книги из ГПНТБ / Макиенко, Н. И. Слесарное дело с основами материаловедения учебник

Некоторые стали специального назначения выделены в отдель­ ные группы и имеют особую маркировку. Каждой группе присва­ ивается своя буква. Например, буква ставится впереди: Ж — обо­ значает хромистые нержавеющие, Я — хромоникелевая нержаве­ ющая, Р — быстрорежущая, Ш — шарикоподшипниковая, Е — электротехническая.

Конструкционные легированные стали

Эта группа сталей применяется главным образом для изготов­ ления ответственных деталей машин и металлических конструкций

Из этих сталей изготовляют распределительные валы двигателей, кулачки, зубчатые колеса и др.

Хромистые стали с большим содержанием углерода (38Х и 45ХА) применяются для изготовления зубчатых колес, болтов, шпилек и др.

Марганцовистые стали хорошо обрабатываются давлением (ковкой, штамповкой), резанием, хорошо свариваются, отличаются глубокой прокаливаемостью, значительно большей твердостью, чем углеродистые.

Из сталей 15Г и 20Г делают сварные конструкции, а также мел­

особенно высоким пределом упругости. Из этих сталей изготовля­ ются мостовые и судовые конструкции, а также фасонные отливки; такие стали широко применяют в электропромышленности для из­ готовления деталей электрических машин и трансформаторов.

Н и к е л е в ы е с т а л и отличаются высокой прочностью, значи­ тельной пластичностью и вязкостью. Они без затруднения куются, свариваются и вполне доступны всем другим видам обработки ме­ таллов. Содержание углерода в них колеблется от 0,1 до 0,4%, никеля от 1,25 до 5,5%.

Х р о м о в а н а д и е в ы е с т а л и имеют повышенную прочность, ѵпругость и вязкость. Применяются для изготовления ответствен­ ных (например, клапанных) пружин (сталь 50ХФА).

Инструментальные легированные стали

Инструментальные легированные стали по сравнению с инстру­ ментальными углеродистыми сталями обладают преимуществами. При введении определенных легирующих элементов сталь приобре­ тает красностойкость, износостойкость, получает глубокую прокаливаемость, равномерную закалку и значительно меньше напряже-

50

кам, не теряет твердости при нагревах. Наиболее распространенны­ ми из рассматриваемой группы сталей являются:

х р о м и с т а я с т а л ь марки X, содержащая 0,95—1,10% угле­ рода и 0,8—1,6% хрома;

х р о м о к р е м н и с т а я с т а л ь марки 9ХС, содержащая 0,85— 0,95% углерода, 1,2—1,6 кремния и 0,95—1,25% хрома.

Из указанных сталей изготовляют сверла, развертки, метчики, плашки и др.

Наиболее твердой из инструментальных сталей является сталь ХВ5, которая в закаленном состоянии применяется для обработки особо твердых сплавов. Из нее изготовляются режущие инструмен­ ты для точной обработки.

Б ы с т р о р е ж у щ и е стали. К группе легированных инстру­ ментальных сталей относится быстрорежущая сталь, обладающая красностойкостью, т. е. способностью не терять режущих свойств при нагреве до 600—700° С. Она способна резать металл со скоро­ стью в 3—4 раза выше допускаемых для углеродистых инструмен­ тальных сталей.

ГОСТ 9373—60 предусмотрены следующие марки быстрорежу­ щей стали: Р18, Р 12, Р9, Р6МЗ, Р9Ф5, Р14ФА, Р18Ф2, Р9К5, Р9К10,

Р10К5Ф5 и Р18К5Ф2. Буква Р указывает, что это быстрорежущая сталь, а следующие за ней буквы и цифры указывают среднее со­ держание легирующих элементов. Из стали Р6МЗ изготовляются инструменты, работающие с большими подачами и в условиях ди­ намических нагрузок: фрезы, долбяки, протяжки и др. Стали Р9К5, Р9КЮ, Р18К5Ф2 применяются для изготовления инстру­ ментов, обрабатывающих твердые материалы, жаропрочные и не­ ржавеющие сплавы.

§ 14. СТАЛИ С ОСОБЫМИ СВОЙСТВАМИ

Развитие техники, потребности авиационной, энергетической, химической и других отраслей промышленности предъявляют осо­ бые требования к сталям: например, способность сопротивляться коррозии и действию химических агрессивных сред; стойкость про­ тив окисления при высоких температурах; обладание особыми маг­

'(ГОСТ 5949—61) обладают высокой стойкостью против ржавления при работе в различных средах (в пресной и морской воде, атмо­ сфере воздуха и водяного пара, разных газов, в растворах кислот, солей и т. п.).

Стойкость против коррозии обеспечивается введением в сталь наиболее действенного и дешевого легирующего элемента — хрома, количество которого в нержавеющих сталях не менее 12%. Высо­ кая стойкость против коррозии высокохромистых сталей обеспечи­ вается образованием па их поверхности тонкой и прочной пленки окиси хрома. Например, стали 1X13, 2X13, 3X13 обладают высокой

П р и м е ч а н и е . Сталь углеродистая обыкновенного качества группы В. кроме цвета, указанного в таблице, может иметь дополнительную алюминиевую окраску. Окраска листа производится по диагонали, например красный н белый: по одной диагонали листа наносится красный, а по другой — белый.

стойкостью против атмосферной коррозии. Из них изготовляют турбинные лопатки, хирургический инструмент, клапаны гидравли­ ческих насосов, предметы домашнего обихода и др.

Ж а р о с т о й к и е с т а л и (ГОСТ 5632—61) сопротивляются окислению (образованию окалины) при высокой температуре. Для отдельных деталей современных мощных паросиловых установок это свойство стали является важнейшим, обеспечивающим их на­ дежную работу. Свойство жаростойкости сообщают стали хром, кремний, алюминий, образующие на поверхности стали прочные и плотные пленки окислов, надежно защищающие сталь от дальней­ шего окисления. Жаростойкие стали образуют группу марок стали под общим наименованием сильхромов (Х8СМ, Х8С2М). Из этой стали изготовляют, например, клапаны двигателей внутреннего сгорания.

52

являются молибден, а также вольфрам, ванадий и в меньшей мере хром и никель. Жаропрочными являются стали марок М и ХМ. Их применяют в котлотурбостроении для труб и пароперегревателей, котельных барабанов и др. Наиболее распространенными сталями этой группы являются Х23Н18, Х25Н20С2; из них делают газовые турбины, реактивные двигатели и др. Жаропрочной и жаростойкой одновременно является сталь Х14Н14В2.

Ма г н и т н ы е с т а л и применяются для изготовления транс­ форматоров, сердечников и полюсов электромагнитов, реле в теле­ фонной аппаратуре.

И з н о с о с т о й к и е с т а л и обладают большим сопротивле­ нием износу. Износостойкость сталь приобретает в результате ле­ гирования ее марганцем. Наиболее распространенной маркой ста­ ли является высокомарганцевая сталь Г13, содержащая 1,0—1,3% углерода, 12—14% марганца и другие элементы. Эта износостойкая и одновременно высокопластичная сталь применяется для изготов­ ления звеньев гусениц (траки), козырьков ковшей экскаваторов и землечерпалок, стрелок и крестовин рельсов, а также других дета­ лей, работающих на удар и подверженных интенсивному износу.

Марка стали указывается в документе (сертификате), прислан­ ном с металлом. Кроме того, она обозначается клеймом на торце металла или на привязанном к металлу ярлычке. Широко приме­ няется условное обозначение марки стали несмываемой краской, которая наносится на торец или конец прутка (болванки). Каждой марке стали (или нескольким маркам) соответствует определенный цвет, который является единым для всех предприятий.

Вопросы для самопроверки

1.Расшифруйте марки чугунов СЧ 35-56, ВЧ 50-1,5, ВЧ 60-2, І\Ч 50-4. Пользуясь справочником, определите, какой чугун из названных марок самый прочный и какой самый мягкий. Для каких целей они применяются?

2.Расшифруйте марки сталей 45Г, УІЗА, 10ХГ2СН, ЗОХНЗА и определите,

для каких целей они применяются.

. 3. В чем заключается главное.отличие чугуна от стали?

4.Выберите марку стали для изготовления шабера и спирального сверла.

5.На какие группы подразделяется сталь по химическому составу и по назначению?

6.Какое влияние на свойства стали оказывают легирующие элементы хром, никель, молибден?

7.Из какого металла и почему изготовляют слесарные зубила?

Г л а в а IV.

ТВЕРДЫЕ СПЛАВЫ

Твердыми называются сплавы, обладающие, как показывает название, высокой твердостью и, как следствие, высокой износо­ устойчивостью. Твердые сплавы имеют близкую к алмазу твер-

53

дость и обладают достаточной вязкостью. Высокая твердость обусловлена наличием в составе этих сплавов твердых и тугоплав­ ких элементов — вольфрама, молибдена, титана, хрома и др., кото­ рые с углеродом образуют исключительно твердые соединения — карбиды.

Связкой в твердых сплавах служат кобальт, никель, железо

идругие пластические металлы.

Взависимости от способа изготовления твердые сплавы можно подразделить па две группы: литые — наплавочные, изготовляемые

стей быстронзнашнвающнхся деталей машин и инструментов с целью повышения их износоустойчивости и коррозионной стойкости. Они подразделяются на литые (стеллит и сормайты) и порошко­ образные (вокар и сталинит).

Нашей промышленностью выпускаются В2І\ и ВЗК и сормайты № 1 и 2.

Стеллит и сормайт используются для наплавки на изделия, ра­ ботающие без толчков и ударов, а также для защиты деталей от химического воздействия окружающей среды при высоких темпера­ турах. Более вязким и с меньшей твердостью является сормайт № 2, применяемый для наплавки деталей, работающих с толчками и ударами.

Порошкообразные — вокар, сталинит — выпускаются в виде порошка, состоящего из смеси различных компонентов. Эту смесь наплавляют на такие детали, которые подвергаются механическому износу (зубья экскаваторов, челюсти грейдерных кранов, детали

наиболее высококачественным материалом для изготовления режу­ щего инструмента. Пластинки твердых сплавов обладают твердо­ стью HRA 85 и более и красностойкостью до 1200° С. Они припа­ иваются к державке инструмента, изготовленной из углеродистой стали. Основой этих сплавов являются карбиды вольфрама, титана, тантала. В качестве связующего материала применяют кобальт.

Металлокерамические твердые сплавы выпускаются следующих

ВК8В, ВК10, ВК15, ВК20, ВК25. Эти сплавы применяются для режущих инструментов, предназначенных для обработки чугуна, цветных металлов и неметаллических материалов;

т и т а н о - в о л ь ф р а м о в ы е (титано-вольфрамокобальтовые), состоящие из зерен карбида вольфрама, сцементированных с кобальтом, или только зерен карбида вольфрама и карбида титана, сцементированных кобальтом: марки Т30К4, Т15Кб, Т14К.8, Т5КЮ,

54

Т5К12В. Эти сплавы используются при изготовлении инструментов для обработки стали;

т и т а н о - т а н т а л о - в о л ь ф р а м о в ы е (титано-тантало-воль- фрамокобальтовые), состоящие из зерен карбида титана, карбида тантала, карбида вольфрама, сцементированных кобальтом. Вы­ пускаются две марки: ТТ7К12 для обработки стали в тяжелых усло­ виях, при наличии песка и неметаллических включении, Т5К12В —

букв, показывают процентное содержание данного металла в спла­ ве. Дополнение буквы М обозначает мелкозернистую структуру и поэтому более высокую износоустойчивость в сравнении с теми же марками нормальной зернистости; буква В в конце марки опреде­ ляет более высокую эксплуатационную прочность и сопротивление ударным вибрациям и выкрашиванию. Например, марка ВК2 рас­ шифровывается следующим образом: вольфрамокобальтовый сплав с содержанием 2% кобальта, остальное карбид вольфрама.

М и н е р а л о к е р а м и ч е с к и е с п л а в ы в отличие от метал­

ЦБ (термокорунд) и ЦМ (микролит), из которых изготовляют пластинки (марки ЦВ-13, ЦВ-18, ЦМ-332), используемые в качест­ ве заменителя быстрорежущей стали и твердого сплава при чисто­ вом и получнстовом точении чугуна, стали и цветных металлов.

Керамические материалы имеют достаточную прочность на сжа­ тие (до 500 кГ/мм2) , высокую твердость (HRA 89—95), теплостой­ кость (около 1200° С) и износостойкость, что позволяет вести обра­ ботку металла на высоких скоростях резания (до 3700 м/мин при чистовом обтачивании чугуна).

Однако в связи с чрезвычайной хрупкостью минералокерамическне пластинки широкого применения пока не нашли.

Вопросы для самопроверки

1.Какими преимуществами обладают твердые сплавы?

2.Где применяются инструменты и детали из твердых сплазов?

3.Какими показателями характеризуются твердые сплавы?

4.Расскажите о применении и марках твердых сплавов.

Гла ва V

ЦВЕТНЫЕ МЕТАЛЛЫ И ИХ СПЛАВЫ

§ 15. ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ О ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛАХ И СПЛАВАХ, МЕДЬ И ЕЕ СПЛАВЫ

Многие цветные металлы и их сплавы обладают рядом ценных качеств: хорошей пластичностью, вязкостью, высокой электропро­ водностью и теплопроводностью, коррозионной стойкостью и др.

55

Благодаря этим качествам цветные металлы и сплавы наряду с пластмассами в авиационной, электротехнической и радиотехниче­ ской промышленности являются основными материалами.

Из цветных металлов в чистом виде и в виде сплавов широко используют медь, свинец, алюминий, магний, цинк.

Ме д ь по своему значению в машиностроении является наиболее ценным техническим материалом. Она хорошо сплавляется с боль­ шинством металлов. Медь в чистом виде имеет красный цвет; чем больше в ней примесей, тем грубее и темнее излом. Температура плавления меди 1083° С, плотность 8,92 г/см3.

Медь хорошо проводит электричество и тепло, уступая в этом отношении только серебру, ее используют для изготовления элек­ трических проводов, деталей электрооборудования, холодильных установок и т. д.; отличается хорошей коррозионной стойкостью, поэтому широко применяется в химическом машиностроении и теп­ лотехнике. Медь — очень вязкий металл, трудно поддается обра­ ботке резанием, так как стружка налипает па режущий инструмент. Для изготовления деталей машин чистая медь почти не применяет­ ся из-за низкой механической прочности.

В зависимости от чистоты (ГОСТ 859—66) предусмотрено де­ сять марок меди: М00, МО, МОб, Ml, М1р, М2, М2р, М3, МЗр, М4. В наиболее чистой меди (марка М00) общее количество примесей не превышает 0,1 и 0,5%. Наибольшее количество примесей

Значительная часть меди используется для изготовления спла­ вов на медной основе: латуни, бронзы, медно-никелевых сплавов.

цинком. Процентное содержание цинка в сплаве может колебаться в широких пределах и оказывает влияние как иа механические свойства, так и на цвет латуни. С увеличением содержания цинка до 45% механические свойства латуни улучшаются, предел проч­ ности возрастает до 32—65 кГ/мм2, а относительное удлинение — до 65%. Температура плавления латуни составляет 800—1099°С. Чем больше в латуни цинка, тем ниже температура ее плав­

ления.

В состав латуней, кроме меди и цинка, вводят алюминий, ни­ кель, железо, марганец, олово и кремний. Такие латуни называют­ ся специальными; эти добавки сообщают сплавам латуни повы­ шенную прочность, твердость, антикоррозионную стойкость, улуч­ шают литейные свойства.

Приняты следующие буквенные обозначения: Л — латунь, С — свинец, А — алюминий, Ж — железо, Н — никель, Мц — марганец, О — олово, К — кремний. Цифрами обозначается среднее процент­ ное содержание меди; например в латуни Л96 содержится 96%:

56

меди; в латуни Л062-1 содержится 62% меди и примерно 1% оло­ ва, остальное цинк.

Свинцовистые латуни ЛС59-1, ЛС60-1, ЛС63-3, ЛС64-2, ЛС74-3 обладают высокими механическими свойствами, хорошо обрабаты­ ваются резанием и штампуются; ЛС62-1, ЛС70-1 обладают высо­ кими антикоррозионными свойствами в морской воде, хорошо обра­ батываются в горячем состоянии. Эти латуни находят широкое применение в судостроении.

Б р о н з ы представляют собой сплавы меди с любым другим металлом — свинцом, алюминием, кремнием, оловом, марганцем, никелем, железом, кроме цинка.

Бронзы обладают хорошими литейными и антифрикционными свойствами, высокой прочностью и твердостью, коррозионной стой­ костью и хорошо обрабатываются резанием; при небольшом содер­ жании легирующих элементов бронзы обрабатываются давлением.

В зависимости от состава бронзы делятся иа оловянные и без­ оловянные (специальные), к которым относятся алюминиевая, кремнистая, свинцовистая и др. (ГОСТ 5017—49).

Маркировка бронз та же, что и для латуней: буквы Бр — брон­ за, дальше начальные буквы названий тех основных элементов, ко­ торые входят в состав сплава, а цифры, стоящие за буквами, соот­ ветственно обозначают их процентное содержание в бронзе. Напри­ мер, БрОФ6,5-0,25 обозначает марку оловянисто-фосфористоп бронзы, содержащей 6—7% олова и около 0,25% фосфора. Фосфо­ ристая бронза применяется для изготовления вкладышей подшип­ ников, червячных колес, а также деталей, находящихся в соприко­

§ 16. АЛЮМИНИЙ И ЕГО СПЛАВЫ

Алюминий — легкий металл серебристо-белого цвета, плотность 2,7 г/см3, температура плавления 660° С. Механические свойства алюминия невысокие, поэтому в качестве конструкционного мате­ риала применяется редко.

Алюминиевый (ГОСТ 11069—64) сплав характеризуется высо­ кой пластичностью, хорошо штампуется, легко прокатывается и прессуется, хорошо сваривается газовой и контактной сваркой, ли­ тейные свойства его низкие, обрабатываемость резанием плохая.

Важнейшим свойством алюминия является устойчивость против коррозии благодаря образованию на его поверхности прочной за­ щитной пленки — окиси алюминия.

Алюминий обладает высокой электро- и теплопроводностью (но несколько худшей, чем медь), поэтому наибольшее применение он нашел в электротехнической промышленности для изготовления проводов, кабелей, обмоток и т. п. Кроме этого, алюминий исполь­ зуется в химической промышленности, в приборостроении, а также для получения алюминиевых сплавов.

57

К неупрочняемым термической обработкой относят сплавы алю­ миния с марганцем — АМц и алюминия с магнием — АМг, АМгЗ, АМг5В, АМг5П, АМгб. Эти сплавы обладают высокой пластич­ ностью, коррозионной стойкостью, хорошо свариваются и штам­ пуются, но имеют невысокую прочность, которую можно повысить нагартовкой; из них изготовляют бензиновые баки, проволоку, заклепки и другие детали путем гибки и глубокой вытяжки, а также сварные резервуары для жидкостей и газов.

Д ю р а л ю м и н ы — это сплавы, имеющие сложный химический состав, основу которого составляют алюминий, медь и магний; для повышения коррозионной стойкости добавляют марганец. Дюралюмины характеризуются небольшой плотностью, высокой проч­ ностью, достаточной твердостью и вязкостью; для повышения механических свойств их подвергают термической обработке.

Дюралюмины не обладают достаточной стойкостью против кор­ розии, поэтому их подвергают плакитированию (покрытие поверх­ ности) тонким слоем алюминия.

Основная часть алюминия используется для изготовления спла­

(прокаткой, прессованием, волочением, ковкой, штамповкой и др.); из них изготовляют прутки, листы, проволоку, прессованные про­ фили, поковки и т. д.

Деформируемые алюминиевые сплавы делятся на неупрочняе­ мые и упрочняемые термической обработкой.

К деформируемым алюминиевым сплавам относятся также сплавы AK, АК4, АК.6, АК8, в состав которых входят, кроме алю­ миния, медь, марганец, магний, кремний и в небольшом количе­ стве никель. Из этих сплавов ковкой и штамповкой изготовляют крупные фасонные и высоконагружениые детали — поршни, лопа­ сти винтов, крыльчатки насосов и т. д.

В ы с о к о п р о ч н ы е а л ю м и н и е в ы е с п л а в ы обладают более высокой прочностью, чем дюралюмины повышенной прочно­ сти. Основу этих сплавов составляют цинк, медь, магний. Наиболее широко применяется сплав В95, прочность его после термической обработки выше, а пластичность и коррозионная стойкость ниже, чем у дюралюмина Д16, хорошо обрабатывается резанием и под­ дается точечной сварке. Из сплавов В95 изготовляют высокоиагруженные элементы конструкции— детали каркасов, обшивку и т. д.

Л и т е й н ы е а л ю м и н и е в ы е с п л а в ы применяются при производстве деталей методом литья. Такие сплавы обладают вы­ сокой жидкотекучестью, позволяющей получать тонкостенные, плотные отливки со сравнительно малой усадкой, без трещин, с вы­ сокой прочностью, коррозионной стойкостью, тепло- и электропро­ водностью, хорошей обрабатываемостью резанием.

Наибольшее распространение получили литейные сплавы алю­ миния с кремнием — АЛ2, АЛ4, АЛ9, называемые силуминами. Они

58

обладают высокой жидкотекучестью, хорошей герметичностью, до­ статочно высокой прочностью, хорошо обрабатываются резанием, хорошо свариваются, сопротивляются коррозии и при изготовлении отливок не дают горячих трещин. Сплав АЛ2 применяется для из­ готовления деталей агрегатов, приборов, тонкостенных деталей сложной формы при литье в землю; сплав АЛ4 — для изготовления

сварке. Недостатком сплава АЛ9 является склонность к газовой пористости.

С п л а в ы па ос но в е а л ю м и н и я и м а г н и я обладают наиболее высокой коррозионной стойкостью и более высокими ме­ ханическими свойствами после термической обработки по сравне­ нию с другими алюминиевыми сплавами, но литейные свойства их низкие. Наиболее распространены марки АЛ8 и АЛ13. Из них изготовляют подверженные коррозионным воздействиям детали (для морских судов), а также детали, работающие при высоких

ной коррозионной стойкостью, но высокими механическими свой­ ствами. Эти сплавы применяются для изготовления отливок несложной формы, работающих с большими напряжениями (АЛ7), для отливки головок цилиндров маломощных двигателей воздушного охлаждения.

С п л а в ы на о с н о в е а л ю м и н и я , ме д и и к р е м н и я характеризуются хорошими литейными свойствами, но коррозион­ ная стойкость их невысокая. Эти сплавы широко применяют для изготовления отливок корпусов, арматуры п мелких деталей (сплав АЛЗ), отливок ответственных деталей, обладающих повы­ шенной теплоустойчивостью и твердостью (сплав АЛ4), отливок карбюраторов и арматуры двигателей (сплав АЛ6).

К сплавам на основе алюминия, цинка и кремния относится сплав АЛ 11 (цинковый силумин), обладающий высокими литейны­ ми свойствами, а для повышения механических свойств подвергаю­ щийся модифицированию; плотность его сравнительно высокая — 2,9 г/см3. Из этого сплава изготовляют отливки сложной конфигу­

предназначенный для изготовления головок цилиндров, поршней, работающих при высоких температурах — до 300° С.

температуре, несколько превышающей температуру плавления, легко воспламеняется и горит ярко-белым пламенем.

59