5.7. Материалы, применяемые в производстве

Для изготовления деталей и элементов конструкций в различных отраслях промышленности используется большое многообразие материалов. Все их можно классифицировать по основным группам: стали, сплавы, чугуны, порошковые материалы, неметаллические материалы, композиционные материалы.

5.7.1. Стали

Сталь - это сплав железа с углеродом (С до 2 %) и другими элементами. Изделия из этого материала поддаются ковке, они имеют высокую прочность, пластичность, хорошо обрабатываются.

Структурная схема основных видов сталей приводится на рис. 5.15.

Стали подразделяются на две большие группы: углеродистые и легированные.

Углеродистые стали состоят из железа, углерода и при-месей. Углеродистые стали обыкновенного качества дешевые, содержат больше вредных примесей. В машиностроении их применяют для изготовления малонагруженных деталей.

Стали обыкновенного качества маркируются буквами «Ст», сто обозначает сталь, и условным номером виде цифры, стоящей после букв. Чем выше условный номер, тем больше содержание углерода (0,06…0,12% дл Ст1, 0,38…0,49% для Ст6) и выше прочность.

Углеродистые качественные конструкционные стали имеют меньшее количество вредных примесей и неметал-лических включений. Эти стали маркируются цифрами, указывающими содержание углерода в сотых долях процента. Например: сталь 30; сталь 45.

Низкоуглеродистые (до 0,25 % С) – пластичные стали. Детали, изготовленные из них, хорошо обрабатываются и подвергаются сварке.

Среднеуглеродистые стали (0,3 – 0,55 % С) имеют более высокую прочность, менее пластичны, но также хорошо обрабатываются, широко используются для изготовления разнообразных деталей машин.

Высокоуглеродистые (0,6 - 0,85 % С) – имеют повышенные прочностные и упругие свойства, а также износостойкость. Из них изготавливают высокопрочные детали для работы при высоких нагрузках (рессоры, пружины и др.).

Рис. 5.15. Структурная схема основных видов сталей

Легированными называются стали, в которых при-сутствуют специально введенные легирующие элементы для улучшения их свойств.

В легированных сталях основными легирующими элементами являются марганец, кремний, хром и никель. Помимо них во многих марках присутствуют титан, ванадий, молибден, вольфрам, кобальт, бор, ниобий, цирконий и другие элементы.

Легирующие элементы повышают твердость, прочность и улучшают другие свойства сталей. Так марганец, хром, молибден и вольфрам увеличивают глубину прокаливаемости (толщину закаливаемого слоя). Марганец обеспечивает более высокую износостойкость, а кремний повышает упругие свой-ства. Пластичность и вязкость увеличивает никель. Положи-тельное влияние на коррозионную стойкость оказывают хром и молибден. Режущие свойства при повышенных температурах в зоне резания улучшают вольфрам и молибден.

Таким образом, мы видим, что такие элементы как молибден, вольфрам, титан, ванадий, бор, ниобий, цирконий при введении их в сталь в небольшом количестве обеспечивают значительное улучшение ее свойств. Особенно благоприятно на свойства сталей оказывает комплексное легирование одновременно несколькими элементами.

Легирующие элементы для маркировки сталей обозна-чаются следующими буквами: Б – ниобий, В – вольфрам, Г – марганец, Д – медь, К – кобальт, Н – никель, М – молибден, Р – бор, С – кремний, Т – титан, Ф – ванадий, Х – хром, Ю – алюминий, Ц – цирконий, А – азот, П – фосфор.

Маркируются эти стали следующим образом. Вначале пишутся цифры, указывающие на среднюю массовую долю углерода в сотых долях процента, за цифрами идут буквы, обозначающие наличие легирующих элементов, а цифры, стоящие после букв, означают примерную массовую долю легирующего элемента.

Например, обозначение 12Х2Н3А расшифровывается так: 0,12 % углерода, 2 % хрома, 3 % никеля, А – высоко-качественная сталь.

Если в конце марки через тире стоит буква Ш (напри-мер, 30ХГС-Ш), то это означает, что данная сталь особо-высококачественная.

Если сталь содержит до 1,5 % легирующего элемента, то цифра после соответствующей буквы не ставится.

Кроме того в промышленности применяются:

- специальные (инструментальные) стали - высокопроч-ные стали, из которых изготавливают режущий инструмент;

- рессорно-пружинные стали;

- подшипниковые стали;

- стали с особыми свойствами (коррозионностойкие, жаростойкие, жаропрочные стали);

- стали для специальных видов обработки (высокой обрабатываемости резанием, для холодной листовой штампов-ки, для изготовления отливок).