Практическая работа №1
Тема: Выбор марки углеродистой стали для ее применения в производстве
Литература:
Фетисов Г.П. Гарифуллин Ф.А. Материаловедение и технология металлов: Учебник.-М.; ОНИКС, 2009
Теоретические сведения.
Стали углеродистые обыкновенного качества (ГОСТ 380-94)
Стали углеродистые обыкновенного качества содержат до 0,07% фосфора, 0,06% серы, 0,06...0,49% углерода и в равновесном состоянии имеют ферритно-перлитную структуру.
Буквы Ст. в марке означают "сталь обыкновенного качества", цифры - условный номер марки в зависимости от нормируемых показателей (величин механических свойств). Чем больше условный номер стали, тем больше содержание углерода и перлита в ней и тем выше ее прочность и ниже пластичность.
Углеродистые стали обыкновенного качества изготавливают следующих марок: СтО, Ст1, Ст2, СтЗ, Ст4, Ст5, Ст6. Стандартом предусмотрена также сталь с повышенным (0,8...1,1%) содержанием марганца: СтЗГпс, СтЗГсп и Ст5Гпс. Наиболее распространенная сталь Ст Зсп имеет Ϭв =380...490 МПа, δ = 25..22%, а Ст5сп - Ϭв 500...600 МПа, δ = 20...17%.
Чем больше толщина изделия проката, тем ниже значения приведенных характеристик. По условиям поставки стали обыкновенного качества классифицируются на три группы:
А - поставляемые по механическим свойствам (Ст0, Ст1, Ст2, СтЗ, Ст4, СтЗ, Стб) для изготовления изделий, не подвергающихся горячей обработке;
Б - поставляемые по химическому составу (БСт0, БСт1, ..., БСт6) для изготовления изделий, подвергающихся горячей обработке;
В - поставляемые по механическим свойствам и химическому составу (ВСт1, ВСт2, ..., ВСт5) для изготовления сварных конструкций.
Дополнительными индексами указываются степень раскисления и характер затвердевания стали (например, СтЗкп, Ст5пс, Ст6сп). В группе А при отсутствии обозначений сп, пс, кп подразумевается сталь спокойная. Углеродистые конструкционные стали обыкновенного качества предназначены для изготовления:
горячекатаного проката;
холоднокатаного тонколистового проката;
слитков, блюмов, слябов;
труб;
поковок и штамповок.
Ниже в таблицах 1, 2, 3 приведены основные характеристики углеродистых сталей обыкновенного качества.
Таблица 1. Механические свойства углеродистых сталей обыкновенного качества
Марка стали |
σв, МПа |
σт, МПа, при толщине проката, мм |
δ, %, при толщине проката, мм |
|||||||
< 10 |
10–20 |
20–40 |
40–100 |
> 100 |
≤ 20 |
20–40 |
> 40 |
|||
Cт0 |
≥ 300 |
– |
– |
– |
– |
– |
18 |
18 |
15 |
|
Cт3кп |
360–460 |
235 |
235 |
225 |
215 |
185 |
27 |
26 |
24 |
|
Ст3пс |
370–480 |
245 |
245 |
235 |
225 |
205 |
26 |
25 |
23 |
|
Ст3сп |
380–490 |
255 |
245 |
235 |
225 |
205 |
25 |
25 |
22 |
|
Ст4кп |
400–510 |
255 |
255 |
245 |
235 |
225 |
25 |
24 |
22 |
|
Ст4пс, Ст4сп |
410–530 |
265 |
265 |
255 |
245 |
235 |
24 |
23 |
21 |
|
Ст5пс |
490–630 |
285 |
285 |
275 |
265 |
255 |
20 |
19 |
17 |
|
Ст5сп |
490–630 |
295 |
285 |
275 |
265 |
255 |
20 |
19 |
17 |
|
Ст6пс, Ст6сп |
≥ 590 |
315 |
315 |
315 |
295 |
295 |
15 |
14 |
12 |
|
Таблица 2 Химический состав углеродистых сталей
обыкновенного качества
Марка стали |
Массовая доля, % |
||
C |
Mn |
Si |
|
Cт0 |
0,23 |
– |
– |
Ст1кп |
0,06–0,12 |
0,25–0,5 |
0,12–0,3 |
Ст1сп |
0,06–0,12 |
0,25–0,5 |
0,07 |
Ст2кп |
0,09–0,15 |
0,25–0,5 |
0,12–0,3 |
Ст2сп |
0,09–0,15 |
0,25–0,5 |
0,07 |
Ст3кп |
0,14–0,22 |
0,3–0,6 |
0,05–0,17 |
Ст3сп |
0,14–0,22 |
0,4–0,65 |
0,12–0,3 |
Ст4кп |
0,18–0,27 |
0,4–0,65 |
0,07 |
Ст4сп |
0,18–0,27 |
0,4–0,7 |
0,12–0,3 |
Ст5кп |
0,28–0,37 |
0,4–0,7 |
0,05–0,17 |
Ст5сп |
0,28–0,37 |
0,5–0,8 |
0,15–0,35 |
Ст6кп |
0,38–0,49 |
0,5–0,8 |
0,05–0,17 |
Ст6сп |
0,38–0,49 |
0,5–0,8 |
0,15–0,35 |
Таблица 3. Механические свойства и примерное назначение отдельных марок обыкновенных конструкционных сталей
Углеродистая качественная сталь.
От сталей обыкновенного качества они отличаются меньшим содержанием серы, фосфора и других вредных примесей, более узкими пределами содержания углерода в каждой марке и в большинстве случаев более высоким содержанием кремния (Si) марганца (Мn).
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). Сталь углеродистую качественную поставляют катаной, кованой, калиброванной, круглой особой отделкой поверхности (серебрянка).
Таблица 4. Область применения качественной конструкционной углеродистой стали ГОСТ 1050-88
Марка стали |
Область применения качественной конструкционной углеродистой стали ГОСТ 1050-88 |
сталь10 |
- для изготовления деталей, работающих при температуре до +450 °С, к которым предъявляются требования высокой пластичности; втулок, ушек, шайб, винтов и других деталей после ХТО (химико-термической обработки), к которым предъявляются требования высокой поверхностной твердости и износостойкости при невысокой прочности сердцевины; - электросварных труб, предназначенных для изготовления бытовых и промышленных трубчатых электронагревателей (ТЭН) и других изделий машиностроения; - бесшовных холоднодеформированных труб, применяемых в судостроении для котлов, пароперегревателей и нефтеподогревателей; - в качестве основного слоя при изготовлении горячекатаных двухслойных коррозионностойких листов; - свертных паяных двухслойных труб для трубопроводов гидравлических систем комбайнов, тракторов, автомобилей, бытовых холодильников и т. д.; - электросварных труб для изготовления деталей и конструкций в мото-вело-строении. |
сталь15 |
- для изготовления болтов, винтов, крюков и других деталей, к которым предъявляются требования высокой пластичности и работающие при температурах от -40 °С до +450°С; - после химико-термической обработки - рычагов, кулачков, крепежных и других деталей, к которым предъявляются требования высокой поверхностной твердости и невысокой прочности сердцевины; - электросварных труб |
сталь 20 |
- для изготовления (после нормализации или без термообработки) крюков кранов, муфт, вкладышей подшипников и других деталей, работающих при температурах от -40 °С до 450 °С под давлением; - после химико-термической обработки- для изготовления шестерней, червяков, червячных пар и других деталей, к которым предъявляются требования высокой поверхностной твердости при невысокой прочности сердцевины; - для изготовления труб перегревателей, коллекторов и трубопроводов котлов высокого давления, листов для штампованных деталей, цементуемых деталей для длительной и весьма длительной службы при температурах до 350 °С, изготовления заготовок деталей трубопроводной арматуры; - для изготовления деталей типа донышек, воротниковых фланцев, штуцеров, колец, патрубков, тройников и деталей прямоугольной формы для энергооборудования и трубопроводов с абсолютным давлением свыше 3,9 МПа тепловых электростанций; для оборудования и трубопроводов атомных станций (АС); - для изготовления деталей и элементов трубопроводов пара и горячей воды атомных станций (АС), с расчётной температурой среды не выше 350°С при рабочем давлении менее 2,2 МПа (22 кгс/см2); - труб для установок химических и нефтехимических производств с условным давлением Ру=19,6-98 МПа (200-1000 кгс/см2); - спиральношовных труб с двухсторонним швом для трубопроводов атомных электростанций; труб бесшовных высокого давления (6-10 мм) для топливопроводов дизелей; - горячекатаного профиля для изготовления ободьев колес сельскохозяйственных машин; электросварных труб для изготовления деталей и конструкций в мотовелостроении. |
сталь 25 |
- для изготовления осей, валов, соединительных муфт, собачек, рычагов, вилок, шайб, валиков, болтов, фланцев, тройников, крепежных деталей и других неответственых деталей; после химико-термической обработки - для изготовления винтов, втулок, собачек и других деталей, к которым предъявляются требования высокой поверхностной твердости и износостойкости при невысокой прочности сердцевины; - после закалки - для изготовления деталей трубопроводной арматуры. |
сталь 30 |
- для изготовления тяг, серьг, траверс, рычагов, валов, звездочек, шпинделей, цилиндров прессового оборудования, соединительных муфт и других деталей невысокой прочности; горячекатаного профиля для крыла плоскореза сельскохозяйственных машин. |
сталь 35 |
- для изготовления деталей невысокой прочности, испытывающих небольшие напряжения: осей, цилиндров, коленчатых валов, шатунов, шпинделей, звездочек, тяг, ободов, траверс, валов, бандажей, дисков и других деталей; - после закалки - для изготовления деталей трубопроводной арматуры; корусов погружных электродвигателей и насосов для нефтяной промышленности; - горячекатаных профилей для верхнего и нижнего колец поворотного круга автоприцепов; - горячекатаного полосового профиля с уклоном для сельскохозяйственных машин; - бесшовных труб для изготовления деталей и конструкций в мотовелостроении. |
сталь 40 |
- для изготовления коленчатых валов, шатунов, зубчатых венцов, маховиков, зубчатых колес, болтов, осей и других деталей после улучшения; - деталей средних размеров, к которым предъявляются требования высокой поверхностной твердости и повышенной износостойкости при малой деформации (длинные валы, ходовые валики, зубчатые колеса); - для изготовления деталей трубопроводной арматуры после закалки и отпуска; горячекатаного полосового профиля с уклоном для сельскохозяйственных машин. |
сталь 45 |
- для изготовления валов-шестерней, коленчатых и распределительных валов, шестерен, шпинделей, бандажей, цилиндров, кулачков и других нормализованных, улучшаемых и подвергаемых поверхностной термообработке детали, от которых требуется повышенная прочность; - для изготовления деталей трубопроводной арматуры после закалки и отпуска; бесшовных труб для изготовления деталей и конструкций в мотовелостроении. |
сталь 50 |
- после нормализации с отпуском или закалки с отпуском - для изготовления зубчатых колес, прокатных валов, штоков, тяжелонагруженных валов, осей, бандажей, малонагруженных пружин и рессор, лемехов, пальцев звеньев гусениц, муфт сцепления коробок передач, корпусов форсунок и других деталей, работающих на трение. |
сталь 55 |
- для изготовления из заготовок после нормализации с отпуском или закалки с отпуском зубчатых колес, прокатных валков, штоков, тяжелонагруженных валов, осей, бандажей, малонагруженных пружин и рессор, лемехов, пальцев звеньев гусениц, муфт сцепления коробок передач, корпусов форсунок и других деталей, работающих на трение. |
сталь 60 |
- для изготовления цельнокатаных колес подвижного состава железных дорог, валков, рабочих листовых станов для горячей прокатки металла, шпинделей, бандажей, дисков сцепления, пружинных колец амортизаторов, замочных шайб, регулировочных шайб, регулировочных прокладок и других деталей к которым предъявляются требования высокой прочности и износостойкости. |
Механические свойства качественной конструкционной стали
Марка |
Предел прочно сти растяжения σв, |
Относи тельное удлинение δ, |
Твер дость, НВ |
Назначение |
|
МПа |
% |
|
|
08 10 15 20 |
330 340 380 420 |
33 31 27 25 |
131 143 149 163 |
Малонагруженные детали: шестерни, звездочки, ролики, оси, подвергающиеся цементации |
25 30 35 |
460 500 540 |
23 21 20 |
170 179 207 |
Средненагруженные детали: шестерни, валы, оси |
40 45 |
580 610 |
19 16 |
217 229 |
Средненагруженные детали: шатуны, валы, шестерни, пальцы |
50 55 |
640 660 |
14 . 13 |
241 255 |
Высоконагруженные детали: шестерни, муфты, пружинные кольца, пружины |
60 65 70 75 80 85 60Г 70Г |
690 710 730 1100 1100 1150 710 800 |
12 10 9 7 6 6 11 8 |
255 255 269 285 285 302 269 285 |
Пружины, рессоры, эксцентрики и другие детали, работающие в условиях трения |
Таблица5 . Химический состав углеродистых качественных сталей (ГОСТ 1050-88)
Марка стали |
C,% |
Mn,% |
Si,% |
Cr,%, не более |
08кп |
0,05–0,12 |
0,25–0,50 |
≤ 0,03 |
0,10 |
08пс |
0,05–0,11 |
0,35–0,65 |
0,05–0,17 |
0,10 |
08 |
0,05–0,12 |
0,35–0,65 |
0,17–0,37 |
0,10 |
10кп |
0,07–0,14 |
0,25–0,50 |
≤ 0,07 |
0,15 |
10пс |
0,07–0,14 |
0,35–0,65 |
0,07–0,17 |
0,15 |
10 |
0,07–0,14 |
0,35–0,65 |
0,17–0,37 |
0,15 |
11кп |
0,05–0,12 |
0,30–0,50 |
≤ 0,06 |
0,15 |
15кп |
0,12–0,19 |
0,25–0,50 |
≤ 0,07 |
0,25 |
15пс |
0,12–0,19 |
0,35–0,65 |
0,05–0,17 |
0,25 |
15 |
0,12–0,19 |
0,35–0,65 |
0,17–0,37 |
0,25 |
18кп |
0,12–0,20 |
0,30–0,50 |
0,17–0,37 |
0,15 |
20кп |
0,17–0,24 |
0,25–0,50 |
0,17–0,37 |
0,25 |
20пс |
0,17–0,24 |
0,35–0,65 |
0,17–0,37 |
0,25 |
20 |
0,17–0,24 |
0,50–0,80 |
0,17–0,37 |
0,25 |
25 |
0,22–0,30 |
0,50–0,80 |
0,17–0,37 |
0,25 |
30 |
0,27–0,35 |
0,50–0,80 |
0,17–0,37 |
0,25 |
35 |
0,32–0,40 |
0,50–0,80 |
0,17–0,37 |
0,25 |
40 |
0,37–0,45 |
0,50–0,80 |
0,17–0,37 |
0,25 |
45 |
0,42–0,50 |
0,50–0,80 |
0,17–0,37 |
0,25 |
50 |
0,47–0,55 |
0,50–0,80 |
0,17–0,37 |
0,25 |
55 |
0,52–0,60 |
0,50–0,80 |
0,17–0,37 |
0,25 |
60 (60пс) |
0,55–0,63 |
≤ 0,20 |
0,10–0,30 |
0,15 |
70 |
0,57–0,75 |
0,50–0,80 |
0,17–0,37 |
0,25 |
Таблица 6. Задание для выбора марки стали по вариантам
№ варианта |
Наименование изделия |
Условия эксплуатации |
1 |
Шестерня
Плита опорная для установки электродвигателя |
Малонагруженная деталь, НВ160…180
Малонагруженная деталь, неответственная
|
2 |
Муфта
Лестница на буровой вышке |
Средненагруженная деталь
Сварная конструкция, ненагруженная |
3 |
Фланец трубопровода
Пружинное кольцо |
Деталь малонагруженная, неответственная
НВ 240...260 |
4 |
Вал
Секция стенки резервуара для хранения нефти |
Деталь с высокой твердостью поверхности
Сварная конструкция, средненагруженная |
5 |
Рессора автомобиля
Шайба |
НВ 220 ...240, деталь, работающая при нагрузках
Деталь малонагруженная, неответственная |
6 |
Шплинт
Шестерня |
Малонагруженная деталь, неответственная
Деталь, испытываемая большие напряжения. |
7 |
Эксцентрик
Шайба |
Деталь с высокой твердостью поверхности.
Неответственная деталь, малонагруженная |
8 |
Рама кожуха
Пружина |
Неответственная сварная конструкция
Малонагруженная деталь. |
9 |
Гайка Ml0
Звездочка |
Деталь малонагруженная
Деталь с высокой твердостью поверхности |
10 |
Ось
БолтМ12х100 |
Деталь с высокой твердостью поверхности.
Малонагруженная деталь. |
11 |
Пружина
Баллон газовый |
Деталь высоконагруженная, НВ220...240.
Сварная конструкция, малонагруженная |
12 |
Кронштейн
Штифт Ø10мм
|
Деталь средненагруженная, сварная.
Деталь средненагруженная с высокой твердостью поверхности. |
13 |
Ось
Планка прижимная |
Деталь средненагруженная, ответственная
Деталь малонагруженная, неответственная |
14 |
Шатун
Вал
|
Деталь с прочностью прочностью
Повышенная износостойкость поверхности, ответственная |
15 |
Цепь короткозвенная
Зубчатое колесо. |
Сварная, малонагруженная деталь.
Деталь, работает при больших нагрузках, трении |
16 |
Муфта
Кожух |
Высоконагруженная деталь, высокая износостойкость Деталь сварная, малонагруженная. |
17 |
Ось
Кронштейн |
Деталь с высокой твердостью поверхности.
Сварная конструкция, малонагруженная. |
18 |
Муфта для соединения валов
Ось |
Деталь ответственная, высоконагруженная
Деталь малонагруженная, неответственная |
19 |
Пружина
Кольцо опорное |
Деталь, испытываемая большие нагрузки
Деталь малонагруженная. |
20 |
Штифт конический
Рама опорная |
Деталь средненагруженная
Сварная конструкция, неответственная |
21 |
Секция днища резервуара для хранения нефти
Эксцентрик |
Сварная конструкция, малонагруженная.
Высокие статические нагрузки |
22 |
Топливный бак
Коуш |
Сварная конструкция, неответственная
Деталь с высокой твердостью поверхности, высоконагруженная |
23 |
Пружина для ж/д вагонов
Пружинная шайба |
НВ 220 ...240, деталь, работающая в условиях динамических нагрузок
Деталь малонагруженная |
24 |
Клин для фиксации
Планка прижимная |
Деталь средненагруженная
Деталь малонагруженная, неответственная |
25 |
Шестерня
Ящик для хранения деталей |
Деталь, испытываемая большие нагрузки, трение
Сварная, деталь неответственная |
Порядок выполнения работы:
Ознакомиться с целью работы, внимательно изучить теоретический материал.
В соответствии с вариантом (таблицы 5, 11) изучить условия работы заданной детали и требования, предъявляемые к ней.
Выбрать марку сплава для изготовления заданной детали, указать ее химический состав и механические свойства.
Дать обоснование выбора сплава для заданной детали.
Составить отчет.
Содержание отчета
В отчете необходимо указать:
- марку выбранного сплава;
- химический состав указанного сплава;
- структуру сплава, форму графитовых включений;
- механические и технологические свойства сплава;
- в выводе указать наименование трех изделий, которые можно изготовить из каждого выбранного сплава.
При выборе указанного сплава рекомендуется использовать учебные пособия, ГОСТы, справочники.
Пример выполнения работы:
Карта - отчет
Практическая работа № 1
Тема: Выбор марки углеродистой стали для ее применения в производстве
Студент _____________________________ группа ______________
Название детали. Условия эксплуатации |
Выбранная марка сплава |
Название выбранной марки сплава |
Химический состав сплава |
Структура сплава |
Механические и технологические свойства |
Пружинное кольцо - деталь высоконагруженная, НВ 245. |
Сталь 60 ГОСТ 1050-74- |
Сталь углеродистая качественная, содержание углерода около 0,6%. |
0,52-0,6%-углерода; 0,17-0,37%-кремния; 0,5-0,8%-марганца; 0,25% не более-хрома; железо-остальное. |
Доэвтектоидный сплав,т.к. 0,52-0,6%-углерода;
|
Прочность – высокая: σв =680МПа; твердость - высокая :НВ 240-255; Пластичность –низкая: δ=11%; 0,52-0,6%-углерода обрабатываемость резанием –удовлетворительная :0,52-0,6%-углерода; литейные свойства - низкие. Ковкость –низкая: δ=11%; Свариваемость-удовлетворительная: 0,52-0,6%-углерода |
Для второй детали выбрать марку стали и ее характеристики аналогично.
|
|
|
|
|
|
Из стали60 изготавливают: рессоры, пружины, детали, работающие в условиях трения