К данной группе сталей относятся низко- и среднелегированные стали с содержанием углерода 0,1 – 0,3%, обеспечивающие после химико-термической обработки, закалки и низкого отпуска высокую поверхностную твердость при вязкой, но достаточно прочной сердцевине. Эти стали используют для изготовления деталей машин и приборов, испытывающих переменные и ударные нагрузки и одновременно подверженных износу.
Карбидо- и нитридообразующие элементы (Cr, Mn, Mo и др.) способствуют повышению прокаливаемости, поверхностной твердости, износостойкости и контактной выносливости. Никель повышает вязкость сердцевины и диффузионного слоя и снижает порог хладноломкости.Цементируемые ( нитроцементируемые) легированные стали по механическим свойствам делятся на две группы: стали средней прочности с пределом текучести менее 700 МПа и повышенной прочности с пределом текучести 700 – 1100 МПа.
Хромистые и хромованадиевые стали цементируются на глубину 1,5 мм.
Высокопрочными называют стали, имеющие предел прочности 1500 – 2000 МПа и более. Этим сталям необходимо иметь достаточный запас пластичности и вязкости. К ним относятся:
1) среднеуглеродистые комплексно-легированные стали, используемые после закалки с низким отпуском или после термомеханической обработки;
2) мартенситно-стареющие стали;
3) метастабильные аустенитные стали.
Пружинные стали общего назначения работают в области упругой деформации. В то же время многие из них подвержены воздействию циклических нагрузок. Поэтому основные требования к пружинным сталям – это обеспечение высоких значений пределов упругости, текучести, выносливости, а также, необходимой пластичности и сопротивления хрупкому разрушению.
Стали для пружин и рессор содержат 0,5 – 0,75% С; их также допол-нительно легируют кремнием, марганцем, хромом, ванадием, вольфрамом и никелем. При этом происходит измельчение зерна, способствующее возрастанию сопротивления стали малым пластическим деформациям.
Термическая обработка легированных пружинных сталей (закалка 850 – 8800С, отпуск 380 – 5500С) обеспечивает получение высоких пределов прочности и текучести при пластичности δ = 5 – 12%.
Шарикоподшипниковые стали.
Основной причиной выхода из строя подшипников является контактная усталость металла, проявляющаяся в выкрашивании частиц и отслаивании тонких пластин с рабочей поверхности деталей. При этом на контактных поверхностях деталей возникают дефекты в виде мелких «язв».
Для обеспечения работоспособности изделий шарикоподшипниковая сталь должна обладать высокой твердостью, прочностью и контактной выносливостью. Это достигается качеством металла: его очисткой от неметаллических включений и уменьшением пористости посредством использования электрошлакового или вакуумно-дугового переплава.
При изготовлении деталей подшипника широко используют шарикоподшипниковые (Ш) хромистые (Х) стали ШХ15 и ШХ15СГ с содержанием углерода 1%, дополнительно легированные кремнием и марганцем для повышения прокаливаемости. [2]
Тема 2.3. Стали для изготовления сварных конструкций
При наиболее распространенных способах сварки плавлением в резуль-тате действия источника сварочной теплоты образуется ванна расплавленного металла – сварочная ванна, которая после затвердевания – кристаллизации – обеспечивает создание металлической связи с нерасплавленными зонами свариваемых элементов. В тех объемах металла, которые получили нагрев в процессе сварки, происходит изменение структуры и свойств.
Основным требованием, предъявляемыми к сварным соединениям, является обеспечение механической прочности конструкции. Кроме того, сварные соединения должны обеспечивать плотность (герметичность), хими-ческую стойкость, жаропрочность и пр. [1]
Для выполнения этих требований при сварке сварных конструкций применяются следующие стали:
1. Углеродистые конструкционные стали.
2. Низко- и среднелегированные закаливающиеся стали.
3. низкоуглеродистые бейнитно-мартенситные стали.
4. Высокопрочные перлитные стали.
5. Высокохромистые мартенситные, мартенситно-ферритные и феррит-ные стали.
6. Высоколегированные аустенитные стали и сплавы.
Тема 2.4. Цветные металлы и сплавы
Медь и медные сплавы.
Медь – пластичный и тяжелый металл с высокой теплопроводностью и низким электросопротивлением, а также с высокой коррозионной стойкостью. Это определяет широкое применение меди электротехнической и химической промышленности, В судостроении и криогенной технике, в приборостроении, металлургической промышленности и др. отраслях производства. В сварных конструкциях медь используют в основном в виде листов, лент, полос, труб и проволоки.
Бронзы – это сплавы на основе меди, легированные алюминием, оловом, марганцем, железом и др. элементами. Бронзы подразделяются на две основные группы:
– безоловянные, не содержащие олово в качестве легирующего элемента;
– оловянные, в которых основным легирующим элементом является олово.
В свою очередь безоловянные бронзы в зависимости от основного легирующего элемента подразделяются на алюминиевые, марганцевые, кремниевые, хромовые, бериллиевые и др.
Для всех медных сплавов принята система обозначения марок, отличная от маркировки сталей. Марки деформируемых бронз состоят из букв Бр (бронза), за которыми следуют начальные буквы русских названий легирующих элементов (см. табл. 2). После них в той же последовательности указываются числа, обозначающие среднее содержание этих элементов в процентах. Например, БрАМц9-2 означает, что данная бронза содержит в среднем 9% алю-миния и 2% марганца, остальное – медь и примеси.
В отличие от деформируемых бронз, в литейных бронзах цифры, обозначающие среднее содержание легирующих элементов, указываются сразу после буквы условного обозначения каждого легирующего элемента. Например, БрО3Ц12С5. Если данная марка изготавливается как литейная, так и деформируемая, то в обозначении марки литейной бронзы в конце буква «Л».
Таблица 2 Условные обозначения элементов в марках цветных металлов и сплавов.
| А алюминий | Б бериллий | Бо бор | Ж железо | Кд кадмий |
| К кремний | Мг магний | Мц марганец | М медь | Мш мышьяк |
| Н никель | О олово | С свинец | Ср Серебро | Су сурьма |
| Т титан | Ф фосфор | Х хром | Ц Цинк | Рз редкозем |
Латуни – это сплавы меди с цинком. По химическому составу их подразделяют на двойные (простые), состоящие из меди и цинка, и многоком-понентные (сложные или специальные).
В зависимости от назначения и механических свойств латуни бывают обрабатываемые давлением и литейные.
Обозначение марок двойных латуней состоят из буквы «Л» (латунь) и цифры, указывающей среднее содержание меди в процентах, остальное – цинк.
Марки многокомпонентных латуней обозначаются аналогично бронзам. После первой буквы «Л» (латунь) указываются буквы обозначений элементов, которыми легирована данная марка латуни. За буквами следует число, показывающее среднее содержание меди в процентах, а за ними цифры в той же последовательности, что и буквы, соответствующие среднему содержанию каждого легирующего элемента в процентах. Содержание цинка в марках лату-ней не указывают, т.е. цинк – все остальное. Например, обозначение ЛМц58-2 означает, что данная марка латуни содержит 58% меди, 2% марганца, остальное – цинк.
К медно-никелевым сплавам относятся сплавы с медной основой, содержащей до 50% никеля.
Обозначение марок начинается с буквы «М» (медь), после которой следуют буквы, обозначающие легирующие элементы. Например, МН19 – это сплав, содержащий никеля 19%, остальное – медь.
Никель и его сплавы.
Никель и его сплавы, содержащие более 50% никеля, – широко распрост-раненные конструкционные материалы, применяемые во многих отраслях промышленности для изготовления аппаратуры и оборудования, работающих в агрессивных средах при повышенных и пониженных температурах.
Буква «Н» в обозначении марки соответствует установленному обозначению металла (никель), а последующие цифры являются порядковыми номерами марок.