Обозначение марок и область применения основных металлических сплавов

Сталь представляет собой многокомпонентный железоуглеродистый сплав с содержанием углерода до 2,14 %. Стали делят на углеродистые и легированные.

Углеродистые стали: низкоуглеродистые с содержанием углерода до 0,3 %, среднеуглеродистые - от 0,3 до 0,6 % углерода, высокоуглеродистые - более 0,6 % углерода. Легированные стали: низколегированные с общим количеством легирующих элементов до 2,5 %, среднелегированные - от 2,5 до 10,0 %, высоколегированные - содержание легирующих элементов более 10,0 %.

Сплавы цветных металлов называют по основному металлу: алюминиевые, магниевые, медные, титановые сплавы и т.п. Их делят: сплавы легких металлов с удельным весом до 4500 кг/м3, сплавы тяжелых металлов с удельным весом более 4500 кг/м3. К легким сплавам относят алюминиевые, магниевые, титановые, бериллиевые сплавы, к тяжелым сплавам - медные, медно-никелевые, цинковые сплавы, сплавы олова и свинца (баббиты), сплавы благородных металлов (золота, платины, серебра). Сплавы меди с цинком называют латунями, сплавы меди с оловом - оловянными бронзами

Углеродистая сталь. В зависимости от качества стали делят на стали обыкновенного качества, качественные, высококачественные и особовысококачественные.

Сталь углеродистая обыкновенного качества (ГОСТ 380-2005). Выплавляют стали марок Ст0, Ст1кп, Ст1сп, Ст1пс,...Ст3кп, Ст3сп, Ст3пс, Ст3Гпс, Ст3Гсп... Ст6пс, Ст6сп. Буквы "Ст" обозначают "сталь", цифры - условный номер марки в зависимости от химического состава стали, буквы марки "кп", "пс", "сп" - степень раскисленности ("кп" - кипящая, "пс" - полуспокойная, "сп" - спокойная). Сталь, деформируемая поставляется потребителю в горячекатаном состоянии в виде сортового, фасонного, листового, широкополосного проката, а также в виде поковок, штамповок, труб, ленты и проволоки.

Сталь углеродистая качественная конструкционная (ГОСТ 1050-88). Стандарт включает 24 марки стали от 05 кп, 08 кп, 08 пс, 08... 10, 15, 20... 40, 45, 50... до 58 (55пп), 60. В обозначении марки цифры означают среднее содержание углерода в сотых долях процента, буквы марки "кп" - стали кипящая, "пс" - полуспокойная, спокойные стали - без индекса, буквы в марке 55пп "пп" - сталь повышенной прокаливаемости. Сталь деформируемая, используется в виде сортового, листового проката, а также в виде поковок. Из сталей с низким содержанием углерода марок 08пс, 10пс, 15пс, 20пс производят листовой прокат для холодной штамповки.

Сталь легированная конструкционная (ГОСТ 4543-71). Настоящий стандарт распространяется на все виды проката, поковки и штамповки из легированной конструкционной стали. В зависимости от основных легирующих элементов сталь делится на группы: хромистая, марганцовистая, хромомолибденовая и т.п.

Примеры обозначения марок: 15Х, 35Г2, 15ХМ, 20ХНЗА, 15ХГБ2ТА и т.п. В обозначении марок первые две цифры указывают среднюю массовую долю углерода в сотых долях процента, буквы за цифрами обозначают: X - хром, Г - марганец, Н - никель, Т - титан, Р - бор, Ю - алюминий, С-кремний, Ф - ванадий, М - молибден, В - вольфрам, А - азот. Цифры, стоящие после букв, указывают примерную массовую долю легирующего элемента в процентах. Отсутствие цифры означает, что в составе стали содержится до 1,5 % этого легирующего элемента. Буква "А" в конце марки означает "высококачественная сталь", буква "А" в середине марки - сталь, легированная азотом.

Сталь нелегированная инструментальная ГОСТ 1435-99. Настоящий стандарт распространяется на углеродистую инструментальную горячекатаную, кованую, калиброванную сталь, сталь со специальной отделкой поверхности марок У7, У7А, У8, У8А... У12, У12А, У13, У13А. Буквы и цифры в обозначении марок стали означают: У - углеродистая, следующая за буквой цифра - средняя массовая доля углерода в десятых долях процента, А - сталь высококачественная. Используется в виде сортового проката и поковок.

Литейные стали. Требования к легированным и нелегированным конструкционным литейным сталям устанавливает ГОСТ 977-88. Согласно стандарту, в обозначение марок вводят букву Л. Например, 25Л, 20ГСЛ, 12Х7ГЗСЛ. Цифры и буквы русского алфавита в марке указывают среднее содержание углерода в сотых долях процента – первые две цифры, легирующий элемент, его массовую долю в процентах -цифра за буквой, буква Л - сталь литейная.

Чугун - многокомпонентный железоуглеродистый сплав с содержанием углерода более 2,14 % и затвердевающий с образованием эвтектики. Основная классификация чугунов - это классификация по степени графитизации. Согласно этой классификации, различают белые чугуны, графитизированные чугуны, половинчатые чугуны.

Графитизированные чугуны: серые чугуны (СЧ), высокопрочные чугуны (ВЧ), ковкие чугуны (КЧ).

Используют только как литейный сплав для получения отливок. Наибольшее применение нашли графитизированные чугуны.

Серий чугун (ГОСТ 1412-85). Для серого чугуна характерна пластинчатая форма графита. В стандарт включены шесть марок чугунов СЧ10, СЧ15, СЧ20, СЧ25, СЧ30, СЧ35. Буквы марки "СЧ" означают серый чугун, цифры - временное сопротивление разрушению при растяжении в кгс/мм2. Например, чугун марки СЧ35 должен иметь σв=20 кгс/мм2 или σв=200 МПа. Серый чугун - хрупкий материал, имеет среднюю твердость порядка НВ 1490...1970 МПа, хорошо обрабатывается резанием, обладает хорошими литейными свойствами. Серый чугун нашел широкое применение в станкостроении (станины, суппорты, бабки и т.п.), авто- и тракторостроении (блоки цилиндров, поршневые кольца, тормозные барабаны и т.п.), дизелестроении и других отраслях промышленности.

Высокопрочный чугун. В ГОСТ 7293-85 включены следующие марки: ВЧ 35, ВЧ 40, ВЧ 45, ВЧ 50, ВЧ 60, ВЧ 70, ВЧ 80, ВЧ 100. Цифры за буквами ВЧ - высокопрочный чугун означают предел прочности разрушению при растяжении. Например, чугун марки ВЧ 60 должен иметь σв=60 кгс/мм2 или σв=600 МПа. Для высокопрочного чугуна характерна шаровидная форма графита, получают его путем модифицирования низкозернистого серого чугуна чистым магнием или магнийсодержащими добавками. Высокопрочный чугун нашел широкое применение в автомобилестроении (коленчатые и распределительные валы, шестерни различных механизмов, блоки цилиндров и т.п.), тяжелом машиностроении (детали турбин, прокатные валки, шаботы молотов и т.п.), транспортном, сельскохозяйственном машиностроении (шестерни и звездочки, диски муфт, различного рода рычаги, опорные катки и т.п.) и во многих других отраслях.

Ковкий чугун. Получают его путем отжига белого чугуна, в результате образуется хлопьевидная форма графита. ГОСТ 1215-79 устанавливает требования к маркам ковкого чугуна от КЧ 30-6, КЧ 38-8, КЧ 35-10 до КЧ 65-3, КЧ 70-2, КЧ 80-1,5. Цифры за буквенным обозначением ковкого чугуна КЧ означают: первая группа цифр – предел прочности разрушению при растяжении (σв в кгс/мм2), вторая группа цифр - относительное удлинение (δ в %). Например, чугун марки КЧ 65-3 должен иметь σв = 65 кгс/мм2 (650 МПа) и δ =3 %. Ковкие чугуны применяют в сельскохозяйственном машиностроении (шестерни, ступицы, рычаги и т.п.), авто- и тракторостроении (задние мосты, ступицы, тормозные колодки, рычаги, катки и т.п.), вагоно- и судостроении (кронштейны, детали тормозной системы, детали сцепки и т.п.), для изготовления санитарно-технического и строительного оборудования.

Сплавы меди. Наиболее распространенными и известными являются латуни и бронзы.

Латунь - сплав меди с цинком. Наибольшее применение нашли латуни, содержащие до 38 % цинка. Эти латуни пластичны, хорошо обрабатываются давлением в горячем состоянии, коррозионностойки. К деформируемым латуням относят латуни марок Л96...Л60, ЛК80-3 и др. Буквы и цифры в обозначении марок означают: Л - латунь, последующие цифры - массовую долю меди в процентах, остальное - цинк. Например, латунь марки ЛК80-3 содержит: 80 % меди, 3 % кремния, остальное - цинк.

Литейные латуни согласно ГОСТ 17711-80 имеют сложный химический состав, по марке можно судить о составе латуней. В промышленности используют 8 марок литейных латуней: ЛЦ40С; ЛЦ40Мц1,5; ЛЦ40МцЗЖ; ЛЦ23А6ЖЗМц2 и др.

Например, латунь марки ЛЦ40МцЗЖ содержит в среднем 40 % цинка, 3 % марганца, 1 % железа, остальное - медь. Все добавляемые к латуни элементы обозначают буквами русского алфавита: О - олово, Ц - цинк, С - свинец, Ж - железо, Мц - марганец, Н - никель, К - кремний, А - алюминий. Из латуней изготовляют санитарно-техническое оборудование, сепараторы шариковых и роликовых подшипников, литые гребные винты, лопасти гребных винтов, антифрикционные детали.

Бронза - сплав меди с оловом (оловянные бронзы) или другими элементами (безоловянные бронзы). Различают бронзы деформируемые и литейные. В обозначении марок деформируемых бронз последовательно указывают буквами русского алфавита элементы, входящие в их состав: О - олово, Д - алюминий, Ф - фосфор, С - свинец, Ц - цинк, К - кремний и т.п. За буквами указывают массовую долю этих элементов в процентах.

Например, бронза БрОЦС 4-4-2,5. Марка указывает Бр - бронза, буквы ОЦС - соответственно элементы: олово, цинк, свинец; группа цифр - среднюю долю каждого из этих элементов: 4 % Sn, 4 % Zn, 2,5 % Pb.

В отличие от деформируемых бронз в марках литейных бронз содержание каждого элемента указывают непосредственно за его буквенным обозначением. Например, по марке БрО6Ц6С3 можно судить о следующем: сплав - бронза оловянная литейная, содержащая в среднем 6 % Sn, 6 % Zn, 3 % Pb, остальное - медь.

Большинство современных бронз редко содержит более 7 % Sn. Олово дороже и дефицитнее меди. Поэтому при изготовлении бронз широко используют заменители олова и получают безоловянные бронзы. Например, бронза марки Бр АЖМц10-3-1,5 содержит в среднем 10 % алюминия, 3 % железа, 1,5 % марганца, остальное - медь.

Бронзы имеют малый коэффициент трения и устойчивы к износу. Из них изготавливают вкладыши подшипников, червячные колеса, шестерни и т.п.

Величина коэффициента трения практически одинакова у всех медных сплавов и составляет:

У латуней:

– со смазкой Ктр = 0,012…0,074;

– без смазки Ктр = 0,39…0,71.

У бронз:

– со смазкой Ктр = 0,01…0,016;

– без смазки Ктр = 0,12…0,33.

Сплавы алюминия. Деформируемые алюминиевые сплавы поступают потребителю в виде листов, лент, полос, плит, профилей, прутков, труб, проволоки, штамповок и поковок. Эти сплавы имеют невысокие прочностные свойства, но очень пластичны (δ до 40 %). К ним относятся сплавы алюминия с марганцем, магнием, медью и другими элементами, марки которых указаны в ГОСТ 4784-97. Наибольшее применение нашли сплавы марок АМг2, АМг5, АМц, Д18 и др. Буквы марки обозначают: А - алюминий, Мг - магний, Мц - марганец. Цифра после обозначения элемента - его средняя массовая доля в процентах.

Сплав марки Д18 относится к группе дуралюминов - сплавов на основе Al-Cu-Mg. Он содержит 2,2-3,0 % Cu, 0,2-0,5 % Mg. Дуралюмины хорошо деформируются и в горячем, и в холодном состояниях.

Литейные алюминиевые сплавы маркируют двумя буквами АЛ и цифрой, которые обозначают: А - алюминиевый сплав, Л - литейный, цифра за буквами - условный номер марки по ГОСТ 1583-93. Например, сплав АЛ2 согласно стандарту, относится к сплавам системы Al-Si, которые называют силуминами. Он содержит 10-13 % Si, имеет высокую жидкотекучесть и малую усадку, устойчив против коррозии.

Сплавы магния .Деформируемые магниевые сплавы поступают к потребителю в виде листов, прутков, труб и т.п. Слитки для обработки металлов давлением изготовляют из магниевых сплавов в чушках (ГОСТ 2581-78). Требования к деформируемым магниевым сплавам определяет ГОСТ 14957-76. Наибольшее применение нашли деформируемые магниевые сплавы с алюминием, марганцем, маркируемые МА. Например, сплав МА8 с небольшой добавкой марганца обладает высокой пластичностью, хорошей свариваемостью и коррозионной стойкостью. Буквы и цифры марки обозначают: М - магниевый сплав, А - алюминий, цифра за буквой - его средняя массовая доля в процентах.

Марки магниевых литейных сплавов и их химический состав определяет ГОСТ 2856-79. В него включены 14 марок сплавов от МЛЗ до МЛ19.

Буквы и цифры марки обозначают: М - магниевый сплав, Л - литейный, цифра за буквами - условный номер марки.

Наибольшее применение нашли сплавы магния, содержащие алюминий. Это сплавы марок МЛЗ, МЛ4, МЛ5, МЛ6. Например, сплав марки МЛ4 содержит 5,0-7,0 % Аl, 0,15-0,5 % Mn, 2,0-3,5 % Zn. В жаропрочные магниевые сплавы вводят ниодим в количестве 2,2-2,8 %.

Благодаря малой плотности и высокой удельной прочности магниевые сплавы используют в приборостроении, транспортном машиностроении, самолетостроении и других отраслях промышленности.

ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ

При выполнении лабораторной работы студенты и обслуживающий персонал должны выполнять все пункты "Инструкции по технике безопасности", действующие в лабораториях кафедры.

При испытаниях образцов на разрывной машине и прессе Бринелля студенты обязаны соблюдать правила техники безопасности, предусмотренные инструкциями при работе на этих приборах.

К выполнению работы студенты приступают только после инструктажа по технике безопасности, который проводит ведущий преподаватель.

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

В отчете по лабораторной работе должны быть следующие разделы:

1. Теоретические основы работы.

2. Результаты работы.

В 1-м разделе студенты описывают основное принципы классификации конструкционных материалов, механические свойства металлических материалов, указывают отличия в обозначении марок, деформируемых и литейных сплавов, определяют, о каких свойствах сплава можно судить по его марке. Во 2-м разделе студенты описывают методику определения предела прочности, относительного удлинения материалов, представляют заполненную ими табл.1, описывают, как и по каким признакам они определили вид сплава.

№ п/п	Результаты испытания образцов на растяжение	Диаметр отпечатка при определении твердости по Бринеллю d, мм	Механические свойства материала	Материал
Усилие растяжения, Р_в, H	Начальный диаметр рабочей части d_o, мм	Начальная площадь сечения S_o, м²	Начальная расчетная длина l_o, мм	Конечная расчетная длина l₁, мм	Предел прочности σ_в, МПа	Относительное удлинение δ, %	Твердость НВ, МПа

Таблица 1

Таблица 2

Твердость по Бринеллю (НВ) в зависимости от диаметра отпечатка

Диметр отпечатка, мм

2,50

2,60

2,70

2,80

2,90

3,0

3,10

3,20

3,30

3,40

3,50

3,60

3,70

Твердость НВ, МПа

Диметр отпечатка, мм

3,80

3,85

3,90

3,95

4,0

4,05

4,10

4,15

4,20

4,25

4,30

4,35

4,40

Твердость НВ, МПа

Диметр отпечатка, мм

4,45

4,50

4,55

4,60

4,65

4,70

4,75

4,80

4,85

4,90

4,95

5,00

5,05

Твердость НВ, МПа

Диметр отпечатка, мм

5,10

5,15

5,20

5,25

5,30

5,35

5,40

5,45

5,50

5,55

5,60

5,65

5,70

Твердость НВ, МПа

Диметр отпечатка, мм

5,80

5,90

6,00

6,10

6,20

6,30

6,40

6,50

6,60

6,70

6,80

6,90

7,00

Твердость НВ, МПа

Таблица 3

Значение, механические и технологические свойства некоторых металлических конструкционных материалов

Материал	Физические свойства	Механические свойства	Технологические свойства
Удельный вес, γ кг/м³	Температура плавления, t ^оС	Предел прочности σ_в, МПа	Твердость НВ, МПа	Относительное удлинение δ, %	Литейные	Деформируемость	Свариваемость	Обрабатываемость
Сталь	7700-7900	1450-1539	400-900	1500-3500	24-10	удовл.	хор.	хор.	хор.
Оловянная бронза	8600-9400	930-1015	147-206	450-900	10-3	хор.	удовл.	плох.	хор.
Латунь	8300-8600	880-920	220-450	600-1000	20-10	удовл.	хор.	плох.	удовл.
Серый чугун	6800-7400	1100-1200	100-400	1200-2000	1-0,1	хор.	-	плох.	хор.
Дуралюмин	2750-2800	547-550	300-490	600-850	10-6,5	-	хор.	удовл.	удовл.
Техническая медь			200-250		40-30	-	хор.	плох.	удовл.
Силумин	2500-2890	535-577	137-334	500-950	4-1	хор.	-	удовл.	пониж.

КОНРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Что такое конструкционные материалы?

2. Какие свойства характеризуют конструкционные материалы?

3. Что такое прочность, пластичность, твердость?

4. Что включает понятие "технологичность" конструкционных материалов?

5. Как различают металлические материалы по технологическому исполнению?

6. Дать характеристику сталям марок Ст.Зсп, Сталь 20, 20Л с одинаковой массовой долей углерода. В чем их различие?

7. Дать характеристику чугунам по марке: СЧ30, ВЧ50, КЧ35-10.

8. Какие величины характеризуют прочностные свойства материалов?

9. Какие величины характеризует пластические свойства материалов?

10. Что такое предел прочности, предел текучести? Что они характеризуют?

11. Какие исходные данные необходимы для определения σ_в, δ, НВ?

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Технология конструкционных материалов: Учеб. Для вузов /А.М.Дальский, Т.М.Барсукова, Л.Н.Бухаркин и др.; Под общ. ред. А.М.Дальского.- М.: Машиностроение, 2004.- 511 с.

2. Материаловедение и технология металлов: Учеб. для вузов/ Под ред. Г.П.Фетисова.- М.: Высшая школа, 2000.- 638 с.

3. Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т./ Под ред. А.М.Дальского, А.Г.Суслова, А.Г.Косиловой и др.- 5-е изд., исправл.- М.: Машиностроение-1, 2003.

Технологические процессы машиностроительного производства. Технология конструкционных материалов. Металлические конструкционные материал, определение их механических свойств: методические указания к выполнению лабораторной работы № 1 для студентов всех направлений подготовки.

Елена владимировна ковалева

Научный редактор С.В. Давыдов

Компьютерный набор М.Е. Амвросимова

Иллюстрации Е.В. Ковалева

Темплан 2017 г., п.