Занятие 9  углеродистые и легированные конструкционные стали

↑

▷ Содержание

Стр 1 из 7Следующая ⇒

Магнитно-мягкие стали и сплавы.

Электротехническое железо (марки Э, ЭА, ЭАА) содержит менее 0,04% С, имеет высокую магнитную проницаемость Ма=(2,78-3,58) 10⁹ Гн/м и применяется для сердечников, полюсных наконечников элект­ромагнитов и др.

  Электротехническая cталь содержит менее 0,05% С и кремний, сильно увеличивающий магнитную проницаемость. Элект­ротехническую сталь по содержанию кремния делят на четыре группы:

с 1% Si - марки Э11, Э12, Э13;

 с 2% Si - Э21, Э22;

с 3% Si - Э31, Э32;

с 4% Si — Э41—Э48. Вторая цифра (1—8) характеризует уровень электро­технических свойств.

Железоникелевые сплавы (пермаллои) содержат 45—80% Ni, их допол­нительно легируют Cr, Si, Mo. Магнитная проницаемость этих сплавов очень высокая. Например, у пермаллоя марки 79НМ (79% Ni; 4% Мо) Ма=175,15*10^9 Гн/м. Применяют пермаллои в аппаратуре, работающей в слабых электромагнитных полях (телефон, радио).

Сплавы с высоким электрическим сопротивлением. Их применяют для изготовления электронагревателей и элементов сопротивлений (резис­торов) и реостатов. железохромоалюминиевые сплавы, например марок Х13Ю4 (0,15 % С; 12-15% Сг; 3,5-5,5% А1), ОХ23Ю5 (<0,05% С; 21,5-23,5% Сг; 4,6-5,3% АГ), и

  никелевые сплавы, например марок Х15Н60 - ферронихром, содержащий 25% Fe, X20H80 - нихром. Стойкость нагревателей из железохромоалюминиевых сплавов выше, чем у нихромов. Сплавы выпускают в виде проволоки и ленты, применяют для бытовых приборов (сплавы Х13Ю4, Х15Н60, Х20Н80), а также для промышленных и лабораторных печей (ОХ23Ю5).

Сплавы с заданным коэффициентом теплового расширения. Они содер­жат большое количество никеля. Сплав 36Н, называемый инваром (<0,05% Си 35—37% Ni), почти не расширяется при температурах от —60 до +100°С. Его применяют для изготовления деталей приборов, требую­щих постоянных размеров в интервале климатических изменений тем­ператур (детали геодезических приборов и др.).

Сплав 29НК, называемый коваром   (< 0,03% С; 28,5-29,5% Ni; 17-18% Со), имеет низкий коэффициент теплового расширения в интервале тем­ператур от -70° до +420°С. Его применяют для изготовления деталей, впаиваемых в стекло при создании вакуумно-плотных спаев.

Сплавы с заданными упругими свойствами. К таким сплавам относят сплав 40КХНМ (0,07-0,12% С; 15-17% Ni;19-21%Cr; 6,4-7,4% Мо;39-41%Со). Это высокопрочный с высокими упругими свойствами, немагнитный, коррозионостойкий в агрессивных средах сплав. Применяют его для изготовления заводных пружин часовых механизмов, витых цилиндрических пру­жин, работающих при температурах до 400°С.

ЦВЕТНЫЕ МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ

Наиболее распространены сплавы алюминия с медью, магнием, марганцем (дюралюмины) и алюминия с медью, магнием, марганцем и цинком (сплавы высокой прочности).

Дюралюмины маркируют буквой Д, после которой стоит цифра, обозначающая условный номер сплава. Термическая обработка дюралюминов состоит в закалке, естественном или искусственном старении. Для закалки сплавы нагревают до 500°С и охлаждают в воде. Естественное ста­рение производят при комнатной температуре в течение 5—7 сут.

Табл. 9.

Деформируемые алюминиевые сплавы

Примечание: 1. В зависимости от состояния поставки в обозначение марки добавляют следующие буквы: М — отожженные, Н — нагартованные, Т — закаленные и естественно состаренные. 2. Листы из сплавов Д1, Д16, В95 с нормальной плакировкой дополнительно маркируют буквой А

Искусственное старение проводят при 150-180°С в течение 2-4 ч. При одинаковой прочности дюралюмины, подвергнутые естественному старению, более пластичны и коррозионностойки, чем подвергнутые ис­кусственному старению. Особенностью нагрева алюминиевых сплавов при закалке является строгое поддержание температуры (±5°С), чтобы не допустить пережога и достичь наибольшего эффекта термической об­работки.

Дюралюмины не обладают необходимой коррозионной стойкостью, поэтому их подвергают плакированию. Дюралюмины выпускают в виде листов, прессованных и катаных профилей, прутков, труб. Особенно широко применяют дюралюмины в авиационной промышленности и строительстве.

Литейные алюминиевые сплавы.

Литейные сплавы содержат почти те же легирующие компоненты, что и деформируемые сплавы, но в значительно большем количестве (до 9—13% по отдельным компо­нентам). Литейные сплавы пред­назначены для изготовления фа­сонных отливок. Выпускают 35 марок литейных алюминиевых сплавов (АЛ), которые по химиче­скому составу можно разделить на 5 групп. Например, алюминий с кремнием (АЛ2, АЛ4, АЛ9) или алюми­ний с магнием (АЛ8,АЛ13,АЛ22 и др.).

Алюминиевые литейные сплавы маркируют буквами АЛ и цифрой, указывающей условный номер сплава.

  Сплавы на основе алюминия и кремния называют силуминами. Силумины обладают высокими меха­ническими и литейными свойствами: высокой жидкотекучестью, неболь­шой усадкой, достаточно высокой прочностью и удовлетворительной пластичностью. Сплавы на основе алюминия и магния имеют высокую удельную прочность, хорошо обрабатываются резанием и имеют высокую коррозионную стойкость.

Свойства алюминиевых литейных сплавов существенно зависят от способа литья и вида термической обработки. Важное значение при ли­тье имеет скорость охлаждения затвердевающей отливки и скорость ох­лаждения ее при закалке. В общем случае увеличение скорости отвода тепла вызывает повышение прочностных свойств. Поэтому механичес­кие свойства отливок при литье в кокиль (металлические литейные формы) выше, чем при литье в песчано-глинистые формы.

Литейные алюминиевые сплавы имеют более грубую и крупнозер­нистую структуру, чем деформируемые. Это определяет режимы их тер­мической обработки. Для закалки силумины нагревают до температуры 520—540"С и дают длительную выдержку (5—10 ч.), для того чтобы полнее растворить включения. Искусственное старение проводят при 150—180°С в течение 10—20ч.

Для улучшения механических свойств силумины, содержащие более 5% кремния, модифицируют натрием. Для этого в расплав добавляют 1—3% от массы сплава соли натрия (2/3NaF+1/3NaCI). При этом снижается тем­пература кристаллизации сплава и измельчается его структура.

Табл. 11.

Механические свойства латуней

Бронзы. Сплавы меди с оловом, алюминием, кремнием, марганцем, свинцом, бериллием называют бронзами. В зависимости от введенного элемента бронзы называют оловянными, алюминиевыми и т.д.

Бронзы обладают высокой стойкостью против коррозии, хорошими литейными и высокими антифрикционными свойствами и обрабатыва­емостью резанием. Для повышения механических характеристик и при­дания особых свойств бронзы легируют железом, никелем, титаном, цин­ком, фосфором. Введение марганца способствует повышению коррози­онной стойкости, никеля - пластичности, железа — прочности, цинка -улучшению литейных свойств, свинца — улучшению обрабатываемости (табл. 12).

Табл. 12.

Механические свойства бронз

Примечание. Механические свойства литейных бронз даны применительно к литью в кокиль

Бронзы маркируют буквами Бр, правее ставят элементы, входящие в бронзу: О — олово, Ц — цинк, С — свинец, А — алюминий, Ж — железо, Мц — марганец и др. Затем ставят цифры, обозначающие среднее содер­жание элементов в процентах (цифру, обозначающую содержание меди в бронзе, не ставят). Например, марка БрОЦС5-5-5 означает, что бронза содержит олова, свинца и цинка по 5%, остальное - медь (85%).

Оловянные бронзы содержат в среднем 4—6% олова, имеют высокие механические (δв= 150-350 МПа; δ=3-5%; твердость НВ 60-90), анти­фрикционные и антикоррозионные свойства; хорошо отливаются и об­рабатываются резанием. Алюминиевые бронзы содержат 4— 11% алюминия. Алюминиевые бронзы имеют высокую коррозионную стойкость, хорошие механические и технологические свойства.

Марганцовистые бронзы (БрМ Ц5) имеют сравнительно невысокие механические свойства, но обладают высокой пластичностью и хорошей сопротивляемостью коррозии, а также сохраняют механические свойства при повышенных температурах.

Свинцовистые бронзы (БрСЗО) отличаются высокими антикоррозион­ными свойствами и теплопроводностью (в четыре раза большей, чем у оловянных бронз); применяют для высоконагруженных подшипников с большими удельными давлениями.

Бериллиевые бронзы (БрБ2) после термообработки имеют высокие меха­нические свойства, например у БрБ2 σв= 1250 МПа, НВ350, высокий пре­дел упругости, хорошую коррозионную стойкость, теплостойкость. Из бериллиевых бронз изготовляют детали особо ответственного назначения.

Кремнистые бронзы (БрКН1-3, БрКМцЗ-1) применяют как замените­ли дорогостоящих бериллиевых бронз.

Сплавы меди с никелем. Медноникелевые сплавы — это сплавы на ос­нове меди, в которых основным легирующим компонентом является никель. По назначению их подразделяют на конструкционные и элект­ротехнические сплавы.

Куниалu (медь -никель -алюминий) содержат 6—13% никеля, 1,5-3% алюминия, остальное — медь. Куниали подвергают термической обработ­ке (закалка - старение). Куниали служат для изготовления деталей повы­шенной прочности, пружин и ряда электромеханических изделий.

  Нейзильберы (медь - никель - цинк) содержат 15% никеля, 20% цинка, остальное - медь. Нейзильберы имеют приятный белый цвет, близкий кцвету серебра. Они хорошо сопротивляются атмосферной коррозии; при­меняют в приборостроении и производстве часов.

Мельхиоры (медь — никель и небольшие добавки железа и марганца до 1 %) обладают высокой коррозионной стойкостью, в частности в морской воде. Их применяют для изготовления теплообменных аппаратов, штам­пованных и чеканных изделий.

Капель (медь - никель 43% — марганец 0,5%) - специальный сплав с высоким удельным электросопротивлением, используемый в электротех­нике для изготовления электронагревательных элементов.

Константан (медь — никель 40% — марганец 1,5%) имеет такое же на­значение, как и манганин.

 ЗАНЯТИЕ 14  ТИТАН, МАГНИЙ И ИХ СПЛАВЫ

Получение титана. Титан — серебристо-белый металл с высокой ме­ханической прочностью и высокой коррозионной и химической стой­костью.

 Для производства титана используют рутил, ильменит, тита­нит и другие руды, содержащие 10—40% двуокиси титана TiO2.

 После обогащения концентрат титановых руд содержит до 65% TiO2. Т iO 2 и сопутствующие окислы железа разделяют восстановительной плавкой.

В процессе плавки окислы железа и титана восстанавливаются, в резуль­тате чего получают чугун и титановый шлак, в котором содержится до 80—90% TiO2.

Титановый шлак хлорируют, в результате чего титан со­единяется с хлором в четыреххлористый титан TiCl4. Затем четыреххло­ристый титан нагревают в замкнутой реторте при температуре 950—1000°С в среде инертного газа (аргон) вместе с твердым магнием.

Магний от­нимает хлор, превращаясь в жидкий MgCl2, а твердые частицы восста­новленного титана спекаются в пористую массу, образуя титановую губку.

 Путем сложных процессов рафинирования и переплава их тита­новой губки получают чистый титан.

Технически чистый титан содер­жит 99,2-99,65% титана.

Свойства и применение титана. Прочность технически чистого титана зависит от степени его чистоты и соответствует прочности обычных кон­струкционных сталей. По коррозионной стойкости титан превосходит даже высоколегированные нержавеющие стали.

Для получения сплавов титана с заданными механическими свойства­ми его легируют алюминием, молибденом, хромом и другими элемента­ми. Главное преимущество титана и его сплавов заключается в сочета­нии высоких механических свойств (σв≥ 1500 МПа; δ=10-15%) и корро­зионной стойкости с малой плотностью.

Алюминий повышает жаропрочность и механическую прочность ти­тана. Ванадий, марганец, молибден и хром повышают жаропрочность титановых сплавов. Сплавы хорошо поддаются горячей и холодной

Табл. 13.

Механические свойства титановых сплавов

об­работке давлением, обработке резанием, имеют удовлетворительные ли­тейные свойства, хорошо свариваются в среде инертных газов. Сплавы удовлетворительно работают при температурах до 350—500°С.

По технологическому назначению титановые сплавы делят на деформируемые и литейные, а по прочности - натри группы: низкой      (σв =300-700 МПа), средней (σв=700-1000 МПа) и высокой (σв более 1000 МПа) прочности. К первой группе относят сплавы под маркой ВТ1, ко второй - ВТЗ, ВТ4, ВТ5 и др., к третьей - ВТ6, ВТ14, ВТ15(после закалки и старения).

Для литья применяют сплавы, аналогичные по составу деформируемым сплавам (ВТ5Л, ВТ14Л), а также специальные литейные сплавы. Литей­ные сплавы имеют более низкие механические свойства, чем соответству­ющие деформируемые. Титан и его сплавы, обработанные давлением, выпускают в виде прутков, листов и слитков. Титановые сплавы (табл. 13) применяют в авиационной и химической промышленности.

Получение магния. Магний - самый легкий из технических цветных металлов, его плотность 1740 кг/м³, температура плавления 650°С.

Тех­нически чистый магний - непрочный металл с низкой тепло- и электро­проводностью.

Для улучшения прочностных свойств в магний добавля­ют алюминий, кремний, марганец, тори и, церий, цинк, цирконий и под­вергают термообработке.

Для производства магния используют преимущественно карналлит

(MgCl2* КС1*6Н20), магнезит (MgCO3), доломит (CaCO3-MgCO3) и отходы ряда производств, например титанового. Карналлит подвергают обога­щению, в процессе которого отделяют КС1 и нерастворимые примеси путем перевода в водный MgC12 и КС1. После получения в вакуумкристаллизаторах искусственного карналлита его обезвоживают и электролитическим путем получают из него магний, который затем подвергают рафинированию. Технически чистый магний (первичный) содержит 99,8-99,9% магния. Маркировка и химический состав магниевых спла­вов для фасонного литья и, слитков, предназначенных для обработки давлением, регламентируются стандартами.

Свойства и применение магния. В зависимости от способа получения изделий магниевые сплавы делят на литейные и деформируемые.

Литейные магниевые сплавы применяют для изготовления деталей ли­тьем. Их маркируют буквами МЛ и цифрами, обозначающими поряд­ковый номер сплава, например МЛ5. Отливки из магниевых сплавов иногда подвергают закалке с последующим старением. Некоторые сплавы МЛ применяют для изготовления высоконагруженных деталей в авиационной промышленности: картеры, корпуса приборов, фермы шасси и т.п.

Деформируемые магниевые сплавы предназначены для изготовления полуфабрикатов (листов, прутков, профилей) обработкой давлением. Их маркируют буквами МА и цифрами, обозначающими порядковый номер сплава, например МА5. Сплавы МА применяют для изготовления различных деталей в авиационной промышленности. Ввиду низкой кор­розионной стойкости магниевых сплавов изделия и детали из них под­вергают оксидированию с последующим нанесением лакокрасочных покрытий.

Табл. 14.

Оловянно-свинцовые и оловянные припои

По температуре расплавления припои (табл. 14) подразделяют на легкоплавкие (145—450°С), среднеплавкие (450—1100°С) и высокоплавкие 1100—1850°С). К легкоплавким относят оловянно-свинцовые (ПОС), оловянные, малосурьмянистые и сурьмянистые (ПОССу) и другие при­пои; медно-цинковые (латуни) относят к среднеплавким (905-985°С), а многокомпонентные на основе железа—к высокоплавким (1190—1480°С).

Оловянно-свинцовые припои широко применяют во всех отраслях про­мышленности. Для снижения охрупчивания олова при низких темпера­турах в состав припоев вводят сурьму. Оловянно-свинцовые припои име­ют низкую коррозионную стойкость во влажной среде. В этих условиях паяные соединения необходимо защищать лакокрасочными покрытиями.

Оловянные припои имеют высокую прочность, пластичность и корро­зионную стой кость. Их применяют при пайке радиотехнической и элек­тронной аппаратуры.

Табл. 15.

Медно-цинковые припои

Медно-цинковые припои (латуни) широко применяют для пайки боль­шинства металлов (табл. 15). Для повышения прочности паяных соеди­нений в медно-цинковые припои вводят олово, никель и марганец. До­бавки олова понижают температуру плавления латуни, повышают кор­розионную стойкость и улучшают жидкотекучесть припоя.

При пайке сложных изделий со швами на вертикальной стенке при­меняют пастообразные и порошковые припои. Легкоплавкие пастооб­разные припои состоят обычно из трех частей: порошкообразного при­поя, флюса и загустителя. Так, пасту состава: припой Пор ПОССу-30-2 (70%), вазелин (20%), бензойная кислота (1,2%), аммоний хлористый (1,2%) и эмульгатор ОП-7 (0,6%) — применяют для пайки стальных, медных и никелевых изделий.

Тугоплавкие порошкообразные припои применяют для пайки твердо­сплавных пластин при производстве режущего инструмента. Состав припоя: ферромарганец (40%), ферросилиций (10%), чугунная стружка (20%), медная стружка (5%), толченое стекло (15%) — плавится при температуре 1190-1300°С.

Применение цинка. Цинк имеет хорошую коррозионную стойкость в атмосферных условиях и в пресной воде. Поэтому цинк служит для хоро­шей антикоррозионной защиты кровельного железа и изделий из него.

Чистый цинк (марок ЦВО, ЦВ1) применяют в полиграфической и авто­мобильной промышленности; цинк марки ЦВОО- в электротехнике для изготовления источников постоянного тока.

Для получения фасонных отливок применяют сплавы ЦАМ с алюми­нием (4%), медью (0,5-3,5%) и магнием (0,1%). Из сплавов ЦАМ благодаря их легкоплавкости и жидкотекучести литьем под давлением получают отливки, не требующие дополнительной обработки поверхно­сти. Деформируемые цинковые сплавы ЦАМ9-1,5, содержащие алюми­ний (9-11%), медь (1-2%), магний (0,05%), применяют для получения биметаллической антифрикционной ленты со сталью и алюминием.

Занятие 9  УГЛЕРОДИСТЫЕ И ЛЕГИРОВАННЫЕ КОНСТРУКЦИОННЫЕ СТАЛИ

Углеродистые стали подразделяют на три основные группы: стали угле­родистые обыкновенного качества, качественные углеродистые стали и уг­леродистые стали специального назначения (автоматную, котельную и др.).

Стали углеродистые обыкновенного качества. 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.

В зависимости от назначения и гарантируемых свойств углеродистые стали обыкновенного качества поставляют трех групп: А, Б, В. Индексы, стоящие справа от номера марки, означают: кп—кипящая, пс— полуспокойная, сп — спокойная сталь. Между индексом и номером марки может стоять буква Г, что означает повышенное содержание марганца. В обозначениях марок слева от букв Ст указаны группы (Б и В) стали.

По требованиям к нормируемым показателям (химического состава и механических свойств) стали обыкновенного качества подразделяют на категории. Категорию стали обозначают соответствующей цифрой пра­вее индекса степени раскисления, например Ст5ГпсЗ означает: сталь группы А, марки Ст5, с повышенным содержанием марганца, полуспо­койная, третьей категории. В случае заказа стали без указания степени раскисления, но определенной категории последняя пишется за номе­ром марки через тире, например Ст4-3. Сталь первой категории пишется без указания номера последней, например Ст4пс.

Химический состав сталей группы А не регламентируют, а гарантиру­ют их механические свойства. Стали этой группы применяют обычно для деталей, не подвергаемых в процессе изготовления горячей обработке (сварке, ковке и др.).

Cmаль группы Б поставляют по химическому составу и применяют для деталей, которые проходят в процессе изготовления термообработку и горячую обработку давлением (штамповку, ковку). Механические свойства стали группы Б не гарантируют.

Сталь группы В поставляют по механическим свойствам, соответству­ющим нормам Для стали группы А, и по химическому составу, соответ­ствующему нормам для стали группы Б. Сталь группы В используют в основном для сварных конструкций.

Стали углеродистые качественные конструкционные. От сталей обык­новенного качества они отличаются меньшим содержанием серы, фос­фора и других вредных примесей, более узкими пределами содержания углерода в каждой марке и большинстве случаев более высоким содер­жанием кремния (Si) и марганца (М n).

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%). Табл. 3.

Механические свойства качественной конструкционной стали

Сталь углеродистую качественную поставляют катаной, кованой, ка­либрованной, круглой с особой отделкой поверхности (серебрянка).

Стали углеродистые специального назначения. К этой группе относят ста­ли с хорошей и повышенной обрабатываемостью резанием (автоматные стали).

Автоматные стали маркируют буквой А и цифрами, показывающими среднее содержание углерода в сотых долях процента. Применяют сле­дующие марки автоматной стали: А12,А20, АЗО, А40Г.

Познавательные статьи:



Организация работы процедурного кабинета

Статус республик в составе РФ

Понятие финансов, их функции и особенности

Сущность демографической политии