Качество конструкционных углеродистых сталей
Качество конструкционных углеродистых сталей определяется наличием в стали вредных примесей фосфора (P) и серы (S). Фосфор — придаёт стали хладноломкость (хрупкость). Сера — самая вредная примесь — придаёт стали красноломкость. Содержание вредных примесей в стали:
Обыкновенного качества — P и S — до 0.05 % (маркировка Ст).
Качественная — P и S — до 0.035 % (маркировка Сталь).
Высококачественная — P и S — до 0.025 % (маркировка А в конце марки).
Особовысококачественная — Р и S — до 0.015 % (маркировка Ш в конце марки).
Стали конструкционные углеродистые обыкновенного качества
Широко применяются в строительстве и машиностроении, как наиболее дешёвые, технологичные, обладающие необходимыми свойствами при изготовлении конструкций массового назначения. В основном эти стали используют в горячекатанном состоянии без дополнительнойтермической обработки с ферритно-перлитной структурой. В зависимости от последующего назначения конструкционные углеродистые стали обыкновенного качества подразделяют на три группы: А, Б, В.
[Стали группы А
Поставляются с определёнными регламентированными механическими свойствами. Их химический состав не регламентируется. Эти стали применяются в конструкциях, узлы которых не подвергаются горячей обработке — ковке, горячей штамповке, термической обработке и т. д. В связи с этим механические свойства горячекатаной стали сохраняются.
[]Стали группы Б
Поставляются с определённым регламентированным химическим составом, без гарантии механических свойств. Эти стали применяются в изделиях, подвергаемых горячей обработке, технология которой зависит от их химического состава, а конечные механические свойства определяются самой обработкой.
[Стали группы В
Поставляются с регламентируемыми механическими свойствами и химическим составом. Эти стали применяются для изготовления сварных конструкций. Их свариваемость определяется химическим составом, а механические свойства вне зоны сварки определены в состоянии поставки. Такие стали применяют для более ответственных деталей.
По степени раскисления углеродистые стали обыкновенного качества подразделяются на спокойные (СП), полуспокойные (ПС), кипящие (КП). Степень раскисления определяется содержанием кремния (Si) в этой стали. Спокойные — 0.12-0.03 % (Si), полуспокойные — 0.05-0.17 % (Si), кипящие — менее 0.07 % (Si).
30 - легуючі елементи конструкційних сталей
Легированные конструкционные стали
Легированные конструкционные стали применяются для наиболее ответственных и тяжелонагруженных деталей машин. Практически всегда эти детали подвергаются окончательной термической обработке — закалке с последующим высоким отпуском в районе 550—680 °C (улучшение), что обеспечивает наиболее высокую конструктивную прочность. Легирующие элементы — химические элементы, которые вносят в состав конструкционных сталей для придания им требуемых свойств. Ведущая роль легирующих элементов в конструкционных сталях заключается и в существенном повышении их прокаливаемости. Основными легирующими элементами этой группы сталей являются хром (Cr), марганец (Mn), никель (Ni), молибден (Mo),ванадий (V) и бор (В). Содержание углерода (С) в легированных конструкционных сталях — в пределах 0.25-0.50 %.
[править]Маркировка
14ХН4А, 38Х2Н5М, 20ХН3А.
Две цифры вначале маркировки указывают на конструкционные стали (одна цифра — на инструментальные). Это содержание в стали углерода в сотых долях процента.
Буква без цифры — определённый легирующий элемент с содержанием в стали менее 1 %.(А-азот, Р-бор, Ф-ванадий, Г-марганец, Д-медь, К-кобальт, М-молибден, Н-никель, С-кремний, Х-хром, П-фосфор, Ч-редкоземельные металлы, В-вольфрам, Т-титан, Ю-алюминий, Б-ниобий)
Буква и цифра после неё — определённый легирующий элемент с содержанием в процентах (цифра).
Буква А в конце маркировки — указывает на высококачественную сталь.
Например 38Х2Н5МА — это среднелегированная высококачественная хромоникелевая конструкционная сталь. Химический состав: углерод — около 0.38 %;
хром — около 2 %; никель — около 5 %; молибден — около 1 %.
31 - маркуванні легованих сталей
У маркуванні конструкційних сталей звичайної якості літерами Б або В (група А в позначенні марки не вказується) вказують групи. Букви Ст. в марці означають «сталь», цифри від 0 до 6 - умовний номер марки, якому відповідають або певні механічні властивості (група А), або хімічний склад (група Б), або те й інше (група В). Для позначення ступеня розкислення у марці сталі, після номера додають індекси сп, пс, кп. Якщо індексу немає, то сталь даної марки випускається тільки спокійною. Якісні конструкційні сталі маркують двозначними числами, що показують середній вміст вуглецю в сотих долях відсотка. До марки киплячої сталі додають індекс кп (08 кп). При підвищеному вмісті марганцю (0,71%) в кінці марки ставлять букву Г (65Г). Інструментальні вуглецеві сталі маркують буквою У і числом (від 7 до 13), що показує середній вміст вуглецю в десятих частках відсотка. В марці високоякісних сталей повинна бути літера А (У7А, УЯА і т. Л.) Леговані стали поділяють за призначенням на конструкційні, інструментальні і з особливими властивостями. Конструкційні сталі застосовують для виготовлення відповідальних деталей машин, коли потрібне поєднання високої міцності, твердості і зносостійкості з пластичністю і в'язкістю. З легованих інструментальних сталей виготовляють такі металообробні інструменти, як свердла в Киеве, ножівкові полотна в Киеве, напильники, мітчики, плашки. До сталей з особливими властивостями відносять корозійно-стійкі (нержавіючі), жароміцні, зносостійкі і т.п. Для товарів народного споживання (посуду, ножів, столових приладів, лез для безпечних бритв і т. д.) використовують, головним чином, нержавіючі сталі.
Для маркування легованих сталей застосовують буквено-цифровий шифр. На початку марки поміщають число, що позначає середній вміст вуглецю в десятих частках відсотка (однозначне число) або сотих частках відсотка (двозначне число). Якщо перед маркою число не стоїть, то це означає, що сталь містить вуглецю 1% або більше. Вид легуючих компонентів позначають буквою: Х-хром, Н-нікель, Т-титан, Ф-ванадій, М-молібден, В-вольфрам, Г-марганець, С-кремній і т. д. Після кожної букви вказують вміст у відсотках відповідного елементу. Якщо зміст якого-небудь легуючого елемента менше 11,5%, число не проставляють. Наприкінці марки високоякісної сталі ставлять букву А. Це означає, що у складі стали шкідливих домішок (сірки і фосфору) не більш ніж по 0,03%. В марці сталі якісної, яка містить дещо більше сірки і фосфору, немає букви А. Розшифруємо марки легованих сталей, найбільш часто використовуваних у виробництві товарів. 12х13, 20Х13, ЗОХ13, 40Х13 - якісні хромисті корозійно-стійкі (нержавіючі) сталі, що містять відповідно 0,12; 0,2; 0,3; 0,4% вуглецю і 12-14% хрому. 12Х18Н9, 17Х18Н9 - якісні хромонікелеєві сталі, що містять 0,12; 0,17% вуглецю, 17-18% хрому і 8-10% нікелю. 9ХС - якісна інструментальна хромо-кремниевая сталь з вмістом в середньому 0,9% вуглецю, близько 1% хрому і 1% кремнію.
32 - пружинні сталі
. Пружина - пружний елемент, призначений для накопичення і поглинання механічної енергії. Пружини виготовляються з матеріалів, що мають високі міцнісні і пружні властивості. Пружини загального призначення виготовляють з високовуглецевих сталей (У9А-У12А, 65, 70), легованих мар-ганців, кремнієм, ванадієм (65Г, 60С2А, 65С2ВА). Для пружин, що працюють в агресивних середовищах, при-міняють бериллиевую бронзу (БРБ-2), кремнемарганцевої бронзу (БрКМц3-1), оловянноцінковую бронзу (БРОЦ-4-3). Невеликі пружини можна навивати з готового дроту, в той час як потужні виготовлятися-вають з обпаленого сталі і загартовуються вже після формування. Види пружин: 1. За конструкцією: -Кручені циліндричні; -Кручені конічні; -Спіральні; -Тарілчасті; -Пластинчасті (наприклад, ресори): -Торсіон. 2. По виду сприйманого навантаження: -Пружини стиснення; -Пружини розтягування; -Пружини кручення; -Пружини вигину. Пружини розтягання - розраховані на збільшення довжини під навантаженням. У ненавантаженому стані зазвичай мають зімкнулися витки. На кінцях для закріплення пружини на конструкції є гачки або кільця. Пружини стиску - розраховані на зменшення довжини під навантаженням. Витки таких пружин без навантаження не торкаються один одного. Кінцеві витки підтискають до сусідніх і торці пружини шліфують. Довгі пружини стиснення, щоб уникнути втрати стійкості, ставлять на оправлення або склянки. Тарілчаста пружина - це пологе конічне кільце, піддається в процесі в процесі використання осьовим навантаженням. У залежності від області застосування тарілчасті пружини можуть відчувати динамічно або статичні навантаження. Пружина тарілчаста характеризується наступними параметрами: - Зовнішній діаметр; - Внутрішній діаметр; - Товщина матеріалу; - Габаритна висота. Витки пружин розтягування-стиснення відчувають напруги крутіння під дією постійного по величині моменту. З точки зору класичної фізики, пружину можна розглядати як пристрій, що нагромаджує по-тенційно енергію шляхом зміни відстані між атомами еластичного матеріалу. У теорії пружності законом Гука встановлено, що розтягнення еластичного стержня пропорційно при-близько до нього силі, спрямованої уздовж його осі. У реальності цей закон виконується не точно, а тільки при малих розтягування і стиснення. Якщо напруга перевищує певну межу (межа плинності) в матеріалі наступають незворотні порушення його структури, і деталь руйнується або отримує необра-тімую деформацію. Слід зазначити, що багато реальні матеріали не мають чітко визначеного межі плинності, і закон Гука до них непридатний. Жорсткість пружини - коефіцієнт пропорційності між деформуючою силою і деформацією в законі Гука. Жорсткість пружини: - Чисельно дорівнює силі, яку треба прикласти до пружності зразком, щоб викликати його одиничну деформацію; - Залежить від матеріалу, з якого виготовлено зразок, і розмірів зразка.
33 - шарико підшипникові сталі та їх застосування
Підшипник - виріб, що є частиною опори, що підтримує вал, вісь або іншу конструкцію, фіксує положення в просторі, забезпечує обертання, хитання або лінійне переміщення (для лінійних підшипників) з найменшим опором, сприймає і передає навантаження на інші частини конструкції За принципом роботи всі підшипники можна розділити на кілька типів: • підшипники кочення; • підшипники ковзання; • газостатіческіе підшипники; • газодинамічні підшипники; • гідростатичні підшипники; • гідродинамічні підшипники; • магнітні підшипники. Основні типи, які застосовуються в машинобудуванні - це підшипники кочення і підшипники ковзання. Класифікація підшипників кочення здійснюється на основі таких ознак: По виду тіл кочення. • Кулькові; • Роликові; Підшипники кочення складаються з двох кілець, тел кочення (різної форми) і сепаратора (деякі типи підшипників можуть бути без сепаратора), що відокремлює тіла кочення один від одного, утримує на рівній відстані і направляє їх рух. По зовнішній поверхні внутрішнього кільця і внутрішньої поверхні зовнішнього кільця (на торцевих поверхнях кілець наполегливих підшипників кочення) виконують жолоба - доріжки кочення, по яких при роботі підшипника котяться тіла кочення. У деяких вузлах машин з метою зменшення габаритів, а також підвищення точності і жорсткості застосовують так звані суміщені опори: доріжки кочення при цьому виконують безпосередньо на валу або на поверхні корпусних деталі. Є підшипники кочення, виготовлені без сепаратора. Такі підшипники мають велике число тіл кочення і велику вантажопідйомність. Проте граничні частоти обертання бессепараторних підшипників значно нижче внаслідок підвищених моментів опору обертанню. Підшипники кочення працюють переважно на терті кочення (є тільки невеликі втрати на тертя ковзання між сепаратором і тілами кочення) тому в порівнянні з підшипниками ковзання знижуються втрати енергії на тертя і зменшується знос. Закриті підшипники кочення (що мають захисні кришки) практично не потребують обслуговування (заміни мастила), відкриті - чутливі до попадання сторонніх тіл, що може привести до швидкого руйнування підшипника. Навантажують підшипник сили поділяють на: • радіальну, що діє в напрямку, перпендикулярному осі підшипника. • осьову, що діє в напрямку, паралельному осі підшипника.
34 - інструментальні сталі
За хімічним складом інструментальні сталі поділяються на вуглецеві, леговані і швидкорізальні. Вони мають різну теплостійкість і мало відрізняються за твердістю. Вуглецеві інструментальні сталі застосовуються для виготовлення різальних інструментів, які працюють з малими швидкостями різання. Основним елементом вуглецевих сталей є вуглець з вмістом від 0,7...1,4%. Крім вуглецю, ця сталь має обмежений вміст марганцю, кремнію, хрому, нікелю, сірки і фосфору. Найрозповсюдженішими є сталі У10, У10А, У12А, У13А, де цифрами вказано вміст вуглецю в десятих частках процента. Після відповідної термообробки (твердість НRС 60...62) теплостійкість цих інструментальних сталей досягає 250ºС. У разі більшої темтератури твердість інструменту значно знижується і він втрачає свої різальні властивості. З вуглецевих інструментальних сталей виготовляють зубила, кернери, напилки, шабери, ножівкові полотна, мітники, зенкери, розвертки та інші інструменти. Леговані інструментальні сталі мають підвищену різальну здатність унаслідок наявності в хімічному складі таких легуючих елементів: хрому, вольфраму, кремнію, ванадію, молібдену та ін. Теплостійкість їх досягає 350ºС. Твердість після термічної обробки НRС 62...64. Виготовлені інструменти з цих сталей можна використовувати для роботи на помірних швидкостях різання. Найпоширеніші марки легованих сталей такі: хромисті (9Х, Х), хромовольфрамові (ХВ5), хромовольфрамомарганцеві (ХВГ), хромокремниста (9ХС). З них виготовляють протяжки, мітники, плашки, свердла, розвертки та інші інструменти. Швидкорізальні інструментальні сталі характеризуються значним вмістом вольфраму (6...19 %), хрому (3...4,5 %), молібдену (3...6 %). Під час нагрівання в процесі різання до високих температур (600...650º С) не втрачають своєї твердості і різальних властивостей. Для виготовлення верстатних різальних інструментів (різців, свердл, розверсток, фрез, зенкерів та ін.) застосовують сталі Р9, Р12, Р18, Р6М3, Р6М5, Р9Ф5, Р14Ф4, Р18Ф2, Р9К5, Р9К10, Р10К5Ф2 та ін.
35 - корозійні сталі
Коро́зія металів — процес хімічного руйнування металів і сплавів при їх взаємодії з зовнішнім середовищем: повітрям, водою, розчинами електролітів тощо. Розрізняють два види корозії: хімічну і електрохімічну.
Хімічна корозія відбувається в середовищах, які не проводять електричного струму. Вона обумовлюється дією на метали неелектролітів (спирту, бензину, мінеральних масел тощо) і сухих газів (кисню, оксидів азоту, хлору, хлороводню, сірководню і ін.) при високій температурі (так звана газова корозія).
У результаті взаємодії металів із зовнішнім середовищем їх поверхня вкривається тонким шаром (плівкою) різних хімічних сполук (продуктів корозії): оксидів, хлоридів, сульфідів і т. д. Інколи цей шар такий щільний, що крізь нього не може проникати агресивне середовище. В таких випадках з часом швидкість корозії зменшується, а то й зовсім припиняється. Наприклад, алюміній в атмосфері повітря кородує значно повільніше від заліза, хоч за своїми хімічними властивостями він активніший від заліза. Це пояснюється тим, що поверхня алюмінію вкривається суцільною, досить щільною і міцною оксидною плівкою, яка ізолює метал від доступу кисню, а оксидна плівка заліза, навпаки, є крихкою і ламкою, містить багато пор і тріщин, через що кисень повітря крізь неї легко проникає до поверхні заліза, і тим обумовлюється безперервне його руйнування.
Електрохімічна корозія більш поширена і завдає значно більшої шкоди, ніж хімічна. Вона виникає при контакті двох металів у середовищі водних розчинів електролітів. На відміну від хімічної електрохімічна корозія супроводжується переміщенням валентних електронів з одної ділянки металу на іншу, тобто виникненням місцевих електричних струмів внаслідок утворення на кородуючій поверхні так званих гальванічних пар.
Для кращого розуміння механізму електрохімічної корозії розглянемо докладніше процес розчинення металу в розчині електроліту з виділенням водню, наприклад розчинення цинкової пластинки в розведеній сульфатній кислоті без контакту і в контакті з мідною пластинкою.
При зануренні цинкової пластинки в кислоту атоми цинку з її поверхні поступово переходять у розчин у вигляді іонів Zn2+, а їх валентні електрони залишаються на поверхні металу. Внаслідок цього на границі метал—електроліт утворюється подвійний електричний шар. Внутрішню обкладку цього шару утворюють негативні заряди надлишкових електронів (позначених знаком —), а зовнішню обкладку — позитивні заряди іонів цинку (позначених знаком +). Внаслідок взаємного притягання між протилежними зарядами іони цинку, що переходять у розчин, містяться поблизу поверхні металу. Дальший процес розчинення цинку стає можливим лише завдяки тому, що іони водню підходять до поверхні цинку і приєднують надлишкові електрони. При цьому іони цинку перестають утримуватись у подвійному електричному шарі негативними зарядами і вільно дифундують у глибину розчину, а на їх місце з поверхні металу переходять нові іони цинку і т. д. Таким чином, приєднання надлишкових електронів з поверхні металу іонами водню електроліту забезпечує безперервний перехід іонів цинку в розчин, тобто його розчинення, (кородування).
Боротьба з корозією
Одним з найбільш поширених способів боротьби з корозією є покриття металу (головним чином заліза) масляними фарбами. Захисна дія фарби основується на тому, що оліфа, піддаючись полімеризації, утворює на поверхні металу суцільну еластичну плівку, яка ізолює метал від дії атмосферних хімічних агентів. Інколи для захисту металу від корозії (наприклад, алюмінію і деяких стальних виробів) штучно створюють оксидну плівку обробкою їх поверхні сильними окисниками.
Значного поширення одержав також спосіб покриття одного металу іншим. Наприклад, дахове залізо покривають тонким шаром цинку. З цією метою залізні листи занурюють на короткий час у розплавлений цинк. Сам по собі цинк в атмосфері повітря не піддається корозії, оскільки на його поверхні утворюється досить стійка захисна оксидна плівка ZnO. При пошкодженні цинкового шару (тріщини, подряпини тощо) цинк з залізом у присутності вологи повітря утворює гальванічну пару. При цьому електрохімічному корозійному руйнуванню піддається цинк як активніший метал, а залізо не руйнується доти, поки не буде зруйнований весь захисний шар цинку.
36 - жаростійкі та жароміцні сталі та сплави