Конструкционные материалы

1.1. Черные металлы и сплавы

Железоуглеродистые сплавы с примесями марганца, кремния, серы, фосфора и некоторых других элементов принято называть черными металлами. В зависимости от содержания углерода они делятся на две группы: чугуны и стали.

Чугун – сплав железа с углеродом, содержащий свыше 2, 14% углерода. Чугуны нашли широкое применение в машиностроении благодаря высоким литейным свойствам, достаточной прочности и относительной дешевизне. Различают серые, ковкие, высокопрочные и чугуны со специальными свойствами.

В соответствии с ГОСТ 3443-87 серые чугуны маркируют буквами СЧ и числом, показывающим уменьшенный в 10 раз предел прочности на растяжение, в МПа, например СЧ 21(Ϭ в = 210МПа).

Высокопрочные и ковкие чугуны маркируются буквами и цифрами: ВЧ – высокопрочный чугун, КЧ - ковкий чугун; первые две цифры - уменьшенный в 10 раз предел прочности на растяжение в МПа, последние цифры – относительное удлинение в %.

Сталь - сплав железа с углеродом, содержащий углерода до 2, 14%.

Стали классифицируют по следующим признакам:

· химическому составу – углеродистые и легированные;

· по качеству – стали обыкновенного качества, качественные, высококачественные и особовысококачественные;

· по степени раскисления – стали спокойные, полуспокойные и кипящие;

· по назначению – конструкционные, инструментальные и специального назначения.

Углеродистые стали - это стали, свойства которых зависят от содержания углерода. Они делятся на стали обыкновенного качества, качественные и автоматные.

Стали обыкновенного качества поставляют горячекатаными в виде проката. Марки сталей, их химический состав и степень раскисления регламентирует ГОСТ 380-2005. Стали маркируют сочетанием букв Ст и цифрой (номер стали от 0 до 6). Для всех сталей (кроме Ст0) справедлива формула: процент содержания углерода = 0, 07 номер стали (например для Ст3 С% = 0, 07 3 = 0, 21%).

Качественные углеродистые конструкционные стали выплавляют в металлургических печах по ГОСТ 1050-88. Эти стали маркируются двузначными числами: 08, 10, 15, 25, 30…60, обозначающими среднее содержание углерода в сотых долях процента.

Автоматные стали имеют повышенное содержание серы, фосфора, марганца, что улучшает их обрабатываемость резанием. В обозначении таких сталей вначале ставят букву А – автоматная, а цифры после нее соответствуют среднему содержанию углерода в сотых долях процента.

Легированные стали – это стали, свойства которых зависят от содержащих легирующих элементов. Эти элементы придают стали определенные свойства: прочность, твердость, прокаливаемость, износостойкость и т.д. Марка легированных сталей состоит из сочетания букв и цифр, обозначающих ее химический состав. По ГОСТ 4543-71 принято обозначать:

Г – марганец. С – кремний.

Х – хром. Н – никель.

Ф – ванадий. Т – титан.

К – кобальт. М – молибден.

В – вольфрам. Ю – алюминий.

Р – бор. Б – ниобий.

Первые две цифры указывают среднее содержание углерода в сотых долях процента; затем следуют буквы, обозначающие легирующий элемент; цифры после букв – примерное содержание легирующего элемента в процентах. Если содержание элемента близко к 1%, цифра после буквы не ставится. Буква А в конце марки означает, то сталь высококачественная. Например, конструкционная сталь 38ХМЮА содержит 0, 38%С, 1%Cr, 1%Mo, 1%Al – высококачественная.

1.2. Цветные металлы и сплавы

Из цветных металлов наибольшее промышленное применение получили медь, алюминий, титан и сплавы на их основе.

Сплавы меди по химическому составу подразделяют на латуни и бронзы, по способу обработки – на литейные и деформированные.

Латунь – это сплав меди и цинка. Различают простые и сложные латуни. Маркировка латуней: первая буква Л указывает название сплава – латунь. Следующая за ней цифра обозначает среднее содержание меди в процентах. Сложные латуни маркируются дополнительно буквами, обозначающими легирующие элементы: алюминий – А, железо – Ж, бериллий – Б, магний – Мr, марганец – Мц, никель – Н, олово – О, свинец – С, серебро – Ср, фосфор – Ф, цинк – Ц, хром – Х. Первые две цифры, стоящие за буквами, указывают среднее содержание меди в процентах, последующие цифры – содержание других элементов; остальное в сплаве – цинк. Например, ЛАЖ60-1-1 – сложная латунь содержит 60% меди, 1% - алюминия, 1% - железа, остальное – цинк.

Бронза – это всякий медный сплав за исключением латуней. В зависимости от состава бронзы делятся на оловянистые и безоловянистые.

Маркировка бронз основана на том же принципе, что и латуней. Впереди стоят буквы Бр – бронза, далее следуют буквенные обозначения элементов, входящих в состав сплава, и за ними - цифры, указывающие среднее содержание этих элементов в процентах. Например, БрОФ6, 5 – 0, 15 – бронза, содержащая 6, 5% олова, 0, 15% фосфора, остальное – медь.

Алюминий отличается высокой электропроводностью, коррозионной стойкостью, малой плотностью и хорошо обрабатывается давлением. Алюминиевые сплавы, имея положительные качества алюминия, обладают, кроме того, повышенной прочностью и лучшими технологическими свойствами. В зависимости от состава и технологических свойств алюминиевые сплавы делятся на деформируемые и литейные. Маркировка алюминиевых сплавов включает в себя: буквенное обозначение сплава (Д – дуралюмины, В или АВ – высокопрочный сплав, АК – ковочный сплав, АЛ – литейный сплав); порядковый номер сплава. Например, АЛ9 – алюминиевый литейный сплав номер 9.

Титановые сплавы по сравнению с техническим титаном имеют лучшую пластичность, более высокую жаростойкость и прочность при повышенных температурах. Маркировка титановых сплавов включает в себя: буквенное обозначение вида сплава (ВТ, ПТ, ОТ) и порядковый номер сплава. Иногда в марку сплава добавляют буквы: У – улучшенный, М – модифицированный, И – специального назначения, Л – литейный, В – сплав, в котором марганец заменен эквивалентным количеством ванадия. Например, ВТ14 – титановый сплав номер 14.