифри означає, що вміст даного елементу не перевищує 1,5%. Наприклад, 13 Х (0,13%С, <1,5% хрому), 40Г2 (0,4% вуглецю, 2% марганцю), 30ХГФ (0,3% вуглецю, <1,5% хрому, марганцю і ванадію).

Леговані сталі спеціального призначення використовують для:

• Ріжучого інструменту. Мають у маркування літеру Р (рапід – швидкість, англ.). Цифра за нею – середній вміст вольфраму у цілих відсотках. Інші легуючі елементи (крім хрому, вміст якого у всіх сталях ~4%) позначають відповідними літерами та цифрами вмісту після них. Найпоширеніші марки: Р6, Р9, Р18, Р6М5, Р9Ф5, Р14Ф14,Р9К5, Р9К10, Р10К5Ф5, Р18К5Ф2. Наприклад, Р6М5 містить 6% вольфраму і 5% молібдену.

• Виробництва підшипників. Мають у маркування літеру Ш. Цифра означає вміст хрому у десятих долях відсотка. Стандарт передбачає такі марки:ШХ6, ШХ9, ШХ15, ШХ15СГ. Наприклад, ШХ9 – підшипникова сталь, легована хромом у кількості 0,9%.

• Автоматні сталі мають підвищений вміст сірки та фосфору. Вони добре обробляються різанням, створюючи коротку ламку стружку. Марки: А11, А12, А20, А40Г, АС40… Цифра означає вміст вуглецю в сотих долях відсотка, літера А – автоматна сталь.

Сталі з особливими властивостями:

• Жаростійкі. Працюють при високих температурах (вище 550⁰С) без навантаження або при незначних навантаженнях. 12Х17, 15Х25Т, 12Х8Н9…

• Жароміцні. Здатні сприймати механічні навантаження при високих (600 – 750⁰С) температурах протягом певного часу. 09Х14Н16Б.

• Неіржавіючі сталі. Бувають хромистими та хромнікелівими марок 12Х13, 20Х13, 30Х13, 40Х13, 12Х17… Перше число означає вміст хрому у цілих долях відсотку, друге – вміст вуглецю.

ЧАВУНИ

Вуглець у чавунах знаходиться як у звязаному стані (цементит), так і у вільному (у вигляді графітових вкраплень).

Чавуни, в яких весь вуглець знаходиться у звязаному стані, у зламі мають світлий металічний блиск,тому вони наизваються білими. На них припадає більше 80% виплавляємих у домнах чавунів. Переважно їх переплавляють у сталь.

Процес утворення графіту в структурі чавунів називають графітізацією.

Вуглець, що знаходиться у чавуні у вільному стані, має різну форму. Від форми і розмірів вкраплень залежать властивості чавунів. Чим більше графіту в чавуні і чим більші пластини графіту, тим нижчі його механічні якості. На структуру чавуна значно впливає швидкість охолодження. Тому чим тонкіша чавунна відливка, тим швидше охолодження і меншою мірою відбувається графітізація. Тому при одному й тому ж хімічному складі чавуна структура виходить різною в залежності від товщини відливки.

За формою графітових вкраплень чавуни поділяють на:

Сірі чавуни.

В залежності від того, наскільки повно пройшли процеси графітізації, розрізняють сірі чавуни з наступними структурами:

• феріт + графіт – сірий ферітний чавун;

• феріт + перліт + графіт – сірий ферітно-перлітний чавун;

• перліт + графіт – сірий перлітний чавун. Цей чавун має найвищу міцність;

• перліт + цементит + графіт – сірий перлітно-цементитний чавун;

• перліт + ледебурит + графіт – сірий перлітно-ледебуритний чавун.

Таким чином, сірі чавуни мають структури сталей з включеннями графіту. Коли в структурі утворюється ледебурит, такий чавун називають половинчастим.

Графітові вкраплення мають форму пластин різного розміру. Сірі чавуни є найбільш поширеними серед ливарних чавунів. Мають низьку пластичнисть, тому не використовуються для деталей, які сприймають ударні навантаження. Маркування СЧ і дві групи цифр, перша з яких – межа міцності при розтягуванні, друга – межа міцності при згинанні. Наприклад, СЧ 12-28.

Серед сірих чавунів окремо виділяються чавуни модифіковані. Вони мають підвищену міцність, підвищену стійкість проти тріщин, меншу крихкість. Містять 1,1-1,6% Si. Оскільки вони є модифікацією сірих, то маркуються як високі марки сірого чавуна. Наприклад, СЧ 28-48, СЧ 44-64.

З сірих чавунів виготовляють станіни металоріжучих станків, корпуса, поршневі кільця, гільзи автомобільних і тракторних двигунів тощо.

Високоміцні чавуни. Графітові вкраплення мають кулеподібну форму. За своїми властивостями високоміцні чавуни не поступаються литій вуглецевій сталі. З них виготовлюються деталі, що працюють в умовах високих навантажень. Маркування ВЧ і дві групи цифр. Перша група – межа міцності при розтягуванні (МПа), друга – відносне видовження (%). Наприклад, ВЧ 38-17.

З високоміцних чавунів виготовляють відповідальні деталі: коленвали, кулачкові валики, зубчасті колеса, муфти і, замість ковкого чавуну, відливають задні мости автомобілей, ступиці, картери.

Ковкі чавуни. Графітові вкраплення мають кляксоподібну форму. Їх виготовляють відпаленням (тривалим нагрівом при високих температурах) відливок із білого чавуну. За своїми властивостями знаходяться міжсірими чавунами і сталями, відзначаються досить високою міцністю та пластичнистю і витримують ударні навантаження. Ковкі чавуни мають хороші ливарні властивості. З них виготовляють різноманітні деталі (гальмівні барабани, картери, елементи карданних валів і т.і.), що експлуатуються при великих статичних і динамічних навантаженнях. Маркуються КЧ і дві групи цифр. Перша група – межа міцності при розтягуванні (МПа), друга – відносне видовження (%). Наприклад, КЧ 35-10. Ковкий чавун не кують, але він достатньо пластичний на відміну від сірого чавуну, тому він і називається ковким.

Для поліпшення фізико-механічних та технологічних властивостей чавунів до їх складу вводять легуючі елементи і такі чавуни мають назву леговані. Якщо ці елементи переходять в чавун з руди під час плавки, то вони називаються природнолегованими. Ці чавуни, в залежності ві їх якостей, поділяють на групи:

Зносостійкі ИЧХ15М3, ИЧХ28НГ. Цифра означає процент вмісту легуючого елементу. Якщо цифрі відсутня, то вміст легуючого елементу не привищує 1%.

Корозійностійкі ЧС15, ЧС17, ЧС15М4.

Жароміцні ЧН 15Д7Х7.

Жаростійкі ЖЧШ, ЖЧХ3.

ТВЕРДІ СПЛАВИ.

Основа усіх інструментальних твердих сплавів – дуже тверді карбіди вольфраму (WC), титану (TiC) та танталу (TaC), звязуючий матеріал – кобальт, нікель або залізо. Тверді сплави випускають:

1. для наплавки. Використовуються для підвищення зносостійкості різних деталей машин шляхом наплавки (наварювання) з допомогою вольтової дуги або газового полумя. Такі тверді сплави поділяють на стеліти (литі сплави на основі кобальту, хрому, вольфраму та вуглецю), сормайти (сплави на основі хрома, заліза та нікелю), сталініт (сплав на основі хрому, марганцю і вуглецю) і вокар (суміш зерен вольфраму та вуглецю. Вольфраму – до 87%). Такими сплавами наплавляють зношені деталі, штамповий та вимірювальний інструмент.

2. для виготовлення ріжучого інструменту. При виготовленні виробів (пластинки для ріжучих інструментів, мілкі ріжучі інструменти: свердла, фрези і т.і.) порошки карбідів змішують зі звязкою, пресують під тиском від 100 до 420 МПа і спікають при температурі 1500⁰С в атмосфері водню. При спіканні звязуючий матеріал плавиться і обгортає зерна карбідів. Пластинки з твердих сплавів мають трьох-, пяти- або шестигранну форму і закріплюють механічним шляхом. Пластинки прямокутної форми напаюють на державки. Тверді сплави бувають одно-, двох- і трьохкарбідними і, в залежності від розмірів часток, розрізняються крупнозернисті (В), дрібнозернисті (М) та особливодрібнозернисті (ОМ).

   • Однокарбідні (вольфрамокобальтові): ВК2, ВК4, ВК6, ВК8, ВК10, ВК15, ВК20, ВК30. Цифра вказує на вміст кобальту , %. Все інше – карбід вольфраму.

   • Двокарбідні (титановольфрамокобальтові): Т5К10, Т14К8, Т15К6, Т30К4. Цифра після літери К вказує на вміст кобальту , %, після літери Т – вміст карбіду титана, %. Все інше – карбід вольфраму.

   • Трикарбідні (титанотанталовольфрамокобальтові): ТТ7К12, ТТ7К15, ТТ10К8. Цифра після літер ТТ указує на сумарний вміст карбідів титану і танталу.

   • Позначення зернистості В і М записують відразу після цифри вмісту кобальту (ВК6М, ВК8М), а позначення ОМ - через дефіс (ВК6-ОМ).

Чим більший вміст кобальту, тим більші навантаження може витримувати ТС, тому марки ТС, які містять більше кобальтової звязки, використовують для чорнових робіт, а марки з меншим вмістом – для чистових.

Вольфрам – дорогий і дефіцитний матеріал. Тому для здешевлення вартості твердосплавного інструменту замість карбідів вольфраму використовують карбіди титану, а в якості звязки – нікель з добавками молібдену. Такі тверді сплави мають назву безвольфрамових і маркують ТНМ-20, ТНМ-25, ТНМ-30 тощо.

В якості дешевих і високопродуктивних матеріалів, здатних замінити тверді сплави, використовують мінералокерамічні матеріали на основі Al₂O₃. Найбільш відома марка – ЦМ-332, де цифра – номер марки. Вироби з мінералокераміки можуть працювати при температурі до 1200⁰С, але вони досить крихкі, тому використовуються для ріжучого інструменту для чистової обробки.

При підвищених вимогах до стійкості на удар використовують матеріали, які містять, крім мінералокерамики, вольфрам, молібден, бор, титан у кількості до 10%. Ці присадки зменшують крихкість, але знижують і зносостійкість. Такі матеріали називають керметами.

АЛМАЗИ

Це найтвердіші з усіх матеріалів. Вони хімічно малоактивні, не піддаються дії луг і кислот (крім суміші сірчаної кислоти з двохромовокислим калієм), мають невеликий коефіцієнт тертя і невелику спроможність до адгезії (злипанню, зварюванню) з металом, високу зносостійкість і забезпечує гостру ріжучу кромку. Недоліки алмазу – його крихкість і дороговизна. Теплостійкість алмазу до 600⁰С. Алмази поділяють на ювелірні і технічні.

Штучні (синтетичні) алмази виготовляють зі звичайного графіту при високому тиску і високій температурі. Ці кристали перероблюють на порошок і виготовляють абразивний інструмент: круги, диски, бруски, надфілі, пасти. Алмазний порошок використовують також для шліфування дорогоцінних каменів, у тому числі і самих алмазів.

Алмазні різці використовують як чистовий інструмент для обробки кольорових металів і сплавів і неметалевих матеріалів. Розмір алмазів, які закріплюють в різцях, 0,3 – 1 карат (1 карат = 0,2г).

ЕЛЬБОР

Це кристалічний нітрид бору. За твердістю наближається до алмазу, а теплостійкість перевищує 1200⁰С. Використовується при чистовій обробці загартованих сталей і чавунів. Зносостійкість різців з ельбором у 10 разів привищує зносостійкість пластин з ТС і мінералокераміки.

Сплави кольорових металів

Сплави на мідній основі

Мідь — м'який пластичний метал рожево-червоного забарвлен­ня. Щільність його становить 8,93 г/см³, температура плавлення — 1083 °С.

Використовується людиною з давніх часів і відмічена в історії культури бронзовим віком.

Мідь мас найменший (після срібла) питомий опір, тому її широко застосовують для виготовлення провідників струму (дроту, шнурів, кабелів, шин). Вона має високу теплопровідність, пластичність. До­бре обробляється штампуванням у холодному і гарячому станах. Найменша товщина листа становить 0,05...0,06 мм, а діаметр дроту — 0,02... 0,03 мм.

Мідь має властивість створювати технологічні сплави, які дуже добре обробляються і мають хороші ливарні властивості.

Для технічних цілей велике значення має чистота міді, бо най­менший вміст домішок знижує її електропровідність. Залежно від чистоти мідь виготовляють таких марок: М00 (99,99 % Сu), М0 (99,95 % Сu), МІ (99,90 % Сu), М2 (99,7 % Сu), МЗ (99,50 % Сu).

Мідь з чистотою 99% використовують для виготовлення газових і водопровідних труб, кровельних матеріалів, кухонної утварі і декоративних виробів.

Сплави на мідній основі поділяють на латуні і бронзи.

Латунь — сплав міді з цинком із вмістом до 45 % Zn. Латуні дешевші за мідь (цинк – більш дешевий метал), механічна міцність їх більша, ніж міді і вонидобре обробляються різанням. Латуні мають стійкість до корозії і хороші ливарні властивості.

Залежно від технологічних властивостей латуні, як і всі сплави кольорових металів, поділяють на деформівні (оброблювані тиском) і ливарні.

Латунь із вмістом до 32 % цинку добре обробляється тиском у холодному і гарячому станах.

Для виготовлення виробів обробкою тиском (у холодному стані) застосовують, наприклад, латуні марок Л96, Л80, ЛО70-1 та ін. Піс­ля обробки тиском у холодному стані на латуні утворюється наклеп, який знімається рекристалізаційним відпалом за температури 500...600 °С.

Із латуней марок ЛС59-1, ЛС74-3, ЛС64-2 виготовляють деталі гарячого штампування з наступною обробкою різанням. При збіль­шенні вмісту цинку понад 38 % твердість латуні підвищується, по­ліпшуються ливарні властивості, але знижується пластичність.

Залежно від кількості компонентів латуні поділяють на прості (двокомпонентні) і спеціальні (багатокомпонентні).

Прості латуні містять тільки мідь і цинк. Їх маркують літерою Л і цифрами, які означають вміст міді в сплаві. Наприклад, марка Л80 означає латунь з 80 % Сu, решта — Zn.

Ураховуючи високу пластичність, прості латуні обробляють тиском.

Прості латуні марок Л96, Л90, Л85 (мають найбільшу основу мі­ді) називають томпаками. З них виготовляють, наприклад, радіа­торні трубки, штаби, профілі, стрічки.

Спеціальні латуні мають легувальні елементи — А1, Ni, Sі, Sn, РЬ, Fе та ін. Ці домішки підвищують корозійну стійкість, твердість, міцність, а також технологічні властивості (полегшують обробку рі­занням). Вміст легувальних елементів (окрім Сu й Zn) від 1 до 8 %.

При маркуванні спеціальних латуней вміст елементів познача­ють початковими літерами їхніх назв: О — олово, С — свинець, Н — нікель, Мг — магній, Ж — залізо, А — алюміній тощо. Перші дві цифри, записані після літери Л, означають середній вміст міді (у відсотках), а наступні — вміст інших елементів (у відсотках), реш­та— цинк. Наприклад, марка ЛС59-1 означає: латунь спеціальна, містить 59 % Сu, 1 % РЬ, решта — цинк; марка ЛАЖМц66-6-3-2 — латунь містить 66 % Сu, 6 % А1, 3 % Fе, 2 % Мn, решта — цинк.

Зміцнювальної обробки латуні не зазнають.

Бронзи. Бронзами називають сплави міді з оловом, алюмінієм, силіцієм, свинцем, берилієм і деякими іншими елементами.

Бронзи мають високі механічні, антифрикцій­ні і ливарні властивості, корозійну стійкість, їх піддають обробці різанням. Із них виготовляють переважно деталі, які пра­цюють в умовах тертя.

Марка бронзи починається літерами Бр, за ними йдуть літери, що позначають легувальні елементи, і цифри, які означають їх вміст (решта — мідь). Наприклад, марка БрОЦ 10-2 означає: Бр —бронза олов'яниста з вмістом 10 % олова і 2 % цинку, решта — мідь; марка БрАЖМц 10-3-1,5 — бронза алюмінієва, містить 10 % алюмі­нію, 3 % заліза, 1,5 % мангану, решта — мідь.

Олово-один з найдорожчих кольорових металів. Найбільш важливою областю використання є захисне покриття стальних листів (жесть), які використовуються для виготовлення консервних банок, і для припоїв.

Олов'янисті бронзи мають низьку лінійну усадку (1%), тому їх вико­ристовують для одержання складних фасонних відливків. На відмі­ну від ливарних деформівні бронзи характеризуються високими пластичністю і міцністю, їх використовують для виготовлення круг­лих і плоских пружин, мембран. Із деформівних бронз марок БрОФ6,5-1,5; БрОЦ4-3 та ін. виготовляють стрічки, прутки, дріт, труби. Бронзи, наприклад, ливарних марок БрОФ10-1, БрОЦС6-6-3 та ін. застосовують для виготовлення підшипників ковзання, арма­тури тощо.

Алюмінієві бронзи містять до 11% алюмінію. За механічними властивостями вона краще олов׳янистої (пластичниша, стійкіша до корозії і зносу), але має великий коефіцієнт усадки при литті (2,3%). Недоліком є також наявність окису алюмінію, що погіршує текучість розплаву.

До переваг порівняно з олов янистими бронзами належать менша вартість, вищі механічні і технологічні властивості. Однофаз­ні бронзи (БрА5, БрА7, які містять 6...8 % А1) мають добру пластич­ність, вони належать до деформівних. Алюмінієві бронзи додатково легують нікелем, залізом, манганом (БрАЖ9-4, БрАЖН 10-4-4, БрАЖМц 10-3-1,5). Їх використовують для виготовлення різних вту­лок, напрямних сідел, фланців, шестерень, які працюють за темпе­ратури 400... 500 °С.

Силіцієві бронзи містять 3-4% Si. Це бронзи міцні, хороші для лиття і замінюють олов׳янисті бронзи. Вони мають високу пластичність, добрі ливарні і корозійно-стійкі властивості. За механічними властивостями вони на­ближаються до сталей. Їх додат­ково легують нікелем і манганом, що підвищує міцність і пружність (для виготовлення пружин застосовують бронзи марок, БрКМцЗ-1).

Силіцієві бронзи легко обробляються тиском, різанням і добре зварюються.

Берилієві бронзи характеризуються високими міцністю, твердіс­тю, пружністю і стійкістю до спрацювання, а також високою хіміч­ною стійкістю, доброю зварюваністю і обробкою різанням. Ці бронзи містять 1,8...2,3 % берилію і зміцнюються термічною обробкою (гар­туванням і старінням). Наприклад, бронза БрБ2 у стані після гар­тування і старіння має а_в = 1250 МПа і 8 = 3...5 %. Бронзу часто ле­гують нікелем і титаном (0,10...0,25 %).

Берилієві бронзи застосовують для мембран, пружин, пружинних контактів, деталей, які працюють на знос (кулачки напівавтоматів), в електронній техніці та ін. Недолік берилієвих бронз — висока вар­тість.

Мідно-нікелеві сплави чинять великий опір електричному струму, мають високу твердість, жаростійкість і корозієстійкість. Використовують ці сплави для нагрівальних елементів, термопар, реостатів, посуду тощо.

Маркують мідно-нікелеві сплави літерами і цифрами. Перша лі­тера Н означає, що сплав нікелевий, наступні — показують наяв­ність інших елементів. Двозначне число позначає вміст міді у відсот­ках, решта — нікель.

Специфічні властивості цих сплавів визначають область їх використання. Найчастіше застосовують такі сплави: НХ9,5 (хромель), МНМц43-0,5 (копель) — для термопар; НМц85-12 — для реостатів; НМц65-20 (нейзильбер, від німецького „нове срібло”) — для корозійностійких деталей (технічний посуд), приладів точної механіки, декоративних матеріалів, МНЖМц28-2,5-1,5 (монель)-для деталей, що працюють у корозійному середовищі, МНЖМЦ 30-0,8-1, МН-19, МНЖМц30-1-1 (мельхіор)-для посуду, прикрас, труб для термостатів, монет.

Нікель. Основна область використання-отримання сплавів, особливо неіржавіючої сталі. Монети-сплав МН або МНО (жовтий).

Золото сусальне має товщину 0,13...0,67мкм (0,00013-0,00067 мм). Для ювелірних виробів використовується разом з сріблом і міддю.

Цинк. 20% цинку йде на отримання латуні, 20%-для антикорозійного покриття виробів з заліза і сталі.

Свинець був відомий ще у древньому Єгипті, але вперше використовувався римлянами для виготовлення волопровідних труб. Раніше свинець використовували для водопровідних і каналізаційних труб і в якості кровельного матеоіалу, але тепер його витіснили сучасні легкі матеріали. Найбільша кількість свинця йде на виробництво акумулятьрів для автомобілів, у хімічній промисловості (кислотоупорний матеріал), з нього роблять оболонку електрокабелів, захисні екрани ядерних станцій і дослідних лабораторій. Свинець є компонентом багатьох сплавів.