- •Введение
- •Глава 1 Строение, кристаллизация и свойства металлов
- •1.1. Кристаллическое строение конструкционных материалов
- •1.2. Дефекты в кристаллах и их влияние на свойства материалов
- •1.3. Фазы и виды фаз
- •1.4. Механические свойства материалов
- •1.4.1. Методы испытания механических свойств металлов
- •1.4.2. Испытание на твердость
- •1.4.3. Технологические свойства
- •Глава 2. Производство чугуна
- •2.1. Исходные материалы для производства чугуна
- •2.2. Обогащение руд
- •2.3. Подготовка материалов к доменной плавке
- •2.4. Выплавка чугуна
- •2.5. Классификация чугунов и их обозначение
- •Глава 3 Производство стали
- •3.1. Конверторные способы получения стали
- •3.2. Мартеновские способы производства стали
- •3.3. Получение стали в электрических печах
- •3.4. Разливка стали и получение слитков
- •Глава 4 Классификация сталей и их маркировка
- •4.1. Классификация стали
- •4.2. Маркировка стали
- •4.3. Конструкционные стали
- •4.3.1. Конструкционные, обыкновенного качества (строительные) стали
- •4.3.2. Низколегированные конструкционные стали
- •4.3.3.Конструкционные машиностроительные стали общего назначения
- •4.3.4. Конструкционные машиностроительные стали специализированного назначения
- •4.3.4.1. Пружинно-рессорные стали
- •4.3.4.2.Шарикоподшипниковые стали
- •4.3.4.3.Автоматные стали
- •4.3.4.4. Жаростойкие и жаропрочные стали и сплавы
- •4.4. Инструментальные стали
- •4.4.1. Углеродистые инструментальные стали
- •4.4.2. Легированные инструментальные стали
- •4.4.3. Быстрорежущие стали
- •4.4.4. Штамповые стали
- •4.5. Стали и сплавы с особыми свойствами
- •Глава 5 Медь и ее сплавы
- •5.1. Медные руды и пути их переработки
- •5.1.1. Обогащение руд флотацией
- •5.1.2. Получение медных штейнов
- •5.1.3. Переработка медного штейна
- •5.1.4. Рафинирование меди
- •5.2. Латуни
- •5.3. Бронзы
- •Глава 6 Алюминий и его сплавы
- •6.1. Руды алюминия
- •6.2. Производство глинозема
- •6.3. Электролитическое получение алюминия
- •6.4. Алюминиевые сплавы
- •Глава 7 Литейное производство
- •7.1. Литейные сплавы и их применение
- •7.2. Приготовление литейных сплавов
- •7.3. Литейные свойства сплавов
- •7.4. Способы изготовления отливок
- •7.4.1. Изготовление отливок в разовых песчаных формах
- •7.4.1.1. Изготовление литейных форм
- •7.4.1.2. Заливка литейных форм
- •7.4.2. Литье по выплавляемым моделям
- •7.4.3. Литье в оболочковые формы
- •7.4.4. Литье в кокиль
- •7.4.5. Литье под давлением
- •7.4.6. Центробежное литье
- •7.5. Общие принципы конструирования литых деталей
- •Глава 8 Обрабртка давлением
- •8.1. Виды обработки давлением и типы применяемого оборудования
- •8.1.1. Прокатка
- •8.1.2. Волочение
- •8.1.3. Прессование
- •8.1.4. Ковка
- •8.1.5. Штамповка
- •8.2. Физико-механические основы обработки давлением
- •8.3.Холодная штамповка
- •8.3.1. Высадка
- •8.3.2.Выдавливание
- •8.3.3.Объемная холодная формовка
- •8.3.4. Листовая штамповка
- •8.3.4.1. Разделительные операции
- •8.3.4.2.Формоизменяющие операции
- •8.3.4.2.1. Гибка
- •8.3.4.2.2. Вытяжка
- •8.3.4.2.3. Отбортовка
- •8.3.4.2.4.Обжим
- •8.3.4.2.5. Раздача
- •8.4. Горячая объемная штамповка
- •8.5. Разработка чертежа поковки
- •Глава 9 Получение заготовок методами сварки
- •9.1.Сварка давлением
- •9.1.1. Контактная электрическая сварка
- •9.1.1.1.Стыковая контактная сварка
- •9.1.1.2.Точечная сварка
- •9.1.1.3.Шовная сварка
- •9.1.1.4.Конденсаторная сварка.
- •9.1.2. Диффузионная сварка
- •9.1.3.Сварка трением
- •9.1.4. Холодная сварка
- •9.2.Сварка плавлением
- •9.2.1.Электрическая дуговая сварка
- •9.2.1.1. Ручная дуговая сварка
- •9.2.1.2.Автоматическая дуговая сварка под флюсом
- •9.2.1.3. Сварка в среде защитных газов
- •9.3. Электронно-лучевая и лазерная сварка
- •9.4. Электрошлаковая сварка
- •9.5. Свариваемость металла
- •9.6. Технологичность сварных конструкций
- •9.7. Пайка
- •9.7.1. Материалы для пайки
- •9.7.2. Способы пайки
- •9.8. Контроль качества сварных и паяных соединений
- •Глава 10 Обработка заготовок деталей машин
- •10.1. 1. Кинематика резания
- •10.1.2. Методы формообразования поверхностей
- •10.2. Режим резания, геометрические параметры срезаемого слоя, шероховатость поверхности
- •10.3. Геометрические параметры режущего инструмента
- •10.4. Физическая сущность резания
- •10.5. Силовое взаимодействие инструмента и заготовки
- •10.6.Тепловые явления при резании
- •Глава 11 Инструментальные материалы
- •11.1. Требования к инструментальным материалам
- •11.2. Инструментальные стали
- •11.3. Твердые сплавы
- •11.4. Синтетические сверхтвердые и керамические материалы
- •11.5. Абразивные материалы
- •Глава 12 Обработка заготовок на токарных станках
- •12.1 Типы токарных станков
- •12.2. Режущий инструмент и приспособления для обработки заготовок на токарных станках
- •12.3. Обработка заготовок на токарных станках
- •Глава 13 Обработка заготовок на сверлильных и расточных станках
- •13.1.1 Типы сверлильных станков
- •13.1.2. Режущий инструмент и схемы обработки на сверлильных станках
- •13.1.3. Схемы обработки на сверлильных станках
- •13.2. Типы расточных станков
- •13.2.1. Режущий инструмент и схемы обработки на расточных станках
- •Глава 14 Обработка заготовок на фрезерных станках
- •14.1. Типы фрезерных станков
- •14.2. Режущий инструмент
- •14.3. Схемы обработки на фрезерных станках
- •Глава 15 Обработка заготовок на шлифовальных станках
- •15.1. Основные типы станков
- •15.2. Схемы обработки
- •15.3. Бесцентровое шлифование
- •Глава 16 Обработка заготовок на зубообрабатывающих станках
- •16.1. Профилирование зубьев зубчатых колес
- •Глава 17 Обработка заготовок пластическим деформированием
- •17.1. Сущность пластического деформирования
- •17.2. Чистовая и упрочняющая обработка пластическим деформированием
- •Глава 18 Отделочная обработка
- •18.1. Отделка поверхностей чистовыми резцами и шлифовальными кругами
- •18.2. Полирование
- •18.3. Абразивно-жидкостная отделка
- •18.4. Притирка
- •18.5. Хонингование
- •18.6. Суперфиниш
- •Глава 19 Пластические массы
- •19.1. Классификация пластмасс и способов их переработки
- •19.2. Способы переработки пластмасс в детали в вязко-текучем состоянии
- •19.3. Способы переработки пластмасс в детали в высокоэластическом состоянии
- •19.4. Получение деталей из жидких полимеров
- •19.5. Способы получения деталей из пластмасс в твердом состоянии
2.5. Классификация чугунов и их обозначение
Чугунами называются железоуглеродистые сплавы, содержащие более 2,12% Си затвердевающие с образованием эвтектики. Благодаря сочетанию высоких литейных свойств, достаточной прочности, износостойкости, а также относительной дешевизне чугуны получили широкое распространение в машиностроении. Их используют для производства качественных отливок сложной формы при отсутствии жестких требований к габаритам и массе деталей.
В зависимости от того, в какой форме присутствует углерод в сплавах, различают белые, серые, высокопрочные чугуны, чугуны с вермикулярным графитом и ковкие чугуны. Высокопрочные чугуны и чугуны с вермикулярным графитом являются разновидностью серых, но из-за повышенных механических свойств их выделяют в особые группы.
Белыминазываются чугуны, в которых весь углерод находится в связанном состоянии в виде цементитаFe3C. Из-за большого количества цементита они твердые (450÷550 НВ), хрупкие и для изготовления деталей машин не используются. Ограниченное применение имеют отбеленные чугуны – отливки из серого чугуна со слоем белого чугуна в виде твердой корки на поверхности. Из них изготовляют прокатные валки, лемеха плугов, тормозные колодки и другие детали, работающие в условиях износа.
В промышленности широко применяют серые, высокопрочные и ковкие чугуны, в которых весь углерод или часть его находится в виде графита. Графит обеспечивает пониженную твердость, хорошую обрабатываемость резанием, а также высокие антифрикционные свойства вследствие низкого коэффициента трения. Вместе с тем включения графита снижают прочность и пластичность, так как нарушают сплошность металлической основы сплава. Серые, высокопрочные и ковкие чугуны различаются условиями образования графитных включений и их формой, что отражается на их механических свойствах, которые в большой степени зависят от структуры металлической основы. Прочность, твердость и износостойкость чугунов растут с увеличением количества перлита в металлической основе, которая по всем показателям близка к сталям.
Серыминазываются чугуны с пластинчатой формой графита. По химическому составу серые чугуны подразделяют на обычные (нелегированные) и легированные. Обычные серые чугуны – сплавы сложного состава, содержащие основные элементы:Fe,С,Siи постоянные примеси:Мп, РиS. Содержание этих элементов в серых чугунах колеблется в следующих пределах 2,2÷3,7%С; 1÷3%Si; 0,2÷1,1%Мп; 0,02÷0,3%Р; 0,02÷0,15%S. В небольших количествах в обычных серых чугунах могут содержатьсяСr,Ni иСи, которые попадают из руды. Почти все эти элементы влияют на условия графитизации, количество графитных включений, структуру металлической основы и, как следствие, свойства чугунов. Обозначают серые чугуны индексами СЧ 20, СЧ 25, СЧ 30. Цифра в обозначении указывает на предел прочности чугуна при растяжении в 0,1МПа (табл. 1.1).
Высокопрочныминазывают чугуны, в которых графит имеет шаровидную форму. Их получают модифицированием магнием, который вводят в жидкий чугун в количестве 0,02÷0,08 %. Чугун после модифицирования имеет следующий химический состав в: 3,0÷3,6%С; 1, ÷2,9%Si; 0,3÷0,7%Мп; до 0,02%Sи до 0,1%Р. По структуре металлической основы высокопрочный чугун может быть ферритным или перлитным. Ферритный чугун в основном состоит из феррита и шаровидного графита, допускается до 20 % перлита. Структура перлитного чугуна – сорбитообразный или пластинчатый перлит и шаровидный графит, допускается до 20 % феррита.
Шаровидный графит – менее сильный концентратор напряжений, чем пластинчатый, поэтому он меньше снижает механические свойства металлической основы и обладает более высокой прочностью и некоторой пластичностью. Марка высокопрочного чугуна обозначается буквами ВЧ и числа, означающего его временное сопротивление (предел прочности), уменьшенное в 10 раз (табл. 1.1).
В чугунах с вермикулярным графитомструктура формируется под действием комплексного модификатора, содержащего магний и редкоземельные металлы. Графит приобретает шаровидную (до 40 %) и вермикулярную – в виде мелких тонких прожилок – форму.
После модифицирования эти чугуны содержат: 3,1÷3,8%С; 2,0÷3,0%Si; 1,0%Мп; до 0,025%S; 0,08%Р.
Чугуны с вермикулярным графитом производят четырех марок: ЧВГ 30; ЧВГ 35; ЧВГ 40; ЧВГ 45 (табл. 1.1). Число в марке обозначает уменьшенное в 10 раз значение временного сопротивления.
По механическим свойствам чугуны с вермикулярным графитом занимают промежуточное положение между серыми и высокопрочными чугунами. Они прочнее серых чугунов, особенно при циклических нагрузках. Механические свойства этих чугунов в меньшей степени зависят от массы отливок. Они отличаются хорошей теплопроводностью, что обеспечивает их стойкость к теплосменам.
Таблица 1.1. Свойства промышленных чугунов
Марка чугуна |
|
|
8% |
НВ |
МПа | ||||
Серые чугуны (ГОСТ 1412-85) | ||||
СЧ10 |
100 |
- |
- |
490 |
СЧ15 |
150 |
- |
- |
163÷210 |
СЧ25 |
250 |
- |
- |
180÷245 |
СЧ35 |
350 |
- |
- |
220÷275 |
Высокопрочные чугуны (ГОСТ 7293-85) | ||||
ВЧ35 |
350 |
220 |
22 |
140÷170 |
ВЧ45 |
450 |
310 |
10 |
140÷225 |
ВЧ60 |
600 |
370 |
3 |
192÷227 |
ВЧ80 |
800 |
490 |
2 |
248÷351 |
ВЧ100 |
1000 |
700 |
2 |
270÷360 |
Чугуны с вермикулярным графитом (ГОСТ 28384-89) | ||||
ЧВГ30 |
300 |
240 |
3 |
130÷180 |
ЧВГ35 |
350 |
260 |
2 |
140÷190 |
ЧВГ40 |
400 |
320 |
1,5 |
170÷220 |
ЧВГ45 |
450 |
380 |
0,8 |
190÷250 |
Ковкие чугуны (ГОСТ 1215-79) | ||||
КЧ 3О-6 |
300 |
- |
6 |
100÷163 |
КЧ 35-8 |
350 |
- |
8 |
100÷163 |
КЧ 37-12 |
370 |
- |
12 |
110÷163 |
КЧ 45-7 |
450 |
- |
7 |
150÷207 |
КЧ 60-3 |
600 |
- |
3 |
200÷269 |
КЧ 80-1,5 |
800 |
- |
1,5 |
270÷320 |
Ковкими называются чугуны, в которых графит имеет хлопьевидную форму. Их получают отжигом белых доэвтектических чугунов. По этой причине графит ковких чугунов называют углеродом отжига. Такой графит в отличие от пластинчатого меньше снижает механические свойства металлической основы, вследствие чего ковкие чугуны, по сравнению с серыми, обладают более высокими прочностью и пластичностью.
Отливки из белых чугунов, подвергаемые отжигу на ковкие чугуны, изготовляют тонкостенными. Они не должны иметь толщину в сечении более 50 мм, иначе в сердцевине при кристаллизации выделяется пластинчатый графит и чугун становится непригодным для отжига. По этой же причине исходные белые чугуны имеют пониженное содержание углерода и кремния. Их химический состав следующий: 2,4÷2,9%С; 1,0÷1,6%Si; 0,2÷1,0%Мп; до 0,2%Sдо 0,18%Р.
По структуре металлической основы, которая определяется режимом отжига, ковкие чугуны бывают ферритными и перлитными. Ковкие чугуны обозначают индексом и последующими цифрами, первая из которых характеризует прочность, а вторая пластичность КЧ 30-6, КЧ 60-3 и т.д. (табл. 1.1).
Легированные чугуны. Свойства чугунов можно улучшить легированием, то есть введением в его состав специальных элементов, таких же, какие используют при легировании стали. Легирующие элементы влияют на металлическую основу чугуна, а также на характер и размеры графитных включений, способствуют измельчению структуры. Назначение легированных чугунов самое различное. Чугуны применяют износостойкие, жаростойкие, жаропрочные, коррозионностойкие, антифрикционные.
Износостойкие чугуны. Для работы в условиях абразивного изнашивания применяют чугун, содержащий 3,5÷5% Ni; 0,8% Сr, обладающий удовлетворительной износостойкостью в легких условиях работы (рабочие органы насосов и др.). Чугуны для работы в условиях сухого трения в основном легированы хромом (до 0,6%) и никелем (до 2,5%) с добавками таких элементов, как титан, медь вольфрам, молибден. Из таких чугунов изготовляют тормозные барабаны автомобилей, диски сцепления, суппорты токарных станков, гильзы цилиндров и др. Высокой износостойкостью обладает высокохромистый чугун, например, марки ИЧХ12ГЗМ (12÷14%Сr; I 2,8÷3,8% Мп; 0,4÷0,8% Мо), применяемый для дробильных вальцов, шаров шаровых мельниц и др.
Жаростойкие чугуны. К ним относится хромистый чугун с содержанием хрома от 0,5 до 30%; например: чугун марки ЖЧХ-30 (28÷32% Сr), применяемый для деталей печей и вагранок, фурм и других деталей, работающих при высоких температурах (до 9000С); кремнистый чугун марки ЖЧС-5,5 (5÷6% Si), применяемый для изготовления деталей, работающих при температурах до 8000С, для рам дверок мартеновских печей, деталей котлов и др.; алюминиевый чугун марки ЖЧЮ-22 (19÷25% Аl), обладающий наиболее высокой жаростойкостью и применяемый для деталей, работающих при температурах до 11500С (шлаковые фурмы доменных печей, плавильные тигли и др.).
Жаропрочные чугуны. К ним относится, например, чугун с шаровидным графитом марки ЧН11Г7Х2Ш (10÷12% Ni; 5÷8% Мп; 1÷2,5% Сr), обладающий высокими жаропрочными свойствами и применяемый для деталей дизелей, компрессоров по сжижению газов и др.
Коррозионностойкие чугуны. Эти чугуны бывают низко– и высоколегированные. Низколегированный чугун, например, марки ЧН1ХМД (0,7÷1,5% Ni; 0,2÷0,6% Сr; 0,3÷0,6% Мо; 0,2÷0,5% Си) применяют для деталей, работающих при повышенных температурах в газовых средах (блоки и головки цилиндров двигателей внутреннего сгорания и др.). Высоколегированные чугуны – это кремнистые сплавы (ферросилиды), содержащие 14÷18% Si (например, марка С17), стойкие во всех кислотах и щелочах. Их применяют для изготовления деталей насосов, оборудования, работающего с концентрированной серной, азотной и др. кислотами.