ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ
ЛЕСОТЕХНИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ имени С.М.Кирова
МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ
Методические указания
по выполнению практической работы
по дисциплине "Материаловедение"
для студентов всех специальности
и для всех видов и форм обучения
САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
2009 1 Рассмотрены и рекомендованы к изданию методической комиссией лесомеханического факультета Санкт-Петербургской государственной лесотехнической академии 21 сентября 2009 г.Составители:
доцент Т.И. Горбачева, доцент Н.Ю. Иванов.
О т в. р е д а к т о р доктор технических наук, профессор В.В. Балихин Рецензенты:
кандидат технических наук, доцент С.В. Спиридонов (ЛТА), кафедра проектирования специальных лесных машин В данных методических указаниях рассмотрены вопросы классификации сталей по назначению и методика маркировки сталей и сплавов.
Темплан 2009 г. Изд. №
ВВЕДЕНИЕ
Детали лесных машин в зависимости от назначения изготавливают из конструкционных износостойких, антифрикционных, коррозионностойких и других материалов.Материалы деталей и рациональные их сочетания подбираются на основе главных требований: получение заданной долговечности, необходимой технологичности и минимальных затрат при производстве.
Для каждой конкретной детали (сопряжения) учитываются: условия работы, вид изнашивания, применение термической, химико-термической и других видов упрочняющей технологии, требования к точности изготовления и т.д.
Долговечность большинства деталей (сопряжений) лесной техники определяется сопротивляемостью их изнашиванию главным образом при воздействии абразивных частиц, а также прочностью на изгиб и скручивание.
Выбор материала для конкретных машин является инженерной задачей. Для успешного решения этой задачи одним из условий является умение расшифровывать марки материалов и правильно их применять при проектировании деталей или возможной заменой на другие равноценные материалы. В условиях непрерывной технологической подготовки в вузе студенты выполняют на протяжении всего курса обучения курсовые работы и проекты, где постоянно приходиться решать задачу выбора материала и правильного его значкового обозначения. Данные методические указания имеют целью облегчить освоение раздела по классификации, маркировке материалов и их практическому применению применительно к конкретным деталям (сопряжениям) лесных машин. Методические указания могут быть использованы и при дипломном проектировании.
1. КЛАССИФИКАЦИЯ СТАЛЕЙ
СТАЛЬ - это сплав железа с углеродом, где углерода содержится до 2,14% (рис. 1).12 3 4 Рис. 1. Стальной угол диаграммы состояния «Fe- Fe3C».
1 – абсолютно чистое железо; 2 – техническое железо;
3 – доэвтектоидные стали; 4 – эвтектоидные стали;
5 – заэвтектоидные стали 1.1. Классификация сталей по назначению СТАЛЬ
ЛЕГИРОВАННЫЕ
УГЛЕРОДИСТЫЕ
Конструкционные Инструментальные Со качественные, пружинные, измеритель- жаростойкие, ные (пониженэлектрошипниковые, для ГПД, ной прокаливаизносостойкие штамповые технические Рис. 2. Классификация сталей по назначению.Конструкционные Инструментальные Конструкционные Инструментальные
2. МАРКИРОВКА СТАЛЕЙ
В основу маркировки положена буквенно-цифровая система, в которой легирующие элементы обозначают буквами русского алфавита (табл. 3).Правило расшифровки марок: «Первые цифры, стоящие перед буквами, показывают среднее содержание углерода в сотых долях процента.
Цифры, следующие после букв, обозначающих легирующие элементы, показывают среднее содержание данного элемента в целых процентах».
№ Наименование легирующего Химический обозначение Примечания. 1В инструментальных сталях первая цифра показывает среднее содержание углерода в десятых долях процента. 2. Если в начале марки цифра отсутствует, то содержание углерода в данной стали около 1%. 3. Если после буквы, обозначающей легирующий элемент, цифра отсутствует, значит содержание данного элемента не превышает 1%.
Пример:
Значение отдельных букв зависит от места, которое они занимают в марки стали:
Буква А 1. Если «А» стоит в начале марки, то это значит, что сталь предназначена для повышенной и высокой скорости обработки резанием на станках - автоматах (ранее эта сталь называлась автоматной).
2. Если «А» стоит в середине марки, то это значит, что в сталь добавлен азот, который способствует увеличению твердости (допустимое содержание N = 0,2%).
Пример:
3. Если «А» стоит в конце марки, то это означает, что сталь высококачественная, т.е. у нее суженный диапазон химического состава и пониженное содержание S u P. (S; Р 0,025%).
Пример:
1. Если «С» стоит в начале марки, следуя за буквой «А», то это означает, что автоматная сталь легирована свинцом для улучшения обрабатываемости резанием (допустимое содержащие Рв = 0,1 - 0,2%).
Автоматная 2. Если «С» стоит в середине или в конце марки, то это означает что, сталь легирована кремнием.
Пример:
Примечания:
1. Если марка начинается буквами «Ст», то это означает, что сталь углеродистая обыкновенного качества. Далее идет цифра (от 0 до 6), которая показывает ориентировочный уровень углерода в стали. В конце марки ставятся буквенные индексы, характеризующие вид раскисления стали:
кп – кипящая;
пс – полуспокойная;
сп – спокойная Пример:
углеродистая сталь обыкновенного качества кипящая 2. Если марка начинается словом «сталь», то это означает, что сталь углеродистая качественная, далее цифры показывают среднее содержание углерода в сотых долях процента.
Пример:
углегодистая сталь качественная С = 0,45% Буква Р 1. Если «Р» стоит в начале марки, то это означает, что сталь быстрорежущая и углерода в ней содержится около 1%, следующие за «Р» цифры показывают среднее содержание основного легирующего элемента вольфрама в целых процентах.
2. Если «Р» стоит в середине или в конце марки, то это означает, что сталь легирована бором, который способствует увеличению твердости (допустимое содержание В = 0,005%).
Буква Ш 1. Если «Ш» стоит в начале марки, то это значит, что сталь шарикоподшипниковая и углерода в ней содержится около 1%.
За буквой «Ш» всегда следует буква «X» и далее цифры, которые показывают среднее содержание хрома в десятых долях процента.
Пример:
шарикоподшипниковая шарикоподшипниковая 2. Если «Ш» стоит в конце марки, то это означает, что сталь особовысококачественная, т.е. подвергнута электрошлаковому переплаву.
Пример:
особовысококачественная Примечания:
1. В конце марки могут быть записаны и другие буквы:
ВД - вакуумно-дуговой переплав;
ВН - вакуумно-индукционный переплав;
ЭЛ - электронно-лучевой переплав;
П - плазменный переплав 2. Буква «Л» записанная в конце марки означает, что сталь предназначена для изготовления деталей литьем.
Пример:
Буква Е 1. Если «Е» стоит в начале марки, то это означает, что cталь магнитная и углерода в ней содержится около 1 %.
2. Если «Е» стоит в середине или в конце марки, то это означает, что сталь легирована селеном.
Буква У Если «У» стоит в начале марки, то это означает, что cталь углеродистая инструментальная пониженной прокаливаемости. Последние цифры показывают среднее содержание углерода в десятых долях процента.
Пример:
углегодистая инструментальная пониженной прокаливаемости сталь С = 1,0% Обозначение нестандартных сталей:
Э - стали, выплавленные на заводе «Электросталь» [Э11] ЭИ - исследовательские стали, выплавленные на заводе «Электросталь» [ЭИ-179; ЭИ-276].
ЭП - пробные стали, выплавленные на заводе «Электросталь»
[ЭП-105; ЭП-398].
В зависимости от формы графита чугуны бывают:
– серые, маркируются буквами "СЧ" и цифрами, характеризующими величину предела прочности (временного сопротивления) В при испытаниях на растяжение в МПа·10-1.
Пример:
СЧ 10; СЧ 15; СЧ 20; СЧ 25; СЧ 30; СЧ 35.
СЧ 25 – серый чугун – высокопрочные, маркируются буквами "ВЧ" и цифрами, характеризующими величину временного сопротивления при испытаниях на растяжение В в МПа·10-1.
ВЧ 10; ВЧ 15; ВЧ 20; ВЧ 25; ВЧ 30; ВЧ 35.
ВЧ 50 – высокопрочный чугун – ковкие, маркируются буквами "КЧ" и цифрами, первая характеризует величину временного сопротивления при испытаниях на растяжение В в МПа·10-1, вторая – относительное удлинение в %.
Пример:
КЧ 33-8; КЧ 37-12; КЧ 55-4; КЧ 65-3.
КЧ 55-4 – ковкий чугун – высокопрочные чугуны с вермикулярным графитом, маркируются буквами "ЧВГ" и цифрами, характеризующими временное сопротивление при испытаниях на растяжение В в МПа·10-1.
ЧВГ 30; ЧВГ 35; ЧВГ 40; ЧВГ 45.
ЧВГ 40 – чугун с вермикулярным графитом
4. МАРКИРОВКА ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ
Алюминий маркируют буквой "А" и цифрами, которые показывают степень чистоты:А999 - А1 особой чистоты А1 - 99,999% А85; А8; А7; А6; А5; А4; A3; А2; А1; АО-А1 технической чистоты Пример:
Маркировка сплавов алюминия 1.Дуралюмины: маркируют буквой «Д» и цифрами, которые показывают порядковый номер в ГОСТе: Д1; Д6; Д16; Д18.
2. Авиаль: маркируют буквами «АВ», далее могут идти обозначения, показывающие вид старения.
Пример:
АВТ - авиаль после естественного старения;
АВТ -1 - авиаль после искусственного старения.
3. Алюминевые сплавы для ковки и штамповки: маркируют буквами «АК» и цифрами, которые показывают порядковый номер в ГОСТе:
АК1; АК6; АК5; АК8.
4. Сплавы типа Амг и Амц: в маркировке этих сплавов после букв основного легирующего элемента ставится цифра, которая показывает его среднее содержание. Иногда ставится буква, показывающая состояние поставки:
М - мягкое (отожженное);
П – полунагартованное;
Н - нагартованное Пример:
Амц; Амг; Амг3; Амг5; Амг7; АмцМ; АмщП; АмцН.
5. Высокопрочные алюминиевые сплавы: маркируют буквой «В» и цифрами, которые показывают порядковый номер в ГОСТе: В95:В96.
6. Литейные алюминиевые сплавы - силумины: маркируют буквами «АЛ»
и цифрами, которые показывают порядковый номер в ГОСТе: АЛ2;
АЛ4; АЛ5; АЛЗ; АЛ6: АЛ9.
Технический Mg маркируют буквами «Мг» и цифрой, которая показывает номер в ГОСТе: Mr1.
Маркировка сплавов магния 1. Деформируемые: маркируют буквами «МА» и цифрой, которая показывает порядковый номер в ГОСТе: МА2; МА5.
2. Литейные: маркируют буквами «МЛ» и цифрой, которая показывает порядковый номер в ГОСТе: МЛ5; МЛЗ.
Медь маркируют буквой «М» и цифрами, которые показывают степень чистоты.
Элементы, входящие в сплав, обозначают буквами русского алфавита (табл. 4).
№ Наименование химического Химический обозначение № Наименование химического Химический обозначение 1. Латуни: маркируют буквой «Л», далее следуют буквы основных элементов, образующих сплав. Первая цифра показывает среднее содержание основного металла - меди, последующие цифры показывают среднее содержание соответствующего элемента в целых процентах. Содержание обязательного элемента цинка рассчитывается:
где Qzn - содержание Zn [%], У - суммарное содержание элементов в сплаве [%] Если в конце марки стоит буква "Л" то это значит, что латунь литейная.
Пример:
2. Бронзы: маркируют буквами "Бр", далее следуют буквы основных элементов, образующих сплав. Цифры показывают среднее содержание соответствующего элемента в целых процентах. Содержание основного элемента – меди рассчитывается:
где, QCu – содержание меди в бронзе [%], Z – суммарное содержание остальных элементов в сплаве [%] Пример:
Cu = 93,35% (100 – 6,65) Cu = 89,5% (100 – 10,5) литейная Титан (Ti) маркируют сочетанием "ВТ 1", последующие цифры указывают на степень чистоты:
ВТ1- 00 Ti = 99,53% ВТ1- 0 Ti = 99,48% технический титан Титановые сплавы маркируют буквами "ВТ" и цифрами, которые показывают номер в ГОСТе. Буква "Л" в конце марки указывает, что сплав литейный.
Пример:
ВТ4; ВТ15; BTI 8; ВТЗ-1; ВТ21Л; ВТ31Л.
4.5. Баббиты - подшипниковые сплавы Это сплавы систем: "Pb-Sb"; "Sn-Sb"; "Pb-Sn-Sb" маркируются буквой "Б"; также применяются баббиты на основе Zn и А1:
1. Оловянносурьмяные: Б83; Б89;
2. Свинцовооловянносурьмяные: Б6;БТ;БН;Б16;
3. Свинцовые: БС;
4. Цинковые: ЦАМ 10-5;
5. Алюминиевые: АСМ; АН2,5; АСС6-5.
5. МАРКИРОВКА МЕТАЛЛОКЕРАМИЧЕСКИХ ТВЕРДЫХ
Металлокерамические твердые сплавы состоят из карбидов тугоплавких металлов и цементирующего металла-кобальта, играющего роль связки.В зависимости от состава карбидной основы различают три группы твердых сплавов:
– вольфрамовые (называют однокарбидными), обозначают буквами "ВК" и цифрой, показывающей содержание кобальта в целых процентах, остаток от 100% - это содержание карбидов W.
В К8 – твердый сплав – двухкарбидные, маркируют буквами ВТК и цифрами. Цифры после буквы "Т" указывают содержание карбидов титана в целых процентах, а цифры после буквы "К" – содержание кобальта, остаток от 100% – это содержание карбидов W.
Т15К6; Т15К6.
Т15 К6 – твердый сплав – твердые сплавы с карбидами вольфрама, титана и тантала, маркируют буквами ТТК и цифрами. Цифра, стоящая после букв ТТ, указывает суммарное содержание карбидов титана [TiC] и тантала [TаC], а цифра, стоящая после буквы К – содержание кобальта. Остаток от 100% – это карбиды W.
ТТ7 К12 – твердый сплав
6. ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА
Цель работы: Освоить систему маркировки сталей и классификацию их по назначению.Порядок выполнения работы:
1. Получить у преподавателя карточку с марками стали.
2. Для каждой марки определить состав и классифицировать ее по назначению.
Пример:
18ХГТ – конструкционная цементируемая сталь У10 – углеродистая инструментальная сталь (пониженной прокаливаемости ).
Д16 – дуралюмин.
ИСПОЛЬЗУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. Геллер Ю. А. Инструментальные стали: Справочник. Изд. 5-е. М.: Металлургия, 1983. 527с.2. Геллер Ю. А., Рахштадт А. Г. Материаловедение: Учебное пособие для вузов. Изд. 4-е. М.: Металлургия, 1975. 445с.
3. Гуляев А. П. Металловедение: Учебник для вузов. Изд. 6-е. М.: Металлургия, 1986. 544с.
4. Лахтин Ю. М. Металловедение и термическая обработка металлов:
Учебник для вузов. Изд. 4-е. М.: Металлургия, 1993. 447с.
5. Солнцев Ю. П. Материаловедение и технология конструкционных материалов: Учебник для вузов. Изд. 2-е. М.: МИСИС, 1996. 575с.
«