Горловский машиностроительный колледж
Цикл технологических дисциплин
КРАТКИЙ СПРАВОЧНИК
ПО ЧУГУНАМ, СТАЛЯМ И ЦВЕТНЫМ СПЛАВАМ
Горловка 2009
Методическое пособие
Составитель: Мамонова И.П., ГМК, 2009г., 12с.
Пособие содержит основные сведения о наиболее применяемых в общем машиностроении марках сталей, чугунов и цветных сплавов, их химическом составе, термической обработке и применяемости.
Для студентов дневной и заочной формы обучения
Рассмотрено на заседании технологического цикла
«____»_________________200__г., протокол №___
1 СТАЛИ
1.1 Классификация сталей по назначению:
конструкционные – применяются для изготовления деталей машин и механизмов (таблица 2);
инструментальные – применяются для изготовления режущего и измерительного инструментов, штампов (таблица 3);
специальные – стали с особыми свойствами: электротехнические, с особыми магнитными свойствами и др. (таблица 4).
1.2 Классификация сталей по химическом составу:
1.2.1 Углеродистые.
Содержат только Fe и С и постоянные примеси (Si, Mn, S, P) в определенных количествах. Кремний и марганец являются технологическими примесями – их в вводят в сталь при раскислении. Они повышают твердость и прочность стали. Сера и фосфор являются вредными примесями. S – уменьшается пластичность, свариваемость и коррозионная стойкость, снижает механические свойства. Р–искажает кристаллическую решетку.
По содержанию углерода стали делят:
низкоуглеродистые, с содержанием углерода до 0,25 %;
среднеуглеродистые, с содержанием углерода 0,3…0,5 %;
высокоуглеродистые, с содержанием углерода 0,6-0,9 %
Легированные – дополнительно содержат легирующие элементы (Специальные элементы, преднамеренно вводимые в сталь при ее выплавке с целью придания ей каких-либо особенных свойств). Обозначение легирующих элементов приведено в таблице 1.
Таблица 1 – Обозначение элементов в легированных сталях.
Название |
Химический символ |
Маркировочное обозначение |
Название |
Химический символ |
Маркировочное обозначение |
Марганец |
Mn |
Г |
Кобальт |
Co |
К |
Кремний |
Si |
С |
Алюминий |
Al |
Ю |
Хром |
Cr |
Х |
Медь |
Cu |
Д |
Никель |
Ni |
Н |
Бор |
B |
Р |
Вольфрам |
W |
В |
Ниобий |
Nb |
Б |
Ванадий |
V |
Ф |
Цирконий |
Zr |
Ц |
Титан |
Ti |
Т |
Фосфор |
P |
П |
Молибден |
Mo |
М |
Азот |
N |
А |
Легированные стали, в зависимости от количества легирующих элементов подразделяются на три группы:
низколегированные (суммарное количество легирующих элементов до 2,5%);
среднелегированные (2,5-10%);
высоколегированные (боле 10%).
Таблица 2 – Конструкционные стали.
Подкласс |
Подгруппа |
Марка |
Термообработка |
Применение |
Строительные |
Углеродистые обыкновенного качества |
Ст 0 Ст1кп Ст2сп |
Отжиг (при необходимости) |
Строительные конструкции, листы, трубы, арматура |
Низколегиро-ванные |
14Г2 (С≈0,14%, Mn≈2%) 18Г2С ((С≈0,18%, Mn≈2%) |
|||
Для холодной листовой штамповки |
|
08Ю (С≈0,08%, Al≈1%) 08кп (С≈0,08%) |
нет |
Шайбы, прокладки, крышки и т.п. |
Цементуемые низкоуглеро-дистые (С<0,25%) |
Углеродистые |
Сталь 15 (С≈0,15%) Сталь 20 (С≈0,2%) |
Цементация, закалка в воде и низкий отпуск (при необходи-мости) |
Деталеи небольшо-го размера, работающие в условиях изнашивания при малых нагрузках (втулки, валики, оси, зубчатые колеса). HRC58-63 |
Легированные |
18ХГТ 20Х2Н4А |
Цементация, закалка в масле и низкий отпуск |
||
Улучшаемые среднеуглеро-дистые (С=0,3-0,5%) |
Углеродистые |
35; 40;45; 50 |
Закалка в воде и высокий отпуск |
Детали точных передач (винты, валы, зубчатые колеса) |
Легированные |
40ХН 45Х 40ХН2МА |
Закалка в масле и высокий отпуск, при необходимости поверхностная закалка ТВЧ и низкий отпуск |
Более крупные и нагруженные детали ответственных передач HRC48-54 |
|
Рессорно-пружинные (С=0,6-0,9%) |
Углеродистые |
60С2 65Г 50ХГС |
Закалка и средний отпуск |
Рессоры, пружины, пружинящие элементы |
Легированные |
70, 85 |
|||
Шарикоподшип-никовые |
|
ШХ9 (С≈1%, Cr≈0.9%), ШХ15 |
Отжиг, закалка в масле и низкий отпуск |
Детали подшипников качения |
Автоматные |
Углеродистые |
А12 (С≈0,12%) А20 |
нет |
Малонагруженные неответственные детали, изготавливаемые на станках автоматах (болты, гайки, винты ит.п.) |
Легированные |
А40Г |
|||
Подкласс |
Подгруппа |
Марка |
Термообработка |
Применение |
Коррозионно-стойкие (Cr≥13%) |
Хромистые |
12Х13 |
Закалка в масле и отпуск, НВ140-220 |
Сосуды и емкости получаемые холодной листовой штамповкой |
40Х13 |
Закалка в масле и отпуск HRC50-55 |
Пружины и медицинский инструмент |
||
08Х17Т |
Отжиг |
Свариваемые сосуды и емкости |
||
Хромо-никилиевые |
12Х18Н9 12Х18Н10Т |
Закалка в масле |
Ленты, листы, полосы, полу-чаемые обработкой давлением |
|
Жаростойкие (t≥550ºC) |
|
12Х17 15Х28 |
Закалка в масле и отпуск |
Детали, работающие в ненагруженном состоянии при t≥550ºC |
Жаропрочные (t≥550ºC) |
|
12Х1МФ 40Х9С2 |
Закалка в масле и отпуск |
Детали, работающие в нагруженном состоянии при t≥550ºC |
Таблица 3 – Инструментальные стали и сплавы.
Подкласс |
Подгруппа |
Марка |
Термообработка |
Применение |
Для режущего инструмента |
Углеродистые (теплостойкость ≈200ºС) |
У7, У7А – У13, У15А (углеродистая С≈1,3%) |
Закалка в воде и низкий отпуск |
Деревообраба-тывающий инструмент и инс-трумент холодной обработки металлов |
Легированные (теплостойкость ≈260ºС) |
9ХФ |
Закалка в масле и низкий отпуск |
Пилы, ножи |
|
11Х |
Метчики |
|||
Х |
Резцы долбежные и строгальные |
|||
9ХС |
Сверла, развертки, плашки |
|||
Х ХВГ |
Крупные сверла и метчики, протяжки |
|||
Быстрорежущие (теплостойкость 600-650ºС) |
Р18 (С≈1%, W≈18%) Р6М5 Р10К5Ф5 |
Закалка в масле со ступенчатым нагревом и 3-хкратный отпуск |
Различный режущий инструмент |
|
Подкласс |
Подгруппа |
Марка |
Термообработка |
Применение |
Для измерительного инструмента |
|
15 15Х |
Цементация, закалка и низкий отпуск |
Плоский измерительный инструмент |
ХВГ |
Закалка, искусственное старение и обработка холодом |
Прочий измерительный инструмент |
||
Штамповые |
Для штампов холодного деформирования |
У10-У12 ХВГ Х12Ф1 |
Закалка и отпуск |
Штампы |
Для штампов горячего деформирования |
5ХНМ 5ХГМ 5ХНВ |
|||
Метало-керамические твердые сплавы |
Вольфрамовая |
ВК2 ВК8 (Со=8%, остальное WC) |
нет |
Оснащают режущий инструмент для обработки чугунов, цветных металлов и их сплавов, пластмасс |
Титано-вольфрмовая |
Т5К10 (TiC=5%, Co=10%, остальное WC |
нет |
Оснащают режущий инструмент для черновой обработки стали |
|
Т15К6 Т30К4 |
нет |
Оснащают режущий инструмент для чистовой обработки стали |
||
Титано-тантало-вольфрамовая |
ТТ7К12 (TiC+TaC=7%, остальное WC) |
нет |
Таблица 4 – Стали и сплавы с особыми свойствами
Подкласс |
Подгруппа |
Марка |
Термообработка |
Применение |
Электро-магнитные |
Магнитотвердые |
У10-У12 |
Закалка в воде и низкий отпуск |
Постоянные магниты небольших размеров |
ЕХ3 ЕХ5К5 (электромагнит-ная, С≈1%, Cr=5%, Co=5%) |
Закалка в масле и низкий отпуск |
Постоянные магниты средних размеров |
||
ЮНДК24 (СО=24%, остальное Al, Ni, Cu) |
нет |
Крупные и ответствен-ные постоян-ные магниты |
||
Магнитомягкие |
1212 2012 3411* (расшифровку маркировки см. ниже) |
нет |
Роторы и статоры асинхронных электродвига-телей, сердечники электромагнитов, магнитоводы трансформаторов |
|
Сплавы с высоким омическим сопротивле-нием |
Фехраль |
Х13Ю (С=0,06-012%) |
нет |
Электронагрева-тельные элементы |
Хромаль |
ОХ23Ю5 (С=0,06-012%) |
нет |
||
Нихром |
Х20Н80 |
нет |
* - Расшифровка маркировки магнитомягких сталей и сплавов:
Первая цифра обозначает способ изготовления:
1 – горячекатаная изотропная;
2 – холоднокатаная изотропная;
3 – холоднокатаная анизотропная;
Вторая цифра обозначает содержание кремния Si%: 2 – 2%, 3 – 3% и т.д., если 0 – то Si≤0,4%.
Третья и четвертая цифры обозначают гарантированные электромагнитные свойства.
2 Чугуны
2.1 Классификация чугунов.
В зависимости от состояния углерода в чугуне различают:
белый чугун – углерод в связанном состоянии в виде цементита, в изломе имеет белый цвет и металлический блеск. Получают достаточно быстрым охлаждением или избытком Mn;
серый чугун (графитизированные)– весь углерод или большая часть находится в свободном состоянии в виде графита, а в связанном состоянии находится не более 0,8 % углерода. Из-за большого количества графита его излом имеет серый цвет. Получают достаточно медленным охлаждением или избытком Si. Делятся на:
перлитные (П+Г);
ферритно-перлитные (Ф+П+Г);
ферритные (Ф+Г).
Классификация, маркировка и виды применения графитизированных чугунов приведены в таблице 5.
половинчатый – часть углерода находится в свободном состоянии в форме графита, но не менее 2 % углерода находится в форме цементита.
Таблица 5 – Графитизированные чугуны.
Наименование по форме графитовых включений |
Маркировка |
Структура |
Термообработка (при необходимости) и твердость |
Применение |
Серые (пластинчатые), перед разливкой вводят FeSi или CaSi |
СЧ10 (σВ≈100МПа) ферритный |
Ф+Г |
Отжиг |
Плиты, колонны, неответственные детали |
СЧ18 ферритно-перлитный |
Ф+П+Г |
Водозапорная арматура |
||
СЧ30; СЧ35 модифицированные перлитные |
G+U |
Естественное старение |
Станины станков, корпусные изделия |
|
Высокопрочные (шаровидная), перед разливкой вводят 0,03-0,07%Mg |
ВЧ60 ВЧ60-2 (σВ≈60МПа, δ≈2%) ВЧ120 ВЧ120-4 |
П+Г |
Отжиг (в том числе норма-лизационный), закалка и отпуск 140-360НВ |
Толстостенные отливки – зубчатые колеса, , коленвалы тракторных двигателей, шаботы молотов |
Ковкие (хлопьевидная), получают отжигом доэвтектического чугуна в одну или две стадии |
КЧ 50-5 КЧ55-4 |
П+Г |
Отжиг 241-269НВ |
Тонкостенные отливки – тормозные колодки, втулки, муфты, звенья конвейерных цепей |
КЧ35-10 КЧ37-12 |
Ф+Г |
≈163НВ |
Тонкостенные отливки – ступицы, картеры редукторов, крюки, скобы |
|
Специальные жаростойкие |
ЧС5 (Si≈5%) ЧХ28 (Cr≈28%) |
|
Жаростойкость до 700-800ºС |
Детали паронагревателей и паровых котлов |
Специальные жаропрочные |
ЧН19Х3Ш (Ш – шаровидный графит) |
Аустенит |
Отжиг и отпуск |
Нагруженные детали, работающие при t=700-800ºC |
Специальные коррозионно-стойкие |
ЧС13 Чх22 |
|
|
Детали оборудования работающие в агрессивных средах |
3 Цветные сплавы
Обозначение легирующих элементов в цветных сплавах приведено в таблице 6.
Таблица 6 - Обозначение элементов в цветных сплавах.
Название |
Химический символ |
Маркировочное обозначение |
Название |
Химический символ |
Маркировочное обозначение |
Олово |
Sn |
О |
Магний |
Mg |
Мг |
Цинк |
Zn |
Ц |
Железо |
Fe |
Ж |
Марганец |
Mn |
Мн |
Фосфор |
P |
Ф |
Алюминий |
Al |
А |
Бериллий |
Be |
Б |
Кремний |
Si |
К |
Свинец |
Pb |
С |
Прочие элементы обозначают как в сталях |
|||||
3.1 Медь и ее сплавы.
Различают две группы медных сплавов: латуни – сплавы меди с цинком, бронзы – сплавы меди с другими (кроме цинка) элементами.
Классификация, маркировка и виды применения латуней и бронз приведены в таблице 7 и 8.
Таблица 7 – Латуни.
Подгруппа |
Маркировка |
Применение |
Медно-цинковые (однофазные деформируемые) Zn≤35% |
Л96 (Cu≈остальное Zn) Л90; Л80 |
Детали парогазовой арматуры, прутья, листы и т.п. |
Медно-цинковые (двухфазные литейные) Zn=36-45% |
Л59 Л60 |
Корпусные изделия |
Специальные деформируемые |
ЛАЖ 60-1-1 (Cu≈60%, Al≈1%, Fe≈1%) ЛЖМц 59-1-1 |
Трубы, прутья, листы и т.п. |
Специальные литейные |
ЛЦ40С (Zn≈40%, Pb≈1%, остальное Cu) ЛЦ30А3 |
Корпусные изделия |
Марки товарной меди: МОО (99,99% Cu); M1 (99,9% Cu); V3 (99,7% Cu)
Таблица 8 - Бронзы
Подгруппа |
Маркировка |
Применение |
Оловянные деформируемые |
БрОЦ4-3 (Sn≈4%, Zn≈3%, остальное Cu) БрОФ6,5-0,4 БрО4Ц4С17 |
Прутки, трубы, ленты, проволока |
Оловянные литейные |
БрО3Ц12С5 (Sn≈3%, Zn≈12%, Pb≈5%, остальное Cu) |
Пароводяная арматура общего назначения, антифрикционные детали |
Алюминиевые деформируемые |
БрАЖ9-4 |
Мелкие высокоответственные детали: шестерни, втулки, фланцы |
Алюминиевые литейные |
БрА9ЖЗЛ (Л – литейная) |
Арматура, антифрикционные детали |
Кремнистые |
БрКМц3-1 |
Трубы газо- и дымопроводов |
Свинцовые |
Брс30 |
Антифрикционные детали |
Бериллиевые |
БрБ2 |
Ответственные пружины и пружинящие контакты |
3.2 Алюминий и его сплавы
По технологическим свойствам сплавы подразделяются на три группы:
деформируемые сплавы, не упрочняемые термической обработкой;
деформируемые сплавы, упрочняемые термической обработкой (дюралюмины);
литейные сплавы (силумины).
Классификация, маркировка и виды применения алюминиевых сплавов приведены в таблице 9.
Таблица 9 – Алюминиевые сплавы.
Группа |
Подгруппа |
Маркировка |
Термообработка |
Применение |
Деформируемые |
Не упрочняемые термообработкой |
АМц (Mn≈1%, остальное Al) АМг2…АМг6 |
нет |
Сварные емкости для горючего, азотной и других кислот, листы и полосы для мало- и средненагружен-ных конструкций |
Упрочняемые термообработкой |
- дюралюмины Д1, Д16 (1 и 16 – порядковый номер), состав Al+Cu+Mg+Mn - авиаль АВ
- для ковки и штамовки АК6; АК8
- жаропрочные АК4-1 |
Выборочно: отжиг, закалка, отпуск, старение. Для дюралюмина: закалка в воде от t=500-540° и естественное старение в течении 3-х суток |
- Силовые каркасы, строительные конструкции
- листы, трубы, рамы и т.п.
- тяжелонагру-женные штампованные детали - детали, работающие при t≤300°C |
|
Литейные |
Сплавы Al-Si (силумины) |
АЛ2 АЛ4 АЛ9 (цифра – порядковый номар) |
Выборочно: отжиг, закалка, отпуск, старение |
Средненагру-женные фасонные изделия (корпуса и т.п.) |
Сплавы Al-Cu |
АЛ7 АЛ19 |
Небольшие (прочные) отливки простой формы |
||
Сплавы Al-Mg |
АЛ8 АЛ27 |
Детали полевой аппаратуры |
||
Жаропрочные (сложнокомпо-нентные) |
АЛ1 АЛ21 |
Детали, работающие в нагруженном состоянии при t≤300°C |
Марки товарного алюминия: А9955 (99,995% Al); A99 (99,99% Al); A85 (99,85% Al).