Стали, чугуны и цветные металлы

« Стали, чугуны и цветные металлы.

Классификация и маркировка. »

Содержание.

Введение.

1. Классификация и маркировка сталей.

2. Классификация и маркировка чугунов.

3. Классификация и маркировка цветных металлов.

Введение.

Используемые в технике металлы принято подразделять на две основные группы – черные и цветные. К черным металлам относят железо и его сплавы (чугун, сталь, ферросплавы). Остальные металлы и их сплавы составляют группу цветных.

Из металлов особое значение имеют железо и его сплавы, являющиеся до настоящего времени основным машиностроительным материалом. В общемировом производстве металлов свыше 90% приходится на железо и его сплавы. Это связано с тем, что железные руды широко распространены в природе, а производство чугуна и стали сравнительно дешево и просто.

Наряду с черными металлами важное значение в технике имеют и цветные металлы. Это объясняется рядом важных физико – химических свойств , которыми не обладают черные металлы. Наиболее широко используют в самолетостроении, радиотехнике, электронике и в других отраслях промышленности медь , алюминий, магний, никель ,титан, вольфрам и другие цветные металлы.

1. Классификация и маркировка сталей

Сталями принято называть сплавы железа с углеродом, содержание до 2,14% углерода. Кроме того, в состав сплава обычно входят марганец, кремний, сера и фосфор; некоторые элементы могут быть введены для улучшения физико-химических свойств специально (легирующие элементы).

Стали, классифицируют по самым различным признакам. Мы рассмотрим следующие:

1. Химический состав.

В зависимости от химического состава различают стали углеродистые (ГОСТ 380-71, ГОСТ 1050-75) и легированные (ГОСТ 4543-71, ГОСТ 5632-72, ГОСТ 14959-79). В свою очередь углеродистые стали могут быть:

A) малоуглеродистыми, т. е. содержащими углерода менее 0,25%;

Б) среднеуглеродистыми, содержание углерода составляет 0,25-0,60%

B) высокоуглеродистыми, в которых концентрация углерода превышает 0,60%

Легированные стали подразделяют на:

а) низколегированные содержание легирующих элементов до 2,5%

б) среднелегированные, в их состав входят от 2,5 до 10% легирующих элементов;

в) высоколегированные, которые содержат свыше 10% легирующих элементов.

2. Назначение.

По назначению стали бывают:

1. конструкционные, предназначенные для изготовления строительных и машиностроительных изделий.

2. Инструментальные, из которых изготовляют режущий, мерительный, штамповый и прочие инструменты. Эти стали содержат более 0,65% углерода.

3. С особыми физическими свойствами, например, с определенными магнитными характеристиками или малым коэффициентом линейного расширения: электротехническая сталь, суперинвар.

4. С особыми химическими свойствами, например, нержавеющие, жаростойкие или жаропрочные стали.

3. Качество.

В зависимости от содержания вредных примесей: серы и фосфора-стали подразделяют на:

1. Стали обыкновенного качества, содержание до 0.06% серы и до 0,07% фосфора.

2. Качественные - до 0,035% серы и фосфора каждого отдельно.

3. Высококачественные - до 0.025% серы и фосфора.

4. Особовысококачественные, до 0,025% фосфора и до 0,015% серы.

4. Степень раскисления.

1. По степени удаления кислорода из стали, т. е. По степени её раскисления, существуют:

1. спокойные стали, т. е., полностью раскисленные; такие стали обозначаются буквами “сп” в конце марки (иногда буквы опускаются);

2. кипящие стали - слабо раскисленные; маркируются буквами "кп";

3. полу спокойные стали, занимающие промежуточное положение между двумя предыдущими; обозначаются буквами "пс".

Сталь обыкновенного качества подразделяется еще и по поставкам на 3 группы:

1. сталь группы А поставляется потребителям по механическим свойствам (такая сталь может иметь повышенное содержание серы или фосфора);

2. сталь группы Б - по химическому составу;

3. сталь группы В - с гарантированными механическими свойствами и химическим составом.

В зависимости от нормируемых показателей (предел прочности σ, относительное удлинение δ%, предел текучести δ_т, изгиб в холодном состоянии) сталь каждой группы делится на категории, которые обозначаются арабскими цифрами.

Стали обыкновенного качества обозначают буквами "Ст" и условным номером марки (от 0 до 6) в зависимости от химического состава и механических свойств. Чем выше содержание углерода и прочностные свойства стали, тем больше её номер. Буква "Г" после номера марки указывает на повышенное содержание марганца в стали. Перед маркой указывают группу стали, причем группа "А" в обозначении марки стали не ставится. Для указания категории стали к обозначению марки добавляют номер в конце соответствующий категории, первую категорию обычно не указывают.

Например:

Ст1кп2 - углеродистая сталь обыкновенного качества, кипящая, № марки 1, второй категории, поставляется потребителям по механическим свойствам (группа А);

ВСт5Г - углеродистая сталь обыкновенного качества с повышенным содержанием марганца, спокойная, № марки 5, первой категории с гарантированными механическими свойствами и химическим составом (группа В);

Вст0 - углеродистая сталь обыкновенного качества, номер марки 0, группы Б, первой категории (стали марок Ст0 и Бст0 по степени раскисления не разделяют).

Качественные стали маркируют следующим образом:

1. в начале марки указывают содержание углерода цифрой, соответствующей его средней концентрации;

а) в сотых долях процента для сталей, содержащих до 0,65% углерода;

05кп – сталь углеродистая качественная, кипящая, содержит 0,05% С;

60 – сталь углеродистая качественная, спокойная, содержит 0,60% С;

б) в десятых долях процента для индустриальных сталей, которые дополнительно снабжаются буквой "У":

У7 – углеродистая инструментальная, качественная сталь, содержащая 0,7% С, спокойная (все инструментальные стали хорошо раскислены);

У12 - углеродистая инструментальная, качественная сталь, спокойная содержит 1,2% С;

2) легирующие элементы, входящие в состав стали, обозначают русскими буквами:

А – азот К – кобальт Т – титан Б – ниобий М – молибден Ф- ванадий

В – вольфрам Н – никель Х – хром Г – марганец

П – фосфор Ц – цирконий Д – медь Р – бор Ю – алюминий

Е – селен С – кремний Ч – редкоземельные металлы

Если после буквы, обозначающей легирующий элемент, стоит цифра, то она указывает содержание этого элемента в процентах. Если цифры нет, то сталь содержит 0,8-1,5% легирующего элемента, за исключением молибдена и ванадия (содержание которых в солях обычно до 0,2-0,3%), а также бора (в стали с буквой Р его должно быть не менее 0,0010%).

Примеры:

14Г2 – низко легированная качественная сталь, спокойная, содержит приблизительно 14% углерода и до 2,0% марганца.

03Х16Н15М3Б - высоко легированная качественная сталь, спокойная содержит 0,03% C, 16,0% Cr, 15,0% Ni, до З,0% Мо, до 1,0% Nb.

Высококачественные и особовысококачественные стали.

Маркируют, так же как и качественные, но в конце марки высококачественной стали ставят букву А, (эта буква в середине марочного обозначения указывает на наличие азота, специально введённого в сталь), а после марки особовысококачественной - через тире букву "Ш".

Например:

У8А - углеродистая инструментальная высоко качественная сталь, содержащая 0,8% углерода;

30ХГС-III – особовысококачественная среднелегированная сталь, содержащая 0,30% углерода и от 0,8 до 1,5% хрома, марганца и кремния каждого.

Отдельные группы сталей обозначают несколько иначе.

Шарикоподшипниковые стали маркируют буквами "ШХ", после которых указывают содержание хрома в десятых долях процента:

ШХ6 - шарикоподшипниковая сталь, содержащая 0,6% хрома;

ШХ15ГС - шарикоподшипниковая сталь, содержащая 1,5% хрома и от 0,8 до 1,5% марганца и кремния.

Быстрорежущие стали (сложнолегированные) обозначают буквой "Р", следующая за ней цифра указывает на процентное содержание в ней вольфрама:

Р18-быстрорежущая сталь, содержащая 18,0% вольфрама;

Р6М5К5-быстрорежущая сталь, содержащая 6,0% вольфрама 5,0% молибдена 5,0% кобальта.

Автоматные стали обозначают буквой "А" и цифрой, указывающей среднее содержание углерода в сотых долях процента:

А12 - автоматная сталь, содержащая 0,12% углерода (все автоматные стали имеют повышенное содержание серы и фосфора);

А40Г - автоматная сталь с 0,40% углерода и повышенным до 1,5% содержанием

2.Классификация и маркировка чугунов

Чугун отличается от стали по составу – более высоким содержанием углерода, по технологическим свойствам – лучшими литейными качествами, малой способностью к пластической деформации (в обычных условиях не поддается ковке ). Чугун дешевле стали.

Чугунами называют железоуглеродистые сплавы с содержанием углерода от 2 до 6,67 %.однако применяемые чугуны содержат углерода не более 4,3 %, редко _ до 5 %.

Изделия из чугуна получают главным образом путем литья (чугунные отливки), хотя имеются данные о том, что чугуны можно при определенных условиях подвергать горячей обработке давлением, после которой механические свойства чугунов повышаются, приближаясь к свойствам высококачественной углеродистой конструкционной стали.

Высокие литейные свойства, хорошая обрабатываемость резанием и небольшая стоимость обеспечивают широкое применение серых, высокопрочных и ковких чугунов.

Структура белых чугунов образуется у железоуглеродистых сплавов, содержащих углерода более 2 %, при их относительно быстром охлаждении. Важнейшей структурной составляющей белых чугунов, определяющей их свойства, является ледебурит. При комнатной температуре ледебурит представляет эвтектическую смесь перлита и цементита. Наибольшее влияние на свойства белых чугунов оказывает цементит. Чем больше цементита в структуре белого чугуна, тем выше его твердость и хрупкость.

Применение белых чугунов для деталей машин ограничено из-за их невысоких литейных свойств и плохой обрабатываемости резанием. Поэтому белые чугуны используют в основном как предельные (для производства стали), а также для производства ковких чугунов.

Серые чугуны. Их получают при медленном охлаждении железоулеродистых сплавов, содержащих углерода более 2 %.

Основной структурной составляющей серых чугунов, определяющей их свойства, является графит. Процесс кристаллизации графита называют графитизацией. Графит может выделяться как непосредственно из жидкого раствора, так и из аустенита и цементита.

На процесс графитизации, кроме скорости охлаждения, температуры нагрева и других технологических факторов, оказывает влияние содержание различных элементов. Одни элементы, как кремний , углерод, алюминий, титан, способствуют графитизации, другие, например , марганец, сера, хром, затрудняют ее и способствуют отбеливанию, т.е. производству белого чугуна.

Основными элементами, влияющими на графитизацию, помимо углерода, являются кремний и марганец. Кремний способствует графитизации и улучшает литейные свойства; его содержание в серых чугунах составляет от 0,5 до 4,5 %. Марганец, наоборот, способствует отбеливанию и ухудшает литейные свойства; поэтому его содержание в серых чугунах допускается от 0,5 до 1%.Сера является вредной примесью в чугуне: она затрудняет графитизацию и ухудшает литейные свойства; в серых чугунах ее содержание ограничивают 0,07 %.Фосфор в небольших количествах улучшает литейные свойства чугуна: содержание его составляет от 0,5 до 1%.В небольших количествах присутствуют также газы.

Структура серых чугунов состоит их стальной основы и выделений графита. По структуре стальной основы серые чугуны розделяют на четыре группы:

1) ферритные; структура феррит и графит;

2) ферритно-перлитные; структура феррит, перлит и графит;

3)перлитные; структура перлит и графит;

4) перлитно-цементитные; структура перлит,

цементит и графит.

Наибольшее влияние на механические свойства серых чугунов оказывают выделения графита.

Имея малую прочность, графит ослабляет стальную основу; его влияние на чугун подобно действию надрезов. Поэтому чем больше графита в структуре, тем ниже прочность серого чугуна. Однако механические свойства серого чугуна зависят и не только от количества, но и от формы, величины и расположения графитных выделений. В серых чугунах выделения графита имеют форму пластинок. Чем крупнее пластинки графита, тем ниже механические свойства серого чугуна.

По физико-механическим характеристикам серые чугуны условно можно разделить на четыре группы: малой прочности, повышенной прочности, высокой прочности и со специальными свойствами.

Серый чугун малой прочности имеет в основе микроструктуру феррита или феррита и перлита с пластинчатым графитом. Такой чугун обладает прочностью на растяжение 300Мпа и соответствует маркам до СЧ-30.В марке буквы сокращенно обозначают наименование чугуна, а следующая за ними двухзначная цифра – предел прочности на растяжение.

Серый чугун повышенной прочности имеет перлитную основу и более мелкое, завихренное строение графита. Он соответствует маркам от СЧ 35 до СЧ 40. Прочность этих чугунов обеспечивается легированием модифицированием чугуна.

Легированный серый чугун имеет мелкозернистую структуру небольших количеств никеля и хрома, молибдена, а иногда титана или меди.

Модифицированный серый чугун имеет однородное строение по сечению отливки и более мелкую завихренную форму графита. В структуре отливок из модифицированного серого чугуна не содержится ледебуритного цементита. Вследствие малого количества вводимого в чугун модификатора его химический состав практически остается неизменным.

Серые чугуны имеют низкий предел прочности на растяжение и высокие предел прочности на сжатие и твердость; поэтому их в основном используют для изготовления деталей, работающих на сжатие и подвергающихся износу (станины и суппорты станков, стойки и р.) Пластические свойства серого чугуна низкие. По литейным качествам серые чугуны превосходят стали. Серые чугуны хорошо обрабатываются резанием.

Ковкий чугун. Ковкий чугун - условное название более пластичного чугуна по сравнению с серым. Ковкий чугун никогда не куют. Отливки их ковкого чугуна получают длительным отжигом отливок из белого чугуна с перлитно - цементитной структурой. При отжиге цементит белого чугуна распадается с образованием графита хлопьевидной формы.

В зависисимости от структуры металлической основы различают ковкий ферритный чугун и ковкий перлитный чугун.

В зависимости от предела прочности ковкий чугун (ГОСТ 1215 –79) разделяют на следующие марки: КЧ 30 –6 (163), КЧ 33 – 8 (163),КЧ 35-10 (163),КЧ 37 – 12

(163)-ферритные черносердечные и КЧ 45 – 6 (241),

КЧ 50 – 4 (241), КЧ 56 – 4 (269),КЧ 60 – 3(269), КЧ 63 –2 (269) - перлитные светлосердечные.

Ковкий чугун широко применяют в автомобильном, сельскохозяйственном и текстильном машиностроении. Из него изготовляют детали высокой прочности, способные воспринимать повторно-переменные и ударные нагрузки и работающие в условиях повышенного износа. Широкое распространение ковкого чугуна, занимающего по механическим свойствам промежуточное положение между серым чугуном и сталью, обусловлено лучшими по сравнению со сталью литейными свойствами исходного белого чугуна, что позволяет получать отливки сложной формы. Ковкий чугун характеризуется достаточно высокими антикоррозионными свойствами и хорошо работает в среде влажного воздуха, топочных газов и воды.

III Классификация и маркировка цветных сплавов.

1. Медь и её сплавы.

Технически чистая медь обладает высокими пластичностью и коррозийной стойкостью, малым удельным электросопротивлением и высокой теплопроводностью. По чистоте медь подразделяют на марки (ГОСТ 859-78):

Марка	МВЧк	MOO	МО	Ml	М2	МЗ
Содержание Cu+Ag, не менее %	99,993	99,99	99,95	99,9	99,7	99,5

После обозначения марки указывают способ изготовления меди: к - катодная, б – бес кислородная, р - раскисленная. Медь огневого рафинирования не обозначается.

МООк - технически чистая катодная медь, содержащая не менее 99,99% меди и серебра.

МЗ - технически чистая медь огневого рафинирования, содержит не менее 99,5%меди и серебра.

Медные сплавы разделяют на бронзы и латуни.

Бронзы- это сплавы меди с оловом (4 - 33% Sn, хотя бывают без оловянные бронзы), свинцом (до 30% Pb), алюминием (5-11% AL), кремнием (4-5% Si), сурьмой и фосфором (ГОСТ 493-79 , ГОСТ 613-79, ГОСТ 5017-74, ГОСТ 18175-78).

Латуни - сплавы меди с цинком (до 50% Zn) и небольшими добавками алюминия, кремния, свинца, никеля, марганца (ГОСТ 15527-70, ГОСТ 17711-80). Медные сплавы предназначены для изготовления деталей методами литья, называют литейными, а сплавы, предназначенные для изготовления деталей пластическим деформированием - сплавами, обрабатываемыми давлением.

Медные сплавы обозначают начальными буквами их названия (Бр или Л), после чего следуют первые буквы названий основных элементов, образующих сплав, и цифры, указывающие кол-во элемента в процентах. Приняты следующие обозначения компонентов сплавов:

А – алюминий Мц - марганец С - свинец Б - бериллий

Мг – магний Ср – серебро Ж - железо Мш - мышьяк

Су – сурьма К – кремний Н – никель Т – титан

Кд – кадмий О – олово Ф – фосфор Х – хром

Ц - цинк

Примеры:

БрА9Мц2Л - бронза, содержащая 9% алюминия, 2% Mn, остальное Cu ("Л"' указывает, что сплав литейный);

ЛЦ40Мц3Ж - латунь, содержащая 40% Zn, 3% Mn, ~l% Fe, остальное Cu;

Бр0Ф8,0-0,3 - бронза на ряду с медью содержащая 8% олова и 0,3% фосфора;

ЛАМш77-2-0,05 - латунь содержащая 77% Cu, 2% Al, 0,055 мышьяка, остальное Zn (в обозначении латуни, предназначенной для обработки давлением, первое число указывает на содержание меди).

В несложных по составу латунях указывают только содержание в сплаве меди:

Л96 - латунь содержащая 96% Cu и ~4% Zn (томпак);

Лб3 - латунь содержащая 63% Cu и -37% Zn.

2. Алюминий и его сплавы.

Алюминий - легкий металл, обладающий высокими тепло - и электропроводностью, стойкий к коррозии. В зависимости от степени частоты первичный алюминий согласно ГОСТ 11069-74 бывает особой (А999), высокой (А995, А95) и технической чистоты (А85, А7Е, АО и др.). Алюминий маркируют буквой А и цифрами, обозначающими доли процента свыше 99,0% Al; буква "Е" обозначает повышенное содержание железа и пониженное кремния.

А999 - алюминий особой чистоты, в котором содержится не менее 99,999% Al;

А5 - алюминий технической чистоты, в котором 99,5% алюминия.

Алюминиевые сплавы разделяют на деформируемые и литейные. Те и другие могут быть не упрочняемые и упрочняемые термической обработкой.

Деформируемые алюминиевые сплавы хорошо обрабатываются прокаткой, ковкой, штамповкой. Их марки приведены в ГОСТ4784-74. К деформируемым алюминиевым сплавам не упрочняемым термообработкой, относятся сплавы системы Al-Mn и AL-Mg: Aмц; АмцС; Амг1; АМг4,5; Амг6. Аббревиатура включает в себя начальные буквы, входящие в состав сплава компонентов и цифры, указывающие содержание легирующего элемента в процентах. К деформируемым алюминиевым сплавам, упрочняемым термической обработкой, относятся сплавы системы Al-Cu-Mg с добавками некоторых элементов (дуралюны, ковочные сплавы), а также высокопрочные и жаропрочные сплавы сложного хим. состава. Дуралюмины маркируются буквой "Д" и порядковым номером, например: Д1, Д12, Д18, АК4, АК8.

Чистый деформируемый алюминий обозначается буквами "АД" и условным обозначением степени его чистоты: АДоч (=99,98% Al), АД000(=99,80% Аl), АД0(99,5% Аl), АД1 (99,30% Al), АД(=98,80% Аl).

Литейные алюминиевые сплавы (ГОСТ 2685-75) обладает хорошей жидко-текучестью, имеет сравнительно не большую усадку и предназначены в основном для фасонного литья. Эти сплавы маркируются буквами "АЛ" с последующим порядковым номером: АЛ2, АЛ9, АЛ13, АЛ22, АЛЗО.

Иногда маркируют по составу: АК7М2; АК21М2, 5Н2,5; АК4МЦ6. В этом случае "М" обозначает медь. "К" - кремний, "Ц" - цинк, "Н" - никель; цифра - среднее % содержание элемента.

Из алюминиевых антифрикционных сплавов (ГОСТ 14113-78) изготовляют подшипники и вкладыши как литьем так и обработкой давлением. Такие сплавы маркируют буквой "А" и начальными буквами входящих в них элементов: А09-2, А06-1, АН-2,5, АСМТ. В первые два сплава входят в указанное количество олова и меди (первая цифра-олово, вторая-медь в %), в третий 2,7-3,3% Ni и в четвертый медь сурьма и теллур.

3. Титан и его сплавы.

Титан - тугоплавкий металл с невысокой плотностью. Удельная прочность титана выше, чем у многих легированных конструкционных сталей, поэтому при замене сталей титановыми сплавами можно при равной прочности уменьшить массу детали на 40%. Титан хорошо обрабатывается давлением, сваривается, из него можно изготовить сложные отливки, но обработка резанием затруднительна. Для получения сплавов с улучшенными свойствами его легируют алюминием, хромом, молибденом. Титан и его сплавы маркируют буквами "ВТ" и порядковым номером:

ВТ1-00, ВТЗ-1, ВТ4, ВТ8, ВТ14.

Пять титановых сплавов обозначены иначе:

0Т4-0, 0Т4, 0Т4-1, ПТ-7М, ПТ-3В.

4. Магний и его сплавы.

Среди промышленных металлов магний обладает наименьшей плотностью(1700 кг/м³). Магний и его сплавы неустойчивы против коррозии, при повышении температуры магний интенсивно окисляется и даже самовоспламеняется. Он обладает малой прочностью и пластичностью, поэтому как конструкционный материал чистый магний не используется. Для повышения химико-механических свойств в магниевые сплавы вводят алюминий, цинк, марганец и другие легирующие добавки.

Магниевые сплавы подразделяют на деформируемые (ГОСТ 14957-76) и литейные (ГОСТ 2856-79). Первые маркируются буквами "МА", вторые "МЛ". После букв указывается порядковый номер сплава в соответствующем ГОСТе.

Например:

МА1-деформируемый магниевый сплав №1;

МЛ19-литейный магниевый сплав №19

Список использованной литературы:

«Металловедение и термическая обработка»

К.М. Погодина – Алексеева.

«Металловедение»

А.П. Гуляев.

«Материаловедение»

Ю.С. Козлов

20