Рекомендована література

[1. с. 403 –434, 434 – 443, 478 – 524; 3. с. 192– 210, 221 – 238; 4. с. 85 – 129; 5. с. 105 – 111, 267 – 294; 6. с. 108 – 124, 124 – 132 ]

Класифікація сталей за наступними ознаками:

а) за хімічним складом (вмістом вуглецю) сталі поділяють на низьковуглецеві (до 0,3 % С), середньовуглецеві (0,3...0,6 % С) та високовуглецеві (понад 0,6 % С). Крім того, сталі містять крім вуглецю до 0,4 % Si, 0,5…0,8 % Mn і по 0,2...0,6 % S і P. Кремній і марганець є корисними домішками, розчиняючись у фериті, зміцнюють сталь. Сірка і фосфор – небажані домішки, від них намагаються позбутися. Сталі, в яких містяться спеціально введені домішки (легуючі елементи), що змінюють їх властивості називаються легованими.

б) за призначенням всі вуглецеві сталі поділяють на конструкційні (С≤ 0,8 %) та інструментальні (С ≥ 0,8 %). Існують також леговані сталі. У легованих сталях легуючі елементи змінюють їх властивості. Легуючі елементи підвищують міцність сталі. Найбільше зміцнюють кремній, марганець і нікель.

У якісних конструкційних сталях міститься менше сірки та фосфору (≤0,04 %). Ці сталі маркують числами 08, 10, 15, 20, ..., 85, що вказують середній вміст вуглецю в сотих долях відсотка.

Число на початку марки конструкційної сталі вказує на вміст вуглецю у сотих долях відсотка, цифри після букв – середній вміст позначеного буквами елемента у відсотках, наприклад, 18Х2Н4В (0,18 % С, 2 % Cr, 4 % Ni, 1 % W).

Інструментальні сталі поділяють на якісні: У7, У8...У12, У13 та високоякісні: У7А, У8А...У12А, У13А. Числа в марці сталі вказують на вміст вуглецю у десятих долях відсотка. Інструментальні сталі використовують для виготовлення різальних, вимірювальних та інших інструментів.

в) за якістю та способами розкислення сталі поділяють в залежності від вмісту в них шкідливих домішок – сірки та фосфору. До сталей звичайної якості відносять сталі з вмістом до 0,04...0,06 % сірки та фосфору. Позначають їх буквами Ст і цифрою – номером сталі, наприклад Ст1, Ст3, а таж вказується ступінь розкислення сталі: кипляча (кп), напівспокійна (пс), спокійна (сп), наприклад, Ст2кп, Ст4сп.

г) способом виробництва вуглецеві сталі звичайної якості випускаються гарячо- та холоднокатаними, у вигляді заготовок з установок безперервного лиття, труб, поковок, штамповок, стрічки, дроту. Вуглецева якісна сталь випускається гарячекатаною і кованою.

д) будовою сталі можуть бути відповідно перлітні, карбідні, феритні, аустенітні та мартенситні. Вони відрізняються механічними та технологічними властивостями.

Поняття про чавуни, їх класифікація за видом зламу і структурою.Як вуглецеві сталі чавуни містять постійні домішки, але в більших кількостях (3...3,5 % С; 1,5...3,0 %Si; біля 0,5 %Mn; до 0,12 %Sта 0,3 %P). Графіт у сірому чавуні виділяється у вигляді пластинок, пластівців та кульок.

Чавуни з пластинчастим графітом називають звичайними сірими. Механічні властивості чавунів обумовлені їх структурою, що визначається не тільки хімічним складом, але й умовами затвердіння. Тому в марках чавунів зазначається їх властивості. Наприклад, марка сірого чавуну СЧ15 визначається: звичайний сірий чавун (СЧ) з межею міцності на розтяг 15 МПа.

Ковкічавуни одержують з білих. При тривалому відпалюванні цементит розпадається з виділенням графіту у вигляді пластівців. Такі включення роблять чавун міцнішим і пластичнішим сірого чавуну і збільшують ударну в’язкість. Позначають ковкий чавун буквами КЧ, перше число в марці вказує межу міцності на розтяг, друге – відносне видовження, наприклад, КЧ 33-8.

Високоміцнічавуни містять графітні включення кулястої форми. Механічні властивості таких чавунів значно вищі: межа міцності на розтяг досягає 1200МПа, відносне видовження складає 2...17 %, а ударна в’язкість – 0,2...0,6МДж/м². такий чавун у ряді випадків може замінювати сталь. Позначають його буквами ВЧ і числом – межею міцності на розтяг, наприклад, ВЧ 80.

Вплив домішок чавуну на його структуру і властивості. Більша частина вуглецю в сірому чавуні знаходить у вигляді пластинок (луски) графіту, що частково розмежовує металічну суцільність сплаву (звідси крихкість). До складу чавуну входитькремній(масовий вміст – 0,8...3,6 %) як компонент, що сприяє утворенню сірого чавуну. Утворюючи з залізом силіциди сприяє виділенню графіту. Зменшення таким чином в чавуні цементиту покращує оброблюваність його різальними інструментами. При цьому також знижується температура плавлення і покращення формоутворенню відливок.

Марганецьзбільшує стійкість карбіду заліза при затвердінні і охолодженні чавуну.

Сірказнижує рідкотекучість чавуну, роблячи його густим, що погано заповнює форму, надає чавуну крихкість. Максимально допустимий вміст сірки в ливарному чавуні до 0,07 %.

фосфорстворю в чавуні тверду і крихку фосфідну евтектику. Фосфор також знижує температуру плавлення, збільшує його рідкотекучість і зменшує усадку. Це дає можливість одержувати із фосфористого чавуну тонкі відливки з чистою і гладкою поверхнею, що використовують при художньому литті.

Вплив домішок на властивості вуглецевих сталей. Крім вуглецю у складі вуглецевої сталі завжди присутні кремній, марганець, сірка і фосфор, які певним чином впливають на властивості сталі. З підвищення масового вмісту вуглецю твердість, часовий опір σ_ві межа пружності σ_прзростають, разом з тим відносне видовження δ зменшується.

Постійні домішки сталі звичайно містяться в межах (%): кремній – до 0,5; сірка – до 0,05; марганець – до 0,7; фосфор – до 0,05.

Кремнійімарганецьв зазначених межах суттєво на властивості сталі не впливають. З підвищенням їх масового вмісту спостерігається зростання твердості і міцності сталі. Це вже вважаються сталі легованими.

Сірка являється шкідливою домішкою, бо утворені нею хімічні сполуки з залізом підвищують червонокрихкість сталі, знижується пластичність і міцність, опір стиранню і корозійна стійкість.

Фосфорпридає сталі холодноламкість (крихкість при звичайній та пониженій температурі).

Поняття про леговану сталь. Низка механічних властивостей як міцність, в’язкість, жаро- та холодостійкість вуглецевих сталей у багатьох випадках не задовольняють умови роботи деталей машин в машинобудуванні та інструментального виробництва.

Покращити властивості сталей можна шляхом введення в них легуючих елементів. Такі сталі називають легованими.

Розподіл легуючих елементів у сталях. Для легування сталі застосовують наступні елементи, які позначають відповідними буквами: Х – хром, Н – нікель, Г – марганець, С – кремній, В – вольфрам, М – молібден, Ф – ванадій, К – кобальт, Т – титан, Ю – алюміній, Д – мідь, П – фосфор та ін.

Якщо в сталь ввести один легуючий елемент, то сталь називають по цьому елементу, таку сталь називають потрійною, бо вона містить залізо, вуглець і легуючий елемент. Із потрійних сталей застосовують хромисту, марганцеву та кремнієву. При наявності в сталі двох і більше легуючих елементів утворюється складнолегована сталь (хромонікелева, хромокремністованадієва та ін.). Хром, кремній і марганець присутні у більшості легованих сталей.

За сумарним масовим вмістом легуючих елементів можуть бути низьколеговані (до 2,5 %), середньолеговані (2,5...10 %) та високолеговані (більше 10 %) сталі.

Класифікація легованих сталей. Леговані сталі поділяють на конструкційні, інструментальні та зі спеціальними фізичними властивостями. Доконструкційних легованихсталей належать сталі, які застосовуються для виготовлення цементуючих та покращених термообробкою деталей машин, пружин, шарикопідшипників, жароміцні, зносо- та корозійностійкі сталі. Ці сталі легуються різними елементами:Cr,Ni,Mn,Si,Mo,Ti,Alі ін.

До інструментальнихвідносяться сталі для різального, штампувального, вимірювального інструменту, які повинні володіти значною твердістю та зносостійкістю. Тому їх легують в основному елементами, що утворюють карбіди –Cr, W, V, Mo та ін.

До сталей зі спеціальними властивостями належать магнітні матеріали з високим електричним опором, з заданим коефіцієнтом лінійного розширення, з особливими пружними властивостями. В цих матеріалах переважно значний вміст Ni, Cr, Coі ін.

Вплив легуючих елементів на властивості сталей. Різні легуючі елементи по різному впливають на властивості сталей. Так, скажімо, легування сталі нікелем підвищує його прожарюваність (прогартованість), цьому ж сприяє і домішки марганцю, молібдену, хрому, бора. Нікель до того ж підвищує в’язкість і пластичність сталі, знижує температуру порогу холодноламкості. Або, наприклад, домішки алюмінію затримують ріст зерен аустеніту, молібден і вольфрам підвищують стійкість сталі до відпускання тощо.

Вплив легуючих елементів на фазові перетворення в сталі.Введення більшості легуючих елементів визначає підвищення точок початку і кінця кристалізації, що забезпечую можливість підвищення температури нагрівання легованої сталі для загартування. Леговані сталі мають меншу теплопровідність і потребують біль тривалої витримки для фазових перетворень. Багато легуючих елементів підвищують стійкість мартенситу проти відпускання, тому для досягнення потрібної міцності леговані сталі при відпусканні нагрівають до більш високих температур, ніж вуглецеві.

Характеристика легованих конструкційних сталей, їх позначення і застосування. Конструкційні низьколеговані сталі загального призначення містять 1,5 – 2,5 % легуючих елементів, які визначають покращення механічних властивостей сталі порівняно з вуглецевими.

Для важких умов тривалих і вібраційних навантажень рекомендовані сталі марок 10ХСНД, 15ХСНД, термооброблена сталь 10Г2С; для конструкцій без динамічних навантажень – 14Г2, 14Г2АФ, для труб великого діаметра газогонів – 17ГС, 14Г2САФ ін.

Низьколеговані сталі широко використовуються в авто- та суднобудуванні.

Конструкційні сталі виробляють покращеними (термооброблені), цементуючими (з підвищеними твердістю та зносостійкістю поверхневого шару), автоматними (з добрими властивостями при механічній обробці).

Характеристика легованих інструментальних сталей, їх позначення і застосування. Як уже зазначалося до інструментальних відносяться сталі для різального, штампувального, вимірювального інструменту, які повинні володіти значною твердістю та зносостійкістю.

Для ударно-штампувального інструмента використовують високолеговану хромисту сталь, наприклад, марок Х12 (2,0...2,2 % С і 11,5...13,0 % Cr), Х12ВМ і ін. Для різального інструменту використовують: різці, свердла, фрези – сталь 9ХС, для мітчиків, свердел, розверток – ХВГ, 9Х5ВФ, для різання твердих матеріалів – ХВ5.

Швидкорізальна сталь – це високолегована сталь, що володіє червоностійкістю, тобто не втрачає твердість при нагріванні до 600-640 ^оС. До таких сталей належать сталі марок Р18, Р12, Р5М5, Р14Ф4, Р9К10 та ін. Зокрема, різання конструкційних матеріалів використовують сталі Р9, Р12, Р18; для різьбонарізних інструментів – Р6М5; для обробки в’язких матеріалів – Р18К5Ф2 та ін.

Характеристика легованих спеціальних сталей, їх позначення і застосування. Сталі спеціального призначення (шарикопідшипникові,високоміцнітазносостійкі,корозійностійкі,жаростійкіт ін.) виготовляють введенням різного сполучення легуючих елементів та виконанням відповідної термічної обробки.

Заслуговують на увагу сталі з особливими властивостями, зокрема, магнітном’якісталі. З них виготовляють осердя трансформаторів, полюсів електромагнітів, реле та роторів електродвигунів.

Магнітнотверді сталі марок ЕХ3, ЕХ5К5, а також У8 та У10 застосовують для виготовлення постійних магнітів.

Нікелеві сплави (ніхроми) марки Х20Н80 (20 % Cr, 80 %Ni) мають значний питомий опір і використовуються для виготовлення електропечей та побутових нагрівачів.

Для виготовлення деталей приладів з незалежними розмірами від температури використовують залізонікелеві сплави, наприклад, 18ХТФ.

1. Лекція 1.5Кольорові метали та їх сплави: маркування, склад, будова, властивості, застосування.

Мета: Ознайомити студентів із будовою, маркуванням, властивостями кольорових металів і сплавів, їх застосуванням.

1. Класифікація кольорових металів.

2. Властивості і застосування міді.

3. Характеристика сплавів на основі міді.

4. Маркування та властивості латуней і бронз. Застосування сплавів на основі міді, зокрема, в суднобудуванні.

5. Властивості і застосування алюмінію.

6. Характеристика сплавів на основі алюмінію.

7. Маркування та властивості дюралюмінію та силуміну. Застосування сплавів на основі алюмінію, зокрема, в суднобудуванні.

8. Титан і характеристика сплавів на основі титану.

9. Характеристика сплавів на основі магнію.

10. Маркування та властивості сплавів на основі титану та магнію. Застосування сплавів на основі титану і магнію, зокрема, в суднобудуванні.