Классификация по назначению




Машиностроительные материалы

Цель: изучить классификацию машиностроительных материалов, их маркировку и область применения.

 

Общие сведения

Правильно выбранный материал в значительной степени определяет качество детали и машины в целом. При выборе материала учитывают следующие факторы: свойства материала, служебное назначение и условия работы детали или конструкции, способ формообразования детали, стоимости и дефицитность материала.

Все машиностроительные материалы можно разделить на 4 большие группы:

I. Черные металлы: стали и чугуны.

II. Цветные металлы: медь, цинк, свинец, олово, алюминий, магний, титан. А также сплавы на их основе: латуни, бронзы, баббиты, силумины, дуралюмины и др.

III. Порошковые материалы.

IV. Неметаллические материалы: дерево, резина, пластмассы, кожа и др.

Ниже рассмотрены химический состав, маркировка и область применения первых трёх групп указанных материалов.

 

ЧЁРНЫЕ МЕТАЛЛЫ

СТАЛИ

Классификация сталей производится по химическому составу, качеству (по способу производства и содержанию вредных примесей), а также по назначению. По химическому составу стали делят на две большие группы: углеродистые и легированные.

Углеродистые стали в зависимости от содержания углерода подразделяют на следующие группы: малоуглеродистые – менее 0,2 % С; среднеуглеродистые – 0,2…0,7 % С; высокоуглеродистые – более 0,7 % С.

Легированные стали в зависимости от введённых элементов подразделяют на хромистые, марганцовистые, хромоникелевые, марганцевые и многие другие. Их классификация по химическому составу определяется суммарным процентом содержания легирующих элементов: низколегированные – менее 5 %; среднелегированные – 5…10 %; высоколегированные – более 10 %.

 

Классификация по качеству

По качеству, то есть по способу производства и содержанию вредных примесей, стали и сплавы делятся на следующие группы:

Таблица 1

Содержание вредных примесей в сталях и сплавах

Группа Сера, % Фосфор, %
обыкновенного качества качественные высококачественные особо высококачественные менее 0,050 менее 0,040 менее 0,025 менее 0,015 менее 0,040 менее 0,035 менее 0,025 менее 0,025

 

Углеродистые стали

По качеству углеродистые стали делятся на следующие группы:

а) углеродистые стали обыкновенного качества (ГОСТ 380-94). Изготовляют следующих марок: Ст0, Ст1кп, Ст1пс, Ст1сп, Ст2кп, Ст2пс, Ст2сп, Ст3кп, Ст3пс, Ст3сп, Ст3Гпс, Ст4кп, Ст4пс, Ст4сп, Ст5пс, Ст5сп, Ст5Гпс, Ст6пс, Ст6сп. Буквы «Ст» обозначают «Сталь», цифра – условный номер марки в зависимости от химического состава, буквы «кп», «пс», «сп» - степень раскисления («кп» - кипящая, «пс» - полуспокойная, «сп» - спокойная), буква «Г» – повышенное содержание марганца.

Область применения: Ст0 – неответственные и малонагруженные детали (планки, угольники, шайбы, прокладки, стопорные кольца); Ст1, Ст2 – малонагруженные детали (крепёж, кронштейны, заклёпки); Ст3, Ст4 – в строительстве; Ст5 – умеренно нагруженные детали машин (валы, оси, детали строительных конструкций, оправки, штифты); Ст6 – детали машин повышенной твёрдости (валы, оси, коленчатые валы, шпиндели, червяки, крупные поковки, шпонки).

б) углеродистые качественные стали (ГОСТ 1050-88). Изготавливают следующих марок: 05кп, 08кп, 08пс, 08, 10кп, 10пс, 10, 11кп, 15кп, 15пс, 15, 18кп, 20кп, 20пс, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 58(пп), 60. Цифры в марках указывают среднее содержание углерода в сотых долях процента, буквы – степень раскисления: кипящую – «кп», полуспокойную – «пс», спокойную – без индекса.

Область применения: 08 – 35 – малонагруженные детали (трубки, втулки, валики, ключи, шайбы, шпильки, болты, муфты, зубчатые колёса); 40 – 70 – умеренно нагруженные детали (шестерни, зубчатые колёса, рейки, ключи, муфты, шпильки, шпонки, ходовые винты, шпиндели).

в) углеродистые высококачественные стали бывают только инструментальные. В марках этих сталей в конце ставится буква «А», например, У8А, У11А (расшифровку см. ниже).

Область применения: ответственные детали с высокими требованиями к химическому составу и механическим свойствам.

 

Легированные стали (ГОСТ 4543-71)

Конструкционные легированные стали бывают:

а) качественные: 40Х, 30ХГТ, др.;

б) высококачественные, в конце маркировки ставится буква «А»: 12ХН3А 38ХМЮА;

в) особовысококачественные, в конце маркировки ставится буква «Ш» для сталей электрошлакового переплава и буквы ВД для сталей вакуумно-дугового переплава: 20Ш, 08Х18Н10ВД.

 

Классификация по назначению

По назначению стали делятся на три группы: конструкционные, инструментальные и стали с особыми свойствами.

2.1. Конструкционные стали:

1) цементуемые, содержащие 0,10-0,30 % углерода.

Область применения: детали, работающие в условиях износа и ударных нагрузок (шестерни, втулки, оси и др.): 10, 15, 20, 25, 15Х, 20Х – для изделий небольшого сечения и несложной формы; 20ХН, 12ХН3А, 18ХГТ, 30ХГТ – для изделий средних размеров; 12Х2Н4Ф, 18Х2Н4В, 18Х2Н4МА, 20ХГНР, 25ХГМ – для изделий больших размеров.

2) улучшаемые, содержащие 0,35-0,50 % углерода.

Область применения: 35, 40, 45, 50 – для мелких деталей невысокой прочности; 40Х, 45Х, 40ХР, 40ХГ – для средних деталей повышенной прочности (ролики, втулки и др.); 30ХН2МФ, 38ХН3МФ, 40ХНМ – для крупных и сложных по конфигурации деталей (кулачковые муфты, червяки, шестерни и др.).

3) пружинно-рессорные (ГОСТ 14959-79), содержащие 0,50-0,70 % углерода.

Область применения: 65, 70, 75 – для обычных пружин; 50С1, 55С2, 60С2, 70С3А, 60Г, 50ХГ, 60СГ – пружины и рессоры автомобилей, тракторов и железнодорожного транспорта; 70С2ХА – пружины часовых механизмов и приборов; 50ХФА, 60С2Н2А – крупные, особо ответственные пружины и рессоры.

4) шарикоподшипниковые (ГОСТ 801-78), содержащие ≈1,0 % углерода. Обозначаются буквами «ШХ» в начале марки, следующая цифра указывает среднее содержание хрома в десятых долях процента. В конце марки может быть указан вид металлургического переплава: «Ш» – электрошлаковый (ШХ15Ш); «ВД» – вакуумно-дуговой (ШХ15ВД).

Область применения: ШХ6, ШХ9, ШХ15, ШХСГ – кольца, шарики, ролики.

5) строительные, содержащие 0,10-0,20 % углерода – низкоуглеродистые и низколегированные стали (ГОСТ 19281-89 и ГОСТ 19282-72).

Область применения: Ст3, Ст4 – изделия обычной прочности, широкое применение в строительстве; 09Г2, 14Г2, 17ГС, 14ХГС, 10ХСНД, 15ХСНД – дли изделий, работающих при низких температурах в условиях Севера.

6) автоматные (ГОСТ 1414-75), содержащие 0,08-0,45 % углерода и повышенное содержание серы (0,05-0,30 %), фосфора (0,05-0,16 %) и часто марганца (0,6-1,55 %). В обозначении марки первая буква «А» указывает, что сталь автоматная; цифры в ней показывают содержание углерода в сотых долях процента: А11, А40Г; присутствие свинца обозначает буква «С»: АС35Г2, кальция – буква «Ц»: АЦ45Х, АЦ40Г2, селена – буква «Е»: А35Е, А40ХЕ.

Область применения: шайбы, болты, гайки, шпильки – детали массового спроса, изготавливаемые на станках-автоматах.

7) литейные (конструкционные литейные легированные стали ГОСТ 977-88), содержащие до 0,9 % марганца, до 0,52 % кремния и не более 0,06 % серы и 0,08 % фосфора. В конце марки литейной стали ставится буква «Л».

Область применения: низкоуглеродистые – для деталей, подвергающихся ударным нагрузкам, арматуры, сварно-литых конструкций; среднеуглеродистые – для станин и валков прокатных станов, крупных шестерён, зубчатых колес; 20ФЛ – для крупногабаритных деталей грузовых вагонов; 08ГДНФЛ – для ответственных крупных деталей в судостроении, работающих до – 60 ºС.

 

2.2. Инструментальные стали:

1) углеродистые (ГОСТ 1435-99). Буква «У» в обозначении марки означает «углеродистая сталь», а цифра показывает среднее содержание углерода в десятых долях процента.

Область применения: У7, У8 – зубила, клейма, ножницы, молотки, штампы; У9, У10, У11 – метчики, свёрла, ножовки, резцы, развёртки (режущий инструмент); У12, У13 – напильники, бритвы, граверный и хирургический инструмент.

2) легированные (ГОСТ 5950-2000).

Область применения: Х, 9ХС, ХВ5, Х6ВФ, ХВГ – режущий инструмент для лёгких условий работы (резцы, напильники, протяжки, зенкеры); Х12М, Х12, Х6ВФ, Х12Ф, Х, Х9 – штампы для холодного деформирования.

3) быстрорежущие (ГОСТ 19265-73). Маркируются буквой «Р», за буквой следует цифра, указывающая на среднее содержание вольфрама в процентах. Далее следуют буквы, указывающие на содержание соответствующего легирующего элемента в процентах.

Область применения: Р18, Р12, Р9, Р6М5, Р6М3 – для режущего инструмента нормальной стойкости (фрезы, свёрла, метчики, протяжки, зенкеры); Р14Ф4 – режущий инструмент повышенной стойкости; Р10К5Ф5, Р9К10, Р9К5, Р18Ф2 – стали повышенной производительности.

4) штамповые.

Область применения: штампы, пуансоны, ролики, валики, матрицы. Х12, Х12ВМ, Х12М, Х12Ф, Х6ВФ – для штампов холодного деформирования, обладающие высокой твёрдостью, сопротивлением истиранию, достаточной ударной вязкостью; 5ХНМ, 5ХГМ, 5ХНТ, 5ХНСВ – для штампов горячего деформирования, обладающих жаропрочностью, красностойкостью, термостойкостью, вязкостью, прокаливаемостью, неслипаемостью; У7, У8, У9 – для штампов, работающих в лёгких условиях.

 

2.3. Стали и сплавы с особыми свойствами:

1) коррозионностойкие (ГОСТ 5632-72), обязательно содержащие более 12,5 % хрома.

Область применения: 0Х13, 1Х13, 2Х13, 3Х13, 4Х13, Х14 – для изделий бытового назначения; 20Х17, 08Х17Т, 14Х17Н2 – детали паровых и газовых турбин; 15Х25Т, 15Х25 – муфели печей, чехлы термопар, реторты; 12Х18Н8, 12Х18Н9Т, 12Х18Н10Т, 10Х17Н13М2Т, 08Х22Н6Т – для изделий широкого потребления, в архитектуре, скульптуре.

2) жаростойкие, способные сопротивляться окислению при высоких температурах 800-1000 ºС.

Область применения: 12Х17, 15Х25Т, 12Х18Н9, 10Х23Н18, ХН32Т, ХН45Т, ХН78Т – печные конвейеры, ящики для цементации, детали газопроводов, аппаратура, задвижки, лопатки паровых турбин.

3) жаропрочные, способные противостоять механическим нагрузкам при высоких температурах.

Область применения: 12МХ, 12ХМФ, Х5ВФ Область применения: 12МХ, 12ХМФ, Х5ВФ Область применения: 12МХ, 12ХМФ, Х5ВФ – трубы, котлы; Х6С, Х9С2, Х6СМ, Х10С2М – клапаны двигателей автомобилей, тракторов, мотоциклов.

4) износостойкие стали (ГОСТ 5632-72), способные сопротивляться кавитационной коррозии и механическому изнашиванию при значительных ударных нагрузках.

Область применения: 12Х18Н9Т, 30Х10Г10, 0Х14АГ12, 0Х14АГ12М, 110Г13 - лопасти гидротурбин и гидронасосов, крестовин рельсов, щёк дробилок, черпаков землеройных машин, траков.

5) сплавы с особыми тепловыми и упругими свойствами (ГОСТ 10994-74): а) сплав ИНВАР марки Н36 (36 % Ni, остальное – Fe) практически не расширяется в интервале температур от 80 до 100 ºС. Его применяют для изготовления деталей приборов, которые не должны заметно изменять размеры при колебаниях температуры; б) сплав ПЛАТИНИТ марки Н48 (48% Ni, остальное – Fe) коэффициент линейного расширения изменяется незначительно до 400 ºС, а при более высокой температуре сильно увеличивается; в) сплав ЭЛИНВАР марки Н36Х8 (36 %Ni, 8 % Cr, остальное – Fe) наряду с низким коэффициентом линейного расширения сохраняет постоянные упругие свойства до 100 ºС. Применяют для пружин в часах и точных приборах, для камертонов.

6) стали и сплавы с высоким электросопротивлением (ГОСТ 10994-74), содержащие 0,06-0,12 % углерода, обладают высоким сопротивлением 1,06-1,47 мкОм·м и жаростойкостью 1000-1350 ºС.

Область применения: Х13Ю4 (фехраль), 0Х23Ю5 (хромель), 0Х27Ю5А, Х20Н80 (нихром), Х15Н60 (ферронихром) – для деталей и элементов нагревательных приборов, реостатов, резисторов, терморезисторов, тензодатчиков.

7) магнитные стали и сплавы:

а) магнитно-твёрдые (ГОСТ 17809-72) характеризуются высокими коэрцитивной силой, остаточной индукцией и магнитной энергией. Обозначаются буквой «Е», далее указывается буква с цифрой, показывающей содержание хрома в целых процентах – ЕХ2, ЕХ3. Широкое применение в промышленности нашли сплавы типа алнико (высокоуглеродистые сплавы железа, алюминия, никеля и кобальта) – ЮНДК15, ЮН14ДК25А, ЮНЖК31Т3БА.

Область применения: для постоянных магнитов.

б) магнитно-мягкие, характеризуются лёгкой намагничиваемостью в относительно слабых магнитных полях, высокой магнитной проницаемостью, низкой коэрцитивной силой; работают в условиях переменного намагничивания. Марки: технически чистое железо – Э, ЭА, ЭАА; электротехническая кремнистая (3 % Si) сталь – Э11, Э12, Э13, Э21, Э31, Э32, Э42, Э43 – горячекатаная, Э1100, Э1200, Э1300, Э3100, Э3200 – холоднокатаная; пермаллои – 45Н (45 % Ni), 79Н (79 % Ni), 79НМ (79 % Ni, 3 % Mo).

Область применения: сердечники трансформатора.

8) парамагнитные, характеризующиеся немагнитностью и высокой прочностью.

Область применения: 12Х18Н10Т, 17Х18Н9, 55Г9Н9Х3, 40Г14Н9Ф2 – для деталей конструкций в электротехнике, приборостроении, судостроении.

ЧУГУНЫ

1. Серые чугуны (ГОСТ 1412-85). Маркируются буквами «СЧ» и цифрой, соответствующей минимальному пределу прочности при растяжении sВ, кгс/мм2. Углерод в структуре серых чугунов содержится в виде пластинок свободного графита, снижающих прочность чугунов.

Область применения: СЧ10, СЧ15 – умеренно нагруженные детали (корпуса, плиты, шкивы, маховики); СЧ20, СЧ25, СЧ30 – высоконагруженные детали, работающие на износ (зубчатые колёса, шкивы, гильзы, корпуса, станины), отливки сложной формы; СЧ35, СЧ40, СЧ45 – наиболее ответственные детали с массивными стенками, работающие при больших нагрузках (штампы, втулки, крупные коленчатые валы, крупные зубчатые колёса).

2. Ковкие чугуны (ГОСТ 1215-79). Маркируются буквами «КЧ» и двумя цифрами: первая соответствует минимальному пределу прочности при растяжении σВ, кгс/мм2, вторая – относительному удлинению при растяжении d, %. Углерод в структуре ковких чугунов содержится в виде хлопьев свободного графита, получающихся в результате графитизирующего длительного отжига.

Область применения: КЧ30-6, КЧ33-8 – детали, работающие при низких и умеренных нагрузках (хомутики, клапаны, муфты, звенья цепей, держатели); КЧ35-10, КЧ37-12 – детали, работающие при сложных нагрузках (тормоза, кронштейны, втулки, колодки, ступицы, пальцы); КЧ45-7, КЧ50-5, КЧ55-4, КЧ60-3, КЧ65-2 – детали, работающие при высоких нагрузках и интенсивном износе: ковенвалы, муфты, втулки, звёздочки, храповики, ролики цепей.

3. Высокопрочные чугуны (ГОСТ 7293-85). Маркируются буквами «ВЧ» и цифрой, соответствующей минимальному пределу прочности при растяжении sВ, кгс/мм2. Углерод в структуре высокопрочных чугунов содержится в виде шаровидного графита, получающегося в результате присадки магния или циркония при плавке.

Область применения: ВЧ50, ВЧ60, ВЧ70, ВЧ80, ВЧ100 – для деталей ответственного назначения (коленчатые валы, зубчатые колёса, корпуса автомобильных моторов, корпуса паровых турбин, прокатные валки).

 



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2019-03-17 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: