Классификация цветных металлов

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное

Учреждение высшего профессионального образования

«Тульский государственный университет»

Политехнический институт

Кафедра «Автоматизированные станочные системы»

Сборник методических указаний

К лабораторным работам

по дисциплине

ПРОЦЕССЫ И МЕТОДЫ ПРОИЗВОДСТВА ПРОДУКЦИИ И УСЛУГ

Направление подготовки: 221400 Управление качеством

Профиль подготовки: Управление качеством в производственно-технологических системах

Квалификация выпускника: бакалавр

Форма обучения: очная

Тула 2012г.

Методические указания к лабораторным работам составлены доцентом Ерзиным О.А. и обсуждены на заседании кафедры АСС факультета механико-технологического

протокол №1 от "31"августа 2011 г.

Зав. кафедрой________________А.Н. Иноземцев

Методические указания к лабораторным работам пересмотрены и утверждены на заседании кафедры АСС факультета механико-технологического

протокол №1 от "31"августа 2011 г.

Зав. кафедрой________________А.Н. Иноземцев

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 1

КЛАССИФИКАЦИЯ И МАРКИРОВКА КОНСТРУКТОРСКИХ МАТЕРИАЛОВ

Цель работы

Цель работы: изучить классификацию и условные обозначения марок основных металлических материалов.

Задачи работы:

1. Изучить классификацию применяемых в народном хозяйстве металлических материалов: углеродистых и легированных сталей, чугунов, сплавов цветных металлов на основе алюминия, магния, меди, титана.

2.Ознакомление с принципами условных обозначений химических элементов в черных и цветных металлах и сплавах.

3.Ознакомление с правилами буквенно-цифровой маркировки сталей, чугунов, сплавов цветных металлов.

4.Выполнение самостоятельной работы по индивидуальному заданию.

Теоретические сведения

Классификация статей

Различают две основные группы конструкционных материалов: металлы и их сплавы и неметаллические материалы. Металлы и сплавы бывают черные и черные. К черным металлам относятся железо и сплавы на его основе: сталь и чугун. К цветным относят все остальные металлы: алюминий, медь, титан, магний, свинец, олово, никель, хром и т.д. В современной технике используется около 65 наименований цветных металлов.

Из всех металлов и сплавов наиболее важную роль в машиностроении играет сталь. Доля производства стали составляет 95% всех металлических материалов. Широкая распространенность стали обусловлена ее положительными свойствами. При сравнительно низкой стоимости сталь характеризуется высокой прочностью, пластичностью и вязкостью, одновременно обладая хорошими технологическими свойствами. Затраты энергии на производство единицы массы стальных деталей (их энергоемкость) значительно ниже, чем для деталей из алюминия, титана и т.д. Поэтому сталь широко используется во всех областях техники и объем ее производства характеризует экономический потенциал страны.

Стали классифицируют по химическому составу, качеству и назначению.

По химическому составу стали делят на углеродистые и легированные.

Углеродистая сталь представляет собой сплав железа с углеродом, содержащий до 2,14% углерода и небольшое количество других элементов. Из всего объема производства стали до 90% составляет углеродистая сталь и лишь около10% падает на долю легированной стали. Углеродистые стали делятся на низкоуглеродистые с содержанием углерода 0,05-0,25%; среднеуглеродистые с содержанием углерода от 0,25 до 0,45 % и высокоуглеродистые с содержанием углерода свыше 0,45%.

По качеству углеродистые стали делят на стали обыкновенного качества и качественные стали. Последние имеют пониженное содержание серы и фосфора, являющихся вредными примесями.

Стали обыкновенного качества изготавливают по ГОСТ 380-71.*

Обозначают их буквами Ст и условными номерами от 0 до 6, например: Ст 0, Ст I,..., Ст 6. Увеличение номера означает повышение содержания углерода и прочностных свойств, пластичность стали уменьшается. Эти стали характеризуются также способом раскисления при выплавке, которое обозначают буквами СП (спокойная сталь), ПС (полуспокойная сталь) или КП (кипящая) в конце обозначение марки стали. При одинаковом содержании углерода кипящие, полуспокойные и спокойные стали имеют близкие величины прочностных свойств и различаются значениями характеристик пластичности и содержанием кремния.

В зависимости от назначения различают три группы сталей обыкновенного качества: А,Б,В. В марках указывают только группы Б и В, группу А не указывают. Буквы Б или В ставятся перед буквами Ст, например БСт 1кп, ВСт 3пс.

Стали группы А металлургические заводы поставляют только с регламентированными механическими свойствами, химический состав сталей этой группы не регламентируется (он только указывается в сертификатах завода-изготовителя).

Стали этой группы обычно используются в изделиях в состоянии поставки без обработки давлением и сварки.

Группа Б поставляется только с гарантируемым химическим составом. Эти стали могут подвергаться обработке давлением, а в отдельных случаях к термической обработке.

Стали группы В поставляются с гарантированными химическим составом и механическими свойствами Эти стали могут подвергаться сварке.

Качественные углеродистые стали изготавливаются по ГОСТ 1050-74* и поставляются по химическому составу и по механическим свойствам. К ним предъявляются более жёсткие требования по содержанию вредных примесей (серы и фосфора), неметаллических включений и газов, макро- и микроструктуре. Качественные углеродистые стали маркируют двузначным числом 08, 10, 15,... , 85, указывающим среднее содержание углерода в сотых долях процента, с указанием способа раскисления (КП или ПС, СП не указывается). Качественные стали делятся на две группы: с обычным содержанием марганца (до 0,8%) и с повышенным содержанием (до 1,2%). При обозначении последних в конце марки ставится буква Г, например 60Г. Марганец повышает прочностные свойства, но несколько снижает пластичность и вязкость стали.

К конструкционным сталям относятся и стали повышенной и высокой обрабатываемости резанием. Они изготавливаются по ГОСТ 1414-75* и в обиходе называются автоматными. Такие стати применяют для массового изготовления крепежных деталей на станках-автоматах.

Основное требование к ним - хорошая обрабатываемость резанием, достигаемая за счет увеличения содержания серы и фосфора, а также добавление селена и свинца.

Маркируются автоматные стали буквой А и двумя цифрами, показывающими среднее содержание углерода в сотых долях процента: А12, А20, А30.

Легированные стали содержат химические элементы, специально вводимые в сталь для изменения ее строения и свойств. Обычная углеродистая сталь всегда содержит некоторое количество кремния или (и) марганца. При этом, если содержание кремния более 0,4 % или марганца более 0,8 %, они также относятся к легирующим элементам. Легированные стали условно подразделяют на низколегированные с содержанием легирующих элементов в сумме 2,5...5 % среднелегированные - до 10 % и высоколегированные - более 10 %.

Появление и широкое распространение легированных сталей
обусловлено непрерывным ростом требований, предъявляемых к материалам по мере прогресса техники. Легирование производится с целью изменения механических (прочности, пластичности, вязкости), физических (электро - или теплопроводности, магнитных характеристик, радиационной стойкости) и химических (коррозионной стойкости в разных агрессивных средах) свойств. По сравнению с углеродистой сталью легированная сталь имеет более высокую себестоимость изготовления.

Основными легирующими элементами являются хром, никель, марганец, кремний, ванадий, вольфрам, молибден, титан, алюминий, медь, ниобий, бор. Часто сталь легируют не одним, а несколькими легирующими элементами.

По назначению различают три группы сталей: конструкционные (машиностроительные и строительные), инструментальные и стали с особыми физическими и химическими свойствами (коррозионно-стойкие, жаропрочные, электротехнические и магнитные и др.)

В машиностроении наиболее широкое распространение получили легированные конструкционные стали (ГОСТ 4513 - 71*), низколегированные конструкционные стали (ГОСТ 1928 - 73), коррозионно-стойкие "нержавеющие" стали (ГОСТ 5632 - 72*), подшипниковые стали (ГОСТ 801-78), рессорно-пружинные стали (ГОСТ 14950-79*).

В нашей стране принята буквенно-цифровая система маркировки легированных сталей. Каждая марка содержит определенное сочетание букв и цифр. Условные обозначения основных элементов в металлах и сплавах, в т.ч. и легированных сталях приведены в таблице. Буква А в середине марки стали показывает содержание азота, а в конце - высококачественную сталь (15 ХА, 20 XН3A).

Для конструкционных марок легированной стали первые две цифры показывают среднее содержание углерода в сотых долях процента. Если эти цифры отсутствуют, то среднее содержание углерода более или равно 1%. Буквы за цифрами указывают присутствие легирующих элементов, а цифры после букв обозначают содержание легирующих элементов в процентах (35 Г2, 30 Х2). Если содержание легирующих элементов менее 1,5%, то цифра отсутствует (50Х, I5XP).

Например, сталь 18XГT содержит 0,18 % углерода и менее 1,5% каждого из легирующих элементов: хрома, марганца, титана; сталь 38ХН3МФА содержит 0,38% углерода,3% никеля и менее 1,5% хрома, молибдена, ванадия отдельно взятых, более точно химический состав легированной стали указывается в соответствующем стандарте.

Для некоторых групп сталей принимают дополнительные обозначения, Марки подшипниковых сталей начинаются с буквы Ш, быстрорежущих инструментальных - с буквы Р, электротехнических - с буквы Э, магнитотвердых - с буквы Е.

Если легированная сталь содержит не менее 12,5 - 13 % хрома, то такая сталь относится к коррозионно-стойким (нержавеющим) сталям (20Х13,12X18Н9).

Нестандартные легированные стали, выпускаемые заводом "Электросталь", обозначают сочетанием букв ЭИ (электросталь исследовательская) или ЭП (электросталь пробная). Легированные стали, выпускаемые "Днепроспецдеталью", маркируют буквами ДИ, Златоустовским металлургическим заводом - буквами ЗИ. Во всех случаях после сочетания букв вдет порядковый номер стали, например, ЭИ417, ЭП67, ДИ8 и т.д. После освоения марки металлургическими и машиностроительными заводами условные обозначения заменяет общепринятая маркировка, отражающая химический состав стали.

Если конструкционные стали (и углеродистые, и легированные) используются для изготовления отливок, то такие стали называют литейными. Литейные стали обозначают аналогично конструкционным сталям, но в конце обозначения ставится буква Л, например 20Л, 30ХГСЛ, 15Х18Н9ТЛ. Изготавливают литейные стали по ГОСТ 974-75*.

Классификация чугунов

Чугун представляет собой сплав железа с углеродом, содержащий более 2,14 % углерода. Широкому распространению в машиностроении чугун обязан своими высокими литейными свойствами и сравнительно низкой стоимостью. Около 20 % всего выплавляемого чугуна используется для изготовления литья, а 77 % всех изготовляемых, в машиностроении отливок чугунные (21 % - стальные отливки, 2 % - отливки из цветных сплавов).

Конкретный вид чугуна определяется формой выделения углерода.

1. Белый чугун, в котором весь углерод находится в связанном состоянии в виде цементита Fe₃С. Среднее содержание углерода 4,3 %. Белый чугун имеет высокую твердость и используется главным образом как передельный для выплавки стали.

2. Серый чугун, в котором весь углерод или большая его часть находится в свободном состоянии в виде пластинчатого графита. Содержание углерода 2,9-3,0 %.

3. Высокопрочный чугун, в котором графит имеет шаровидную форму. Его получают специальной обработкой - модифицированием жидкого серого чугуна, т.е. добавлением небольшого количества металлов - магния, алюминия, церия, лантана или их соединений.

4. Ковкий чугун, получающийся из белого чугуна путам отжига (нагрев и медленное охлаждение), при котором углерод переходит в свободное состояние в виде хлопьевидного графита. Название «ковкий» условное, этот чугун обработке давлением не подвергается.

Высокопрочные чугуны, обладающие повышенными механическими свойствами, применяют для изготовления ответственных деталей: зубчатых колес, коленчатых валов, блоков цилиндров двигателей внутреннего сгорания и т.п. Отливки из ковких чугунов имеют повышенную пластичность, они применяются для деталей, работающих при ударных и вибрационных нагрузках: картеров и корпусов механизмов и редукторов, станин, корпусов соединительных муфт и т.д.

Кроме перечисленных, промышленность выпускает чугуны антифрикционные и жаростойкие.

Чугуны изготавливаются в соответствии с ГОСТами 1412-85 (серый чугун), 7293-85 (чугун высокопрочный), 1215-79 (ковкий чугун), 1585-85 (антифрикционный), 7768-62 (жаростойкий).

Все чугуны имеют буквенную или буквенно-цифровую маркировку, в которой обязательно присутствует буква «Ч».

Серый чугун маркируется буквами СЧ и числом, характеризующим величину временного сопротивления* при испытаниях на растяжение в МПа∙10^-1 (кг/мм²): СЧ10, СЧ15,...СЧ45.

С увеличением числа твердость чугуна повышается.

Высокопрочный чугун маркируется буквами ВЧ и числом, характеризующим величину временного сопротивления при растяжении в МПа∙10^-1 (кг/мм²): ВЧ35, ВЧ40,... ВЧ100.

Ковкий чугун маркируется буквами КЧ и двумя числами, характеризующими временное сопротивление и относительное удлинение** в %: КЧ30-6, КЧ33-8,...KЧ80-1,5.

Антифрикционный чугун маркируется тремя буквами и числам, обозначающим порядковый номер, например : АЧС-1, АЧВ-2, АЧК-1.

Жаропрочный чугун в своем обозначении начинается с буквы Ч, за которой следуют буквы и цифры, отражающие содержание легирующих элементов, например ЧХ1, ЧС5, ЧНХТ, ЧГ8Д3 и др.[1]

Классификация цветных металлов

Цветные металлы и сплавы, хотя и имеют более высокую стоимость по сравнению с черными, обладают рядом ценных свойств и находят широкое применение в различных областях техники. В машиностроении наибольшее промышленное значение имеют конструкционные сплавы на основе меди и легких металлов - титана, алюминия, магния.

Чистые цветные металлы имеют ограниченное применение.

Производство алюминия и его сплавов интенсивно развивается, т.к. содержание алюминия в земной коре составляет 8,8 % против 4,6 % у железа. Основными легирующими элементами в алюминиевых сплавах являются медь, кремний, магний, марганец. Сплавы делятся на две группы деформируемые (по ГОСТ 4784 -74*) и литейные (по ГОСТ 2085 - 75*)

Принципы маркировки алюминевых сплавов следующие. Буква А в начале марки означает технический алюминий. Буквы АК обозначают ковкие алюминиевые сплавы: АКЧ, АК6, АК8. Буква В присвоена высокопрочным алюминиевым сплавам: В65, В95. Буквы АЛ обозначают литейные алюминиевые сплавы (силумины): АЛ2 ,АЛ4,…АЛ30. После этих букв следует условный номер сплава. Точный химический состав сплава определен в соответствующем стандарте.

Деформируемые сплавы бывают двух типов: не упрочняемые термической обработкой и упрочняемые термической обработкой. Вторые получили более широкое распространение.

Сплавы алюминия с марганцем имеют марки АМц, АМцС и др. Сплавы алюминия с магнием известны под названием магналии (марки АМг1, АМг2,...АМг6 и др.). Эти две группы сплавов термообработке не подвергаются.

Среди алюминиевых сплавов, упрочняемых термообработкой, наибольшее распространение получили дуралюмины - сплавы с содержанием меди и магния (марки Д1, Д16, Д18). Уже упомянутые ковочные сплавы типа АК содержат, кроме алюминия, медь, магний, кремний, а также никель, железо (в зависимости от марки сплава). Сплавы повышенной пластичности и коррозионной стойкости содержат кремний и магний и известны под названием авиаль (марки АВ, АД31, АД33, АД35). Высокопрочные сплавы (В95 и др.) содержат цинк, магний, медь.

Иногда за условным номером сплава дают дополнительное обозначение, характеризующие его состояние: М - мягкий (отожженный); Т - термически обработанный (закалка и старение); Н - нагартованный и др.

Магний - один из наиболее распространенных металлов в природе: содержание в земной коре 1,87%, восьмое, место среди элементов. Чистый магний как конструкционный материал не применяется. Магний используется при легировании сплавов на основе алюминия и при производстве собственных сплавов. Магниевые сплавы имеют малую плотность, достаточную прочность и коррозионную стойкость, а также способность воспринимать и погашать динамические нагрузки. Легирующими компонентами в магниевых сплавах служат алюминий, цинк, цирионий, церий, марганец, неодим, лантан, торий, литий.

Магниевые сплавы обладают отличной обрабатываемостью резанием для снятия одного и того же объема металла при обработав магния или его сплавов требуется мощность в 6-7 раз меньшая по сравнению с обработкой стали. К недостаткам магниевых сплавов относится низкие литейные свойства, низкие упругие свойства, недостаточная в ряде случаев коррозионная стойкость, склонность к воспламенению.

Магниевые сплавы, как и алюминевые, делятся на деформируемые (ГОСТ 14957 - 76 *) и литейные (ГОСТ 2856 - 79). Деформируемые сплавы маркируются буквами МА, литейные – буквами МЛ, а далее следует условный номер сплава: MA1, МА2, МА21, МЛ3, МЛ4,…МЛ19.

Медь и ее сплавы также имеют широкое промышленное применение. Стоимость большинства медных сплавов находится примерно на уровне алюминиевых сплавов и хромоникелевых коррозийнно-стойких сталей. Медь и медные сплавы имеют удовлетворительную технологичность, хорошо обрабатываются давлением, свариваются и паяются, но сравнительно плохо обрабатываются резанием. Сплавы меди устойчивы против коррозии, обладают хорошими антифрикционными свойствами, электро- и теплопроводностью.

По технологическим характеристикам различают деформируемые и литейные медные сплавы, по химическому составу их делят на латуни и бронзы. Латуни представляют собой сплавы меди с цинком, а бронзы – сплавы меди с другими элементами.

Медные сплавы обозначают начальной буквой сплава: Л – латунь или Бр– бронза после чего следуют первые буквы основных элементов, образующих сплав (см.таблицу), а после них числа, указывающие содержание легирующих элементов. В латунях не указывается содержание цинка, а в бронзах – меди, их концентрации определяются по разности. Например, ЛЖМц59 – 1 – 1 – латунь, содержащая 59% меди,1% железа, 1% марганца, остальное (39%) – цинк; Бр0Ф6,5 – 0,15 – бронза, содержащая 6,5% олова, 0,15% фосфора, остальное – медь.

Латуни могут быть обрабатываемые давлением (по ГОСТ 15527–70*) .и литейные (по ГОСТ 1771–80*). Первые в зависимости от числа компонентов делятся на простые (двойные) и специальные (многокомпонентные). Двойные латуни Л96 и Л90, имеющие наибольшую массовую долю меди (88-97%), называются томпаками, а латуни Л85 и Л80 - полутомпаками.

Бронзами раньше называли только сплавы меди с оловом, а в настоящее время бронзами называют все сплавы меди, кроме латуней
и медно-никелевых сплавов. По химическому составу бронзы делятся
на оловянные и безоловянные (специальные), а по технологическим
свойствам – на обрабатываемые давлением (деформируемые) и литейные.

Деформируемые оловянные бронзы изготавливают по ГОСТ 5017-74*; бронзы оловянные литейные - по ГОСТ 613-79; деформируемые безоловянные бронзы – по ГОСТ 18175-78; литейные безоловянные бронзы – по ГОСТ 493 - 79.

Оловянные бронзы обладают высокими механическими, литейными и антифрикционными свойствами, хорошей коррозионной стойкостью и обрабатываемостью резанием, но имеют ограниченное применение из-за дефицитности олова. Кроме олова, в состав оловянных бронз могут входить цинк, свинец, фосфор, никель и др. элементы. Безоловянные (специальные) бронзы не содержат дефицитного олова. Они не только, служат заменителями оловянных бронз, но часто по своим механическим, антикоррозионным и технологическим свойствам превосходят последние. В зависимости от основного легирующего элемента специальные бронзы называются алюминиевыми, бериллиевыми, марганцевыми, кремниевыми, кадмиевыми, магниевыми, серебряными, хромовыми.

В обозначении литейных бронз и латуней разделительные черточки между числами отсутствуют, например, Бр03Ц12С5, ЛЦ25С2.

Титановые сплавы обладают достаточно хорошими технологическими свойствами. Они обрабатываются давлением, могут свариваться точечной и аргонно-дуговой сваркой. Низкая теплопроводность затрудняет проведение термической обработки, и к тому же титановые сплавы плохо обрабатываются резанием.

Для повышения прочности и жаропрочности исходный титан легируется алюминием, молибденом, ванадием, хромом, марганцем, цирконием, кремнием, железом, оловом и др. элементами. Различают два вида сплавов титана: деформируемые и литейные (ГОСТ 19807 - 74 *). Маркировка титана содержит, как правило, две буквы ОТ, ВТ, ПТ и число - порядковый номер сплава. Марки литейные титановых сплавов содержат в конце букву Л: БТ5Л, ВТ6Л, ВТ9Л.

Широкое применение титана и его сплавов в промышленности сдерживается пока еще их относительно высокой стоимостью - порядка 8000р. за тонну.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: