Практическая работа № 3 «Расшифровка марок легированных сталей и их применение»

Цель работы: Закрепить теоретические знания, полученные на уроке, приобрести навыки работы со справочной литературой, научиться расшифровывать марки легированных сталей.

Задание:

1. Изучить свойства и применение легированных сталей и расшифровать ; марки сталей.

Для специальности 151001,050501

(190604) Для специальности 160203

45Х	20ХНР	15ХА	35ХГСЛ
45Г	40ХН	ШХ15	30ХГСНА
18ХГТ	30ХГСА	10Г2А	12Х2НВФА
40ХГТР	18Х2М4ВА	12ХНЗА	9ХС
40ХС	20ХН4ФА	18Х2Н4ВА	ХВГ
20ХМ	38ХНЗМФА	50ХФА	Х12Ф1
30ХЗМФ		40ХНМА
40ХФА		30ХГСА
20Н2М

2. Результаты занести в таблицу.

№ п/п	Марка сплава	Расшифровка марки сплава	Свойства	Применение
		-

3. Сделать вывод.

Ответить на вопросы:

• Какая сталь называется легированной?

• Классификация сталей по содержанию легирующих элементов.

• Влияние легирующих элементов на свойства стали

Контрольные срез знаний

Дисциплина «Материаловедение»

Тема: Диаграммы состояния сплавов «железо-цементит». Углеродистые стали

Вариант 1.

1. Расшифровать марки сплавов:

Сталь 10 У13, Ст5 БСт2кп Сталь 65Г

2. Дать определение структурным составляющим железоуглеродистых сплавов, характеристику линиям и точкам диаграммы «железо-цементит»:

Аустенит, точка G, линия АСД

Контрольный срез знаний

Дисциплина «Материаловедение»

Тема: Диаграммы состояния сплавов «железо-цементит». Углеродистые стали

Вариант 2.

1. Расшифровать марки сплавов:

А20 СтЗГпс ВСт5 У10А ' Сталь 45

2. Дать определение структурным составляющим железоуглеродистых сплавов, характеристику линиям и точкам диаграммы «железо-цементит»:

Перлит, точка Р, линия PSK.

Контрольный срез знаний

Дисциплина «Материаловедение»

Тема: Диаграммы состояния сплавов «железо-цементит». Углеродистые стали

Вариант 3.

1. Расшифровать марки сплавов:

БСтЗпс Сталь 15Г У7А Сталь 80 Ст7

2. Дать определение структурным составляющим железоуглеродистых сплавов, характеристику линиям и точкам диаграммы «железо-цементит»:

Феррит, точка Е, линия GS.

Контрольный срез знаний

Дисциплина «Материаловедение»

Тема: Диаграммы состояния сплавов «железо-цементит». Углеродистые стали

Вариант 4.

1. Расшифровать марки сплавов:

ВСт2 У10 Сталь 60 Сталь 85Г ' А12

2. Дать определение структурным составляющим железоуглеродистых сплавов, характеристику линиям и точкам диаграммы «железо-цементит»:

Ледебурит, точка Q, линия ES.

МАТЕРИАЛЫ С ОСОБЫМИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ СВОЙСТВАМИ

Студент должен

Знать:

• Стали с улучшенной обрабатываемостью резанием;

• Железоуглеродистые стали с высокими литейными свойствами;

• Свойства и классификацию меди и медных сплавов

Уметь:

• Расшифровывать марки латуней и бронз;

• Расшифровывать марки медных сплавов

Автоматные стали (ГОСТ 1414—75) содержат 0,08...0,45 % углерода и повышенное содержание серы (0,05—0,3 %), фосфора (0,05...0,16 %) и часто марганца (0,6 ... 1,55 %). Обогащение границ зерен феррита растворенным в нем фосфором и образование хрупких включений (MnS и др.) на границах зерен сталей облегчают резание, способствуют дроблению и легкому отделению стружки, обеспечивая чистоту обрабатываемой поверхности. Срок службы режущего инструмента при обработке автоматных сталей увеличивается. Улучшение обрабатываемости стали достигается также микролегированием свинцом, селеном, кальцием. Однако введение этих элементов снижает прочностные характеристики сталей, поэтому их применяют для изготовления малоответственных деталей, от которых не требуется высоких механических свойств.

Автоматные стали получили свое наименование в связи с их обработкой на станках-автоматах с повышенной скоростью резания для изготовления деталей массового спроса (шайбы, болты, гайки, шпильки и некоторые другие детали автомобилестроения). В обозначении марки первая буква А указывает, что сталь автоматная; цифры в ней показывают содержание углерода в сотых долях процента (например, А11, А40Г). Присутствие свинца обозначает буква С (например, АС35Г2), кальция — буква Ц (АЦ45Х, АЦ40Г2 и др.), селена — буква Е (А35Е, А40ХЕ и др.).

Литейные стали содержат до 0,9 % Мп, до 0,52 % Si и не более 0,06 % S и 0,08 % Р. При твердении отливок формируются крупные зерна аустенита, внутри которых при последующем охлаждении в сталях с содержанием углерода менее 0,4 % образуются направленные пластины избыточного феррита (видманштеттова структура). С увеличением содержания углерода доля феррита, образующего видманштеттову структуру, уменьшается, а доля феррита в виде равноосных зерен возрастает. Литая сталь с видманштеттовой структурой имеет низкие пластичность и ударную вязкость, и для повышения величин этих свойств отливки из сталей, содержащих менее 0,4%. С, подвергают полному отжигу или нормализации.

Литейные свойства сталей значительно хуже, чем чугунов и большинства литейных цветных сплавов. Трудности при литье создают высокая температура плавления, низкая жидкотекучесть. большая линейная усадка (до 2,3 %) и склонность к образованию горячих литейных трещин.

Низкоуглеродистые литейные стали применяют для изготовления де­талей, подвергающихся ударным нагрузкам; арматуры; деталей сварно-литых конструкции. Среднеуглеродистые литейные стали применяют для отливки станин и валков прокатных станов, крупных шестерен, зубчатых колес. Стальные отливки часто подвергают термической обработке для уменьшения литейных напряжений.

Литейные легированные стали по свойствам уступают углеродистым сталям из-за того, что при легировании расширяется интервал кристалли­зации и уменьшается теплопроводность и, следовательно, возрастают тер­мические напряжения. Литейные легированные стали подразделяют на конструкционные (ГОСТ 977-88) и высоколегированные со специальными свойствами.

Многие литейные стали имеют ту же марку, что и деформируемые, отличаясь лишь буквой Л в конце марки (15Л, 20Л, 25Л, ЗОЛ, 35Л, 40Л, 45Л, 50Л и 35ХМЛ, 35ХГСЛ, 12Х18Н9ТЛ и др.). В этом случае химический состав литейной стали практически такой же, как деформируемой, и отличается лишь допустимым количеством вредных примесей (в литейной стали оно несколько больше). Однако немало легированных сталей разработано специально в качестве литейных и не имеют аналога среди деформируемых (например, сталь 20ФЛ, применяемая для отливки крупногабаритных деталей грузовых вагонов, и сталь 08ГДНФЛ — для изготовления ответственных круп­ных деталей в судостроении, работающих до - 60 °С

МЕДЬ И МЕДНЫЕ СПЛАВЫ

Получение меди и ее сплавов. В настоящее время медь получают из сульфидных руд, содержащих медный колчедан (CuFeS₂). Обогащенный концентрат медных руд (содержащий 11 — 35% Сu), сначала обжигают для снижения содержания серы, а затем плавят на медный штейн. Цель плавки на штейн — отделение сернистых соединений меди и железа от рудных примесей. Чистая медь имеет 11 марок (М00б, М0б, Mlб, Mlу, MI. Mlр. М1ф, М2р, МЗр, М2 и МЗ).

Рис. 2.14 Путь меди и руды до металла (получение меди из сульфидных руд)

Рис. 2.15 Выплавка меди

Механические свойства чистой отожженной меди: σв=220—240 МПа, НВ 40—50, δ = 45-50%. Чистую медь применяют для электротехнических целей и поставляют в виде полуфабрикатов — проволоки, прутков, лент, листов, полос и труб. Из-за малой механической прочности чистую медь не используют как конструкционный материал, а применяют ее сплавы с цинком, оловом, алюминием, кремнием, марганцем, свинцом. Легирование меди обеспечивает повышение ее механических, технологических и эксплуатационных свойств. Различают три группы медных сплавов: латуни, бронзы, сплавы меди с никелем.

Медно-никелевыми называют сплавы на основе меди, в которых легирующим элементом является никель.

Медь с никелем образует непрерывный ряд твердых растворов. Добавка никеля к меди увеличивает твердость, прочность и электросопротивление, уменьшает термический коэффициент электросопротивления и повышает коррозионную стойкость во многих средах.

Медно-никелевые сплавы выделены в особую группу (ГОСТ 492—73). По направлению использования их делят на:

• конструкционные (мельхиор, нейзильбер, куниаль

• электротехнические (копель, константан, манганин) сплавы.

Медно-никелевые сплавы маркируют буквами МН и цифрой, указывающей суммарное содержание Ni+Co.

Например, МН19 — медно-никелевый сплав, содержащий 19% (Ni+Co), остальное — медь. Если сплав легируется, в марке указывают введенные элементы и их содержание через дефисы в порядке их упоминания.

Мельхиор —сплав Сu (основа), главным образом, с Ni (5...30 %). На пример мельхиоры (МН19 и МНЖМц30-0,8-1) — однофазные сплавы из α твердого раствора серебристого цвета; σ_в = 350...400 МПа. Они обладают высокой коррозионной и кавитационной стойкостью на воздухе и в воде, хорошей обрабатываемостью. Из мельхиоров изготавливают конденсаторные трубы в морском судостроении, трубы термостатов, медицинский инструмент, детали точной механики, химической аппаратуры, монеты, изделия массового потребления.

Нейзильбер — сплав Сu (основа) с Ni (5...35%) и Zn (13...45%). Обладает высокими коррозионной стойкостью и прочностью; при повышении со держания Ni нейзильбер приобретает красивый белый цвет с зеленоватым или синеватым отливом.

Нейзильбер МНЦ15-20 — однофазный сплав α - гвердого раствора Ni + + Zn + Со в меди; σ_в = 500...700 МПа. Обладает высокими коррозионной стойкостью и упругостью, хорошей полируемостью; хорошо обрабатывается давлением в холодном состоянии. Применяется в электротехнике (плоские пружины, реле, проволока для термопар и реостатов), автомобиле строении (игольчатые клапаны карбюраторов). Из него изготавливают приборы точной механики, плоские пружины реле, медицинский инструмент, паровую и водяную арматуру, художественные изделия, монеты.

Куниаль — сплав Сu (основа) с Ni (4...20 %) и Al (1...4 %). Обладает высокой коррозионной стойкостью в атмосферных условиях, пресной и морской воде; по прочности не уступает некоторым конструкционным сталям. Куниаль А (МНА13-3) применяется для изготовления деталей машин повышенной прочности; куниаль Б (МНА 6-1,5) — для изготовления пружин и других изделий электротехнической промышленности.

Копель — сплав Сu (основа) с Ni (43 %) и Мn (≈ 0,5 %), константан — сплав Сu (основа) с Ni (* 40 %) и Мп (» 1,5 %), а также манганин — сплав Си (основа) с Мn (11...13,5 %) и Ni (2,5...3,5 %), относятся к сплавам с высоким удельным электрическим сопротивлением, мало зависящим от температуры. Рабочая температура копеля до ≈ 600 °С, константана — ≈ 500 °С, а манганина — в интервале 15...35°С. Копель (например, МНМц43-0,5) и константан (например, МНМц40-1,5) идут на производство проволоки для измерительных и нагревательных приборов, термопар, компенсационных проводов, точных резисторов. Манганин (МНМц 3-12) характеризуется сочетанием низкого термического коэффициента электросопротивления и очень малой термо-ЭДС в паре с медью, что обусловливает его применение в электротехнических измерительных приборах и резисторах.

Латуни. Латунями называют двойные или многокомпонентные сплавы на основе меди, в которых основным легирующим элементом является цинк. При введении других элементов (кроме цинка) латуни называют специальны­ми по наименованию элементов, например железофосфорномарганцевая латунь и т. п.

В сравнении с медью латуни обладают большей прочностью, коррозионной стойкостью и лучшей обрабатываемостью (резанием, литьем, давлением). Латуни содержат до 40—45% цинка. При большем содержании цинка снижается прочность латуни и увеличивается ее хрупкость. Содержание легирующих элементов в специальных латунях не превышает 7—9%.

Сплав обозначают начальной буквой Л —латунь. Затем следуют первые буквы основных элементов образующих сплавов: Ц — цинк, О — олово, Мц — марганец, Ж — железо, Ф — фосфор, Б —- бериллий и т. д. Цифры, следующие за буквами, указывают на количество легирующего элемента в процентах.

Расшифровка: ЛАЖМц66-6-3-2 алюминиевожелезомарганцовистая латунь, содержащая 66% меди, 6% алюминия, 3% железа, и 2% марганца, остальное цинк.

По технологическому признаку латуни, как и все сплавы цветных металлов, подразделяют на литейные и деформируемые. Литейные латуни (ГОСТ 17711—72) предназначены для изготовления фасонных отливок, их поставляют в виде чушек.

Деформируемые латуни выпускают (ГОСТ 15527—70) в виде простых латуней, например Л90 (томпак), Л80 (полутомпак), и сложных латуней, например ЛАЖ60-1-1, ЛС63-3 и др. Латуни поставляют в виде полуфабрика­тов — проволоки, прутков, лент, полос, листов, труб и других видов прокатных и прессованных изделий. Латуни широко применяют в общем и химическом машиностроении.

Бронзы. Сплавы меди с оловом, алюминием, кремнием, марганцем, свинцом, бериллием называют бронзами. В зависимости от введенного элемента бронзы называют оловянными, алюминиевыми и т. д.

Бронзы обладают высокой стойкостью против коррозии, хорошими литейными и высокими антифрикционными свойствами и обрабатываемостью резанием. Для повышения механических характеристик и придания особых свойств бронзы легируют железом, никелем, титаном, цинком, фосфором. Введение марганца способствует повышению коррозионной стойкости, никеля — пластичности, железа — прочности, цинка — улучшению литейных свойств, свинца — улучшению обраба­тываемости.

Бронзы маркируют буквами Бр, правее ставят элементы, входящие в бронзу: О — олово, Ц — цинк, С — свинец, А — алюминий, Ж — железо, Мц — марганец и др. Затем ставят цифры, обозначающие среднее содержание элементов в процентах (цифру, обозначающую содержание меди в бронзе, не ставят).

Расшифровка: марка БрОЦС5-5-5 означает, что бронза содержит олова, свинца и цинка по 5%, остальное — медь (85%).

Оловянные бронзы содержат в среднем 4—6% олова, имеют высокие механические (σв=150—350МПа; δ = 3—5%; твердость НВ60—-90), антифрикционные и антикоррозионные свойства; хорошо отливаются и обрабатываются резанием. Для улучшения качества в оловянные бронзы вводят свинец, повышающий антифрикционные свойства и обрабатываемость; цинк, улучшающий литейные свойства; фосфор, повышающий литейные, механические и антифрикционные свойства.

Различают деформируемые и литейные оловянные бронзы. Деформируемые бронзы (ГОСТ 5017—74) поставляются в виде полуфаб-рикатов (прутки, проволоки, ленты, полосы) нагартованном (твердом) и отожженном (мягком) состояниях. Эти бронзы применяют для вкладышей подшипников, втулок деталей приборов и т. п. Литейные оловянные бронзы содержат большее количество олова (до 15%). цинка (4— 10%), свинца (3—6%), фосфора (0,4—1,0%). Литейные бронзы (ГОСТ 614—73) применяют для получения различных фасонных отливок. Высокая стоимость и дефицитность олова — основ ной недостаток оловянных бронз.

Безоловянные бронзы содержат алюминий, железо, марганец, бериллий, кремний, свинец или различное сочетание этих элементов. Алюминиевые бронзы содержат 4—11% алюминия. Алюминиевые бронзы имеют высокую коррозионную стойкость, хорошие механические и технологические свойства. Эти бронзы хорошо обрабатываются давлением в горячем состоянии, а при содержании алюминия до 8% — и в холодном состоянии. Бронзы, содержащие 9—11% алюминия, а также железо, никель, марганец, упрочняются термической обработкой (закалка и отпуск). Наиболее поддающаяся закалке БрАЖН10-4-4 после закалки (980°С) и отпуска (400°) повышает твердость с НВ 170—200 до НВ400.

Марганцовистые бронзы (БрМИ5) имеют сравнительно невысокие механические свойства, но обладают хорошей сопротивляемостью коррозии и высокой пластичностью, а также сохраняют механические свойства при по­вышенных температурах.

Свинцовистые бронзы (БрСЗО) отличаются высокими антикоррозионными ми и теплопроводностью (в четыре раза большей, чем у оловянных бронз), применяют для высоконагруженных подшипников с большими ными давлениями.

Бериллиевые бронзы (БрБ2) после термообработки имеют высокие механические свойства, например у БрБ2 σв=1250МПа, НВ 350, высокий предел упругости, хорошая коррозионная стойкость, теплостойкость. Из бериллиевых бронз изготовляют детали особо ответственного назначения.

Кремнистые бронзы (БрКН1-З, БрКМц3-10) применяют как заменители дорогостоящих бериллиевых бронз.

Схема для закрепления пройденного материала

Рис. 2.16 Схема медных сплавов

Латунь – это сплав меди и цинка

Бронза – это сплав меди с другими компонентами

Свойства красновато-желтый цвет, удельный вес 8,9 гр/см³, t= 1083,обладает электро и теплопроводимостью, используется в электропромьшшенности и электротехнике.