Класифікація, маркування і призначення машинобудівних і конструкційних матеріалів

Мета роботи: вивчення класифікації конструкційних матеріалів, визначення їх марок і області застосування

Введення.

На довговічність деталей, інструментів, машин, апаратів і споруд, що застосовуються в нафтогазовій, хімічній та автомобільної промисловості, впливає правильний вибір матеріалу для їх виготовлення, і технологічний процес його обробки.

Різноманітні умови роботи деталей, машин і устаткування викликають необхідність шукати критерії раціонального вибору матеріалів, методів їх зміцнення і т.п., а в ряді випадків створювати нові типи сплавів і неметалічних матеріалів. В даний час для виготовлення деталей машин і конструкцій використовуються метали та їх сплави, металеві та металокерамічні порошки, пластмаси, гума, скло, кераміка, деревні та інші неметалеві речовини.

Найбільш широке поширення в якості конструкційних матеріалів отримали метали та їх сплави, тому в даній роботі розглянуті тільки сталі, чавуни і деякі кольорові метали і сплави.

1. Класифікація та маркування чорних металів і сплавів.

Представниками чорних металів і сплавів є сплави заліза і вуглецю: сталі і чавуни. Сталями називають сплави з вмістом вуглецю до 2,14%, а чавунами називають сплави з вмістом вуглецю від 2,14% до 6,67%. Крім основних компонентів (залізо і вуглець) до складу сталей і чавунів входять домішки: марганець, кремній, сірка і фосфор. А також сплави можуть містити спеціально введені елементи, які служать для поліпшення фізико-хімічних і механічних властивостей. Такі елементи називають легуючими.

1. Класифікація та маркування сталей.

Сталі класифікують за хімічним складом, призначенням, ступенем розкислення і якістю.

За хімічним складом розрізняють вуглецеві (ГОСТ 380-71, ГОСТ 1050-75) та леговані (ГОСТ 4543-71, ГОСТ 5632-72, ГОСТ 14959-79) стали.

Вуглецеві сталі можуть бути:

1) низьковуглецеві, вміст вуглецю менше 0,25%;

2) середньовуглецеві, вміст вуглецю 0,25-0,60%;

3) високовуглецеві, вміст вуглецю понад 0,60%.

Леговані сталі поділяють на:

1) низьколеговані, зміст легуючих елементів до 2,5%;

2) середньолеговані, до їх складу входять від 2,5 до 10% легуючих елементів;

3) високолеговані, які містять понад 10% легуючих елементів.

За призаченням сталі бувають:

1) конструкційні, (виготовлення будівельних і машинобудівних виробів);

2) інструментальні, (ріжучі, міряльні, штампові та інші інструменти).

3) з особливими фізичними властивостями (з певними магнітними характеристиками або малим коефіцієнтом лінійного розширення: електротехнічна сталь, суперінвар);

4) з особливими хімічними властивостями, (нержавіючі, жаростійкі, жароміцні, кислотостійкі сталі).

За ступенем розкислення сталі класифікують на спокійні, киплячі і напівспокійну.

Розкислення - це процес видалення з рідкого металу кисню, що проводиться для запобігання крихкого руйнування стали при гарячої деформації.

Спокійні сталі - це повністю розкислені; такі стали позначаються літерами "сп" наприкінці марки (іноді букви опускаються).

Киплячі сталі - слабо розкислення; маркуються буквами "кп".

Напівспокійні сталі, займають проміжне положення між двома попередніми; позначаються літерами "нс".

За якістю сталі поділяють залежно від вмісту шкідливих домішок: сірки і фосфору. бувають

1) сталі звичайної якості, утримання до 0.06% сірки і до 0,07% фосфору;

2) якісні - до 0,035% сірки і фосфору, кожного окремо;

3) високоякісні - до 0.025% сірки і фосфору;

4) особовисокоякісна, до 0,025% фосфору і до 0,015% сірки.

Сталь звичайної якості поділяються по поставкам на 3 групи:

1) сталь групи «А» поставляється споживачам за механічними властивостями (така сталь може мати підвищений вміст сірки або фосфору);

2) сталь групи «Б» - за хімічним складом;

3) сталь групи «В» - з гарантованими механічними властивостями і хімічним складом.

Сталь кожної групи ділиться на категорії, залежно від нормованих показників (межа міцності σв, відносне подовження δ%, межа плинності σт). Категорії позначаються арабськими цифрами.

Сталі звичайної якості позначають буквами "Ст" і умовним номером марки (від 0 до 6) залежно від хімічного складу і механічних властивостей. Чим вище вміст вуглецю і властивості міцності сталі, тим більше її номер. Буква "Г" після номера марки вказує на підвищений вміст марганцю в сталі. Перед маркою вказують групу сталі, причому група "А" в позначенні марки стали не ставиться. Для вказівки категорії стали в кінці позначення марки додають номер, що відповідає категорії (першу категорію звичайно не вказують).

наприклад:

БСт0 - вуглецева сталь звичайної якості, номер марки 0, групи «Б», першої категорії (сталі марок Ст0 і БСт0 за ступенем розкислення не поділяють);

Ст3кп2 - вуглецева сталь звичайної якості, яке кипить, номер марки 3, другої категорії, постачається споживачам за механічними властивостями (група «А»);

ВСт4Г - вуглецева сталь звичайної якості з підвищеним вмістом марганцю, спокійна, номер марки 4, першої категорії з гарантованими механічними властивостями і хімічним складом (група «В»).

Якісні вуглецеві сталі маркують таким чином:

1) на початку марки вказують вміст вуглецю в сотих частках відсотка (цифра відповідає його середньої концентрації) для сталей конструкційних:

10кп - сталь вуглецева якісна, яке кипить, містить 0,1% вуглецю;

80 - сталь вуглецева якісна, спокійна, містить 0,8% вуглецю;

2) в десятих частках відсотка для інструментальних сталей, які додатково забезпечуються буквою "У",:

У7 - вуглецева інструментальна, якісна сталь, що містить 0,7% вуглецю, спокійна (всі інструментальні стали добре безкисневі);

У10 - вуглецева інструментальна, якісна сталь, спокійна містить 1,0% вуглецю;

В основу маркування якісних легованих сталей покладена буквено-цифрова система (ГОСТ 4543-71).

Легуючі елементи, що входять до складу сталі, позначають російськими літерами:

А – азот	К – кобальт	Т – титан
Б – ніобій	М – молібден	Ф- ванадій
В – вольфрам	Н – нікель	Х – хром
Г – марганець	П – фосфор	Ц – цирконій
Д – мідь	Р – бор	Ч – рідкоземельні метали
Е – селен	С – кремній	Ю – алюміній

Кількість вуглецю, як і при позначеннях вуглецевих сталей вказується в сотих частках відсотка цифрою, що стоїть на початку позначення; кількість легуючого елемента вказується цифрою, що стоїть після відповідного індексу. Відсутність цифри після індексу елемента вказує на те, що його вміст 0,8-1,5%, за винятком молібдену та ванадію (вміст яких в солях зазвичай до 0,2-0,3%), а також бору (в сталі з буквою Р його має бути не менше 0,0010%).

наприклад:

09Г2С - якісна низьколегована сталь, спокійна, містить приблизно 0,09% вуглецю, до 2,0% марганцю і близько 1,5% кремнію;

18Х3Н4М4 - якісна високолегована сталь, спокійна містить 0,18% вуглецю, 3,0% хрому, 4,0% нікелю, 4,0% молібдену.

Високоякісні і особливовисокоякісні сталі маркують, так само як і якісні, але в кінці марки високоякісної сталі ставлять літеру «А», (ця буква в середині марочного позначення вказує на наявність азоту, спеціально введеного в сталь), а після марки особливовисокоякісна- через тире букву «Ш».

наприклад:

12ХНА - високоякісна вуглецева сталь, що містить 0,12% вуглецю, хрому і нікелю в середньому 0,8-1,5% кожного окремо;

У8А - високоякісна вуглецева інструментальна сталь, з вмістом вуглецю 0,8%;

30ХГС-Ш – особливо високоякісна середньолегована сталь, що містить 0,30% вуглецю, хрому, марганцю і кремнію від 0,8 до 1,5% кожного окремо.

Спеціальні методи отримання високолегованих сталей позначають відповідними буквами, проставляються через тире в кінці марки: ВД - вакуумно-дугового переплав, Ш - електрошлаковий переплав, СШ - обробка синтетичним шлаком та ін.

Окремі групи сталей із спеціальними властивостями позначають трохи інакше.

Кулькопідшипникові сталі маркують літерами "ШХ", після яких вказують вміст хрому в десятих частках відсотка:

ШХ6 – кулькопідшипникова сталь, що містить 0,6% хрому;

ШХ15ГС - кулькопідшипникова сталь, що містить 1,5% хрому і від 0,8 до 1,5% марганцю і кремнію.

Швидкорізальні сталі (складнолеговані) позначають буквою "Р", наступна за нею цифра вказує на процентний вміст у ній вольфраму:

Р18-швидкоріжуча сталь, що містить 18,0% вольфраму;

Р6М5К5-швидкоріжуча сталь, що містить 6,0% вольфраму 5,0% молібдену 5,0% кобальту.

Автоматні сталі позначають буквою "А" і цифрою, що вказує середній вміст вуглецю в сотих частках відсотка:

А12 - автоматна сталь, що містить 0,12% вуглецю (усі автоматні сталі мають підвищений вміст сірки і фосфору);

А40Г - автоматна сталь з 0,40% вуглецю і підвищеним до 1,5% вмістом марганцю.

Ливарні сталі мають наприкінці маркування букву «Л»: 30Л - ливарна якісна середньовуглецева сталь, спокійна, містить 0,30% вуглецю.

1.2. Класифікація та маркування чавунів.

Залежно від стану вуглецю в чавуні, розрізняють: білі, сірі, високоміцні, ковкі чавуни і чавуни з вермікулярним графітом.

  Білими називають чавуни, в яких весь вуглець знаходиться у зв'язаному стані у вигляді цементиту (карбід заліза).

В інших видах чавунів (сірі, високоміцні, ковкі, з вермікулярним графітом) вуглець в значній мірі або повністю знаходиться у вільному стані у вигляді графіту.

У сірих чавунах - в пластинчастої або червоподібної формі; в високоміцних - в кулястої формі, в ковких - в пластівчастого формі. Чавуни з вермікулярним графітом мають дві форми графіту - кулясту (до 40%) і вермікулярним (у вигляді дрібних тонких прожилок).

Чавуни маркують двома літерами, що позначають різновид чавуну, і двома цифрами, відповідними мінімального значення тимчасового опору σв при розтягуванні в МПа • 10-1. Сірий чавун позначають буквами "СЧ" (ГОСТ 1412-85), високоміцний - "ВЧ" (ГОСТ 7293-85), ковкий - "КЧ" (ГОСТ 1215-85), чавун з вермікулярним графітом - ЧВГ (ГОСТ 28384 -89) :

СЧ 10 - сірий чавун з межею міцності при розтягуванні 100 МПа;

ВЧ 70 - високоміцний чавун з межею міцності при розтягуванні 700 МПа;

КЧ 35 - ковкий чавун з межею міцності при розтягуванні 350 МПа;

ЧВГ 40 - чавун з вермікулярним графітом з межею міцності при розтягуванні 400 МПа.

Розрізняють ще чавуни з особливими властивостями:

1) антифрикційні чавуни (ГОСТ 1585-85) - позначаються першими літерами АЧ і порядковим номером, наприклад,

АЧС-1 - антифрикційний сірий чавун з порядковим номером марки 1;

АЧВ-2 - антифрикційний високоміцний чавун з порядковим номером марки 2;

  АЧК-2 - антифрикційний ковкий чавун з порядковим номером марки 2;

2) жаростійкі чавуни (ГОСТ 7769 - 82) - позначаються буквами ЖЧ, після яких йде буквене позначення легуючих елементів (Н - нікель, Д - мідь та ін., Аналогічно позначенню легуючих елементів в сталі) і цифри, що вказують концентрацію елементів в %% ; наприклад,

ЖЧХ-2,5 - жаростійкий чавун хромистий з вмістом хрому 2,5%;

ЖЧС-5,5 - жаростійкий чавун, легований кремнієм з вмістом 5,5%;