m33170

лос, лент для горячего прессования профилей, трубных заготовок, прутков с последующим их холодным волочением. К таким сплавам относят: альтмаг – сплав алюминия с магнием (2,8%); авиаль – сплав алюминия с медью (до 2,6%), магнием (0,8%), кремнием (1,2%) и марганцем (до 0,8%); дюралюминий – сплав алюминия с медью (до 5,5%), магнием (до 0,8), кремнием (до

0,8%) и марганцем (до 0,8%).

10.5. КЛАССИФИКАЦИЯ И МАРКИРОВКА ЧЕРНЫХ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

10.5.1. Классификация конструкционных сталей

Стали классифицируют по химическому составу, качеству, степени раскисления, структуре, прочности и назначению.

По химическому составу стали классифицируют на углеродистые и легированные. В зависимости от концентрации углерода те и другие подразделяют на низкоуглеродистые (<0,25% С),

среднеуглеродистые (0,25-0,6% С) и высокоуглеродистые (>0,6%

С). При увеличении содержания углерода в стали твердость ее увеличивается, а пластичность – уменьшается. Стали, содержащие менее 0,25% углерода, могут быть подвержены цементации. Легированные стали в зависимости от введенных элементов под-

разделяют на хромистые, марганцовистые, хромоникелевые, марганцевые.

По качеству стали классифицируют на стали обыкновен-

ного качества, качественные, высококачественные и особо высококачественные.

Под качеством стали понимают совокупность свойств, определяемых металлургическим процессом их производства. Однородность химического состава, строения и свойств, а также ее технологичность во многом зависят от содержания газов (кислорода, водорода, азота) и вредных примесей – серы и фосфора.

Стали обыкновенного качества содержат от 0,005% S и 0,040% Р, качественные – не более 0,04% S и 0,035 Р, высококачественные – не более 0,025% S и 0,025% Р, особо высококачественные – не более 0,015% S и 0,025% Р.

Углеродистые конструкционные стали выпускают двух видов: обыкновенного качества и качественные.

231

По степени раскисления и характеру затвердевания стали классифицируют на спокойные, полуспокойные и кипящие.

Раскисление – процесс удаления из жидкого металла кислорода, проводимый для предотвращения хрупкого разрушения стали при горячей деформации.

Спокойные стали раскисляют марганцем, кремнием и алюминием. Они содержат мало кислорода и затвердевают спокойно без газовыделения. Кипящие стали раскисляют только марганцем. Полуспокойные стали по степени раскисления занимают промежуточное значение между спокойными и кипящими.

При классификации стали по структуре учитывают особенности ее строения в отожженном и нормализованном состояниях. По структуре в отожженном состоянии конструкционные стали разделяют на четыре класса: доэвтектоидные, имеющие в структуре избыточный феррит; эвтектоидные, структура которых состоит из перлита; аустенитные и ферритные.

Углеродистые стали могут быть первых двух классов, легированные – всех классов.

По прочности, оцениваемой временным сопротивлением, конструкционные стали с некоторой условностью можно разде-

лить на стали нормальной прочности (σв <1000 МПа), повышенной прочности (σв <1500 МПа) и высокопрочные (σ в >1000 МПа).

10.5.2.Классификация чугунов

Взависимости от того, в какой форме присутствует углерод в сплавах, различают белые, серые, высокопрочные чугуны,

чугуны с вермикулярным графитом и ковкие чугуны.

Белыми называются чугуны, в которых весь углерод нахо-

дится в связанном состоянии в виде цементита (Fe3 C).

Белые чугуны по содержанию углерода разделяются: на

доэвтектические (до 4,3%), эвтектические (4,3%) и заэвтекти-

ческие (более 4,3%).

Белые чугуны отличаются от серых наличием в структуре химически связанного углерода в виде цементита. Из-за большого количества цементита они твердые, хрупкие и для изготовления деталей машин не используются. Из белого чугуна изготав-

232

ливают прокатные валки, тормозные колодки и другие детали, работающие в условиях износа.

В промышленности широко применяют серые, высокопрочные и ковкие чугуны, в которых весь углерод или часть его находится в форме графита. Графит обеспечивает пониженную твердость, хорошую обрабатываемость резанием. Вместе с тем включения графита (особенно пластинчатой формы) снижают прочность и пластичность. Серые, высокопрочные и ковкие чугуны различаются условиями образования графитных включений и их формой, что отражается на механических свойствах.

Серыми называются чугуны с пластинчатой формой графита. Серые чугуны используются в конструкциях, работающих на статическую сжимающую нагрузку (колонны, фундаментные плиты, опорные плиты под фермы, канализационные трубы, люки, задвижки).

Высокопрочными называют чугуны, в которых графит имеет шаровидную форму. Их получают модифицированием магнием, ферросилицием совместно с вторичным алюминием, которые вводят в жидкий чугун в количестве 0,02-0,08%. Модификация проводится с целью измельчения зерна графитных включений. Чугуны с шаровидным графитом обладают более высокой прочностью и некоторой пластичностью. Высокопрочные чугуны используют в конструкциях, подвергающихся динамической и вибрационной нагрузке и износу (полы промышленных зданий, фундаменты тяжелого кузнечно-прессового оборудования, подферменные опоры железнодорожных и автодорожных мостов, тюбинги для крепления транспортных тоннелей).

Ковкими называют чугуны, в которых графит имеет хлопьевидную форму. Их получают отжигом белых доэвтектических чугунов. Такой графит, в отличие от пластинчатого, меньше снижает механические свойства, вследствие чего ковкие чугуны о сравнению с серыми обладают более высокой прочностью, вязкостью и пластичностью. Из них изготавливают детали высокой прочности, способные выдерживать тяжелые условия износа, а также воспринимать ударные и знакопеременные нагрузки. Большая плотность отливок позволяет делать из ковкого чугуна детали водо- и газопроводных установок.

233

В чугунах с вермикулярным графитом структура форми-

руется под действием комплексного модификатора, содержащего магний и редкоземельные металлы. Графит приобретает шаровидную (до 40%) и вермикулярную – в виде мелких тонких прожилок - форму. По механическим свойствам эти чугуны занимают промежуточное положение между серыми и высокопрочными чугунами. Применяют в отливках, подвергаемых циклическим нагрузкам и частым теплосменам. Из них отливают блоки цилиндров, поршни, гильзы и т.д.

10.5.3. Маркировка сталей

Углеродистые стали обыкновенного качества

Углеродистые стали обыкновенного качества в зависимости от гарантируемых свойств объединены в группы А, Б, В. По группе А стали поставляют с гарантируемыми механическими свойствами, по группу Б – химическими, по группе В – с теми и другими одновременно.

В углеродистых сталях обыкновенного качества допускается повышенное содержание вредных примесей, а также газонасыщенность, так как их выплавляют по нормам массовой технологии. Эти стали преимущественно используются в строительстве как наиболее дешевые, технологичные и обладающие прочностью, достаточной для изготовления металлоконструкций различного назначения. Эти стали поставляют горячекатаными в виде проката (прутки, листы, уголки, швеллеры, трубы т.д.)

Стали группы А маркируют сочетанием букв «Ст» и цифрой (от 0 до 7), обозначающей номер марки. Степень раскисления обозначают добавлением в спокойных сталях букв «СП», в полуспокойных – «пс», в кипящих – «кп». Стали группы Б - тех же марок, что и сталь группы А, но перед маркой стали ставят букву Б; сталь группы В – ВСт2 – ВСт5. Например, Ст3сп, БСт3пс, ВСт3кп.

Спокойными и полуспокойными производят стали Ст1– Ст6, кипящими – Ст1 – Ст4.

234

Углеродистые качественные стали

Углеродистые качественные стали характеризуются более низким, чем у сталей обыкновенного качества содержанием вредных примесей и неметаллических включений. Их поставляют в виде проката, поковок и полуфабрикатов с гарантированным химическим составом и механическими свойствами. Маркируют их двухзначными числами: 08, 10, 15, 20,…60, обозначающими среднее содержание углерода в сотых долях процента. Например, сталь 10 содержит в среднем 0,10%, сталь 45–0,45% и т.д.

Спокойные стали маркируют без индекса, полуспокойные и кипящие с индексами соответственно «пс» и «кп». Кипящими производят стали 08кп,10кп, 15кп, 18кп, 20кп; полуспокойными - 08пс, 10пс, 15пс, 20пс.

Маркировка легированных сталей

Легированные стали производят и поставляют качественными, высококачественными и особо высококачественными.

Марка легированных сталей состоит из сочетания букв и цифр, обозначающих ее химический состав. По ГОСТ 4543-71 принято обозначать: хром – Х, никель – Н, марганец – Г, кремний

– С, молибден – М, вольфрам – В, титан – Т, ванадий – Ф, алюминий – Ю, медь – Д, ниобий – Б, бор – Р, кобальт – К.

Число в начале марки конструкционной легированной стали показывает содержание углерода в сотых долях процента. Число, стоящее после буквы, указывает на примерное содержание легирующего элемента в процентах. Если число отсутствует, то легирующего элемента меньше или около 1%. Например, сталь 20ХН3А в среднем содержит 0,20% углерода, 1% хрома, и 3% никеля.

Буква А в конце марки означает, что сталь высококачественная. Например, 20ХН3А.

Особо высококачественные стали имеют в конце марки букву Ш. Например, 30ХГС-Ш.

Буква А в начале марки означает, что сталь автоматная. Например, А, АС, АЕ (соответственно присутствие свинца С, селена Е).

235

Некоторые группы сталей содержат дополнительные обозначения: марки подшипниковых сталей начинаются с буквы Ш. Например, ШХ4, ШХ15ГС и ШХ20ГС.

Стали марок 65; 70; 75; 80; 85; 50Г; 60Г; 65Г; 70Г; 50С2; 55С2; 60С2; 70С3А; 50ХФА; 50ХГФА; 60С2ХФА используют для изготовления пружин и рессор.

Стали марок У7-У13; У7А-У13А; ХВ4; 9ХС; ХВГ; Р19; Р18; Р6М5; Х12; Х12М являются инструментальными.

Для изготовления зубчатых колес используют стали марок

20ХН3А; 12Х2Н4А; 18Х2Н4МА; 15Х; 15ХФ; 20ХР; 18ХГТ; 30ХГТ; 25ХГМ; 20ХНМ.

Улучшаемыми сталями являются среднеуглеродистые (0,3- 0,5%) легированные стали, содержащие в сумме не более 5% легирующих элементов.

К конструкционным и машиностроительным улучшаемым сталям относят: 40Х; 40ХГТР; 30ХГСА; 40ХН2МА; 38ХН3МФА; 38Х2МЮА.

10.5.4. Маркировка чугунов

Показателем механических свойств серых чугунов в соответствии с ГОСТ 1412-85 является предел прочности при статическом растяжении.

Марка серого чугуна состоит из букв СЧ (серый чугун) и цифры, показывающей уменьшенное в 10 раз значение (в мегапаскалях) временного сопротивления при растяжении σ в .

Например, марка чугуна СЧ 20 показывает, что это серый чугун с временным сопротивлением при растяжении 200 МПа.

Марка высокопрочного чугуна состоит из букв ВЧ (высо-

копрочный чугун) и цифры, показывающей уменьшенное в 10 раз значение (в мегапаскалях) временного сопротивления при растяжении σ в .

Например, марка чугуна ВЧ 80 показывает, что это высокопрочный чугун с временным сопротивлением при растяжении

800 МПа.

Ковкие чугуны маркируют буквами КЧ и числами, первое из которых указывает уменьшенное в 10 раз значение (в мегапаскалях) временного сопротивления при растяжении уменьшенное

236

в 10 раз значение (в мегапаскалях) временного сопротивления при растяжении σ в , а второе – относительное удлинение.

Например, марка чугуна КЧ 37-12 показывает, что это ковкий чугун с временным сопротивлением при растяжении 370 МПа и относительным удлинением 12%.

Марка чугуна с вермикулярным графитом состоит из букв ЧВГ (высокопрочный чугун) и цифры, показывающей уменьшенное в 10 раз значение (в мегапаскалях) временного сопротивления при растяжении σ в .

Например, марка чугуна ЧВГ40 показывает, что это чугун с вермикулярным графитом с временным сопротивлением при растяжении 400 МПа.

10.5.5. Классификация и маркировка медных сплавов

Медные сплавы маркируют по химическому составу, используя буквы для обозначения элементов и числа для указания их массовых долей. В медных сплавах (также как в алюминиевых и магниевых) буквенные обозначения отличаются от обозначений, принятых для сталей.

Алюминий в них обозначают буквой А; бериллий – Б; железо – Ж; кремний – К; медь – М; магний – Мr; мышьяк – Мш; никель – Н; олово – О; свинец – С; серебро – Ср; сурьма - Су; фосфор – Ф; цинк – Ц; хром – Х; марганец – Мц.

Латуни (сплавы меди с цинком) маркируют буквой Л.

Вдеформируемых латунях, не содержащих кроме меди и цинка других элементов, за буквой Л ставится число, показывающее среднее содержание меди.

Например, латунь Л62 содержит 62% меди.

Вмногокомпонентных латунях после Л ставятся буквы – символы элементов, а затем числа, указывающие на содержание меди и каждого легирующего элемента.

Например, латуньЛАН59-3-2 содержит 59% меди, 3% алюминия, 2% никеля (остальное - цинк).

В марках литейных латуней указывается содержание цинка, а количество каждого легирующего элемента ставится непосредственно за буквой, обозначающей его.

237

Например, латунь ЛЦ40Мц3А содержит 40% цинка, 3% марганца и 1% алюминия.

Бронзы (сплавы меди со всеми элементами, кроме цинка) обозначают буквами Бр, за которыми ставят буквы и числа.

Вмарках деформируемых бронз сначала помещают буквы

–символы легирующих элементов, а затем числа, указывающие

их содержание.

Например, бронза БрАЖ9-4 содержит 9% алюминия, 4% железа, остальное - медь.

В марках литейных бронз после каждой буквы указывается содержание этого легирующего элемента.

Например, бронза БрО6Ц6С3 содержит 6% олова, 6% цинка, 3% свинца, остальное – медь.

10.5.6. Классификация и маркировка алюминиевых сплавов

Сплавы на основе алюминия разделяют на деформируемые и литейные, которые могут быть упрочняемыми термообработкой и неупрочняемыми.

К деформируемым алюминиевым сплавам на основе алюминия, неупрочняемым термической обработкой, относятся сплавы АМц и АМr. Эти сплавы отличаются высокой пластичностью, хорошей свариваемостью и высокой коррозионной стойкостью.

Сплавы типа АМц относятся к системе алюминий - марганец, сплавы АМr (магналии) – к системе алюминий - магний. Цифры после АМr6 означают среднее значение содержания магния. Упрочняют эти сплавы пластической деформацией (нагартовкой - Н) (АМrН). Для повышения пластичности их используют в отожженном (мягком) состоянии (АМrМ)

К деформируемым алюминиевым сплавам на основе алюминия, упрочняемым термической обработкой, относятся сплавы нормальной прочности и высокопрочные. Типичными представителями этой группы являются:

–дуралюмины (маркируются буквой Д) – сплавы на осно-

ве Al-Cu-Mg;

–авиали - ковочные алюминиевые сплавы (маркируются буквой АК) – сплавы на основе Al-Cu-Mg-Si;

238

– высокопрочные алюминиевые сплавы (маркируются буквой В) - сплавы на основе Al-Zn- MgCu.

Химический состав некоторых деформируемых алюминиевых сплавов приведен в таблице 28

Таблица 28. Химический состав деформируемых алюминиевых сплавов

Литейные сплавы на основе алюминия могут быть упрочняемыми термообработкой и неупрочняемыми.

Для литейных алюминиевых сплавов наиболее распространена классификация по химическому составу (Al-Si; Al-Cu; Al-Mg).

Лучшими литейными свойствами обладают сплавы Al-Si (силумины). Кремний в силуминах является упрочняющей фазой, поэтому, чем больше кремния в сплаве, тем выше его прочность, но меньше пластичность.

Механические свойства силуминов можно существенно улучшить путем модифицирования, при котором увеличивается степень дисперсности кристаллов кремния. Модифицирование заключается в том, что перед разливкой в расплав вводят небольшое количество модификаторов (хлористые и фтористые соли натрия).

239

Сплавы системы Al-Cu (АМ4,5; АМ5) характеризуются высокой прочностью при обычных и повышенных температурах; они хорошо обрабатываются резанием и свариваются.

Сплавы системы Al-Mg (АМr; АМr10) обладают высокой коррозионной стойкостью, прочностью, вязкостью и хорошей обрабатываемостью резанием.

Химический состав некоторых литейных алюминиевых сплавов приведен в таблице 29.

Таблица 29. Химический состав литейных алюминиевых сплавов

10.6. Применение металлов в строительстве и защита их от коррозии

Особенно широко в строительстве применяют сталь углеродистую обыкновенного качества марок Ст.0 – Ст.7, сталь углеродистую горячекатанную марки М 16С для мостостроения; низколегированные стали применяют реже.

Прокатные стали выпускают различных профилей.

Сталь полосовую выпускают шириной полос от 12 до 200 мм при толщине от 4 до 60 мм. Разновидностью полосовой стали

240