Свойства автоматных сталей
| Марка стали | Термическая обработка | Механические свойства | |||||
| σв | σ0,2 | НВ | δ | ||||
| МПа | % | ||||||
| А12 | без термической обработки | --- | |||||
| А20 | ( в состоянии поставки ) | --- | |||||
| АС35Г2 | улучшение | ||||||
| АС14ХГН | цементация, закалка, низкий отпуск | ||||||
| А35Е | улучшение | ||||||
| А40ХЕ | улучшение | ||||||
| АЦ30ХН | улучшение | ||||||
Червячные колеса изготовляют из более прочных и дешевых, чем оловянные, алюминиевых бронз Бр Амц9-2, Бр АЖМц10-3-1,5 и др., а также чугунов Сч 15, Сч 20. Но следует учитывать, что коэффициент трения со сталью при смазке оловянных бронз f = 0,004-0,009, а алюминиевых бронз и чугунов в 1,5-2 раза больше.
Детали группы 6рационально изготовлять из сплавов с высокими литейными свойствами – чугунов и силуминов. Ферритные серые чугуны Сч 10, Сч 15, Сч 18 применяют для слабо- и средненагруженных деталей: крышки, фланцы, маховики, корпуса редукторов, насосов. Ферритно-перлитные серые чугуны Сч 20, Сч 21, Сч 25 применяют для деталей, работающих при повышенных статических и динамических нагрузках: блоки цилиндров, картеры двигателей, зубчатые колеса. Перлитные серые чугуны Сч 30, Сч 35, Сч40, Сч45 обладают наиболее высокими механическими свойствами. Их используют для деталей, работающих при высоких нагрузках или в тяжелых условиях износа: зубчатые колеса, гильзы блоков цилиндров, шпиндели и пр. Чугуны этих марок обладают наибольшей герметичностью, поэтому их применяют для корпусов насосов, компрессоров, арматуры пневматики и гидроприводов.
Отливки из серого чугуна подвергают низкому отжигу ( ~ 560 оС) для снятия внутренних напряжений и стабилизации размеров, нормализации или закалке с отпуском для повышения механических свойств и износостойкости. Относительная стоимость отливок из серого чугуна 1,0 – 4,8.
В горном машиностроении применяют силумины марки АЛ9 (Al-Mg-Si) для корпусных деталей гидроаппаратуры, марки АЛ4 – для корпусов насосов, отбойных молотков, крыльчаток и корпусов вентиляторов местного проветривания, корпусов пневмобуров. Отливки подвергают для повышения прочности закалке и старению. Температура закалки 515 – 535 оС, старения 150 – 175 оС. Грубокристаллическая структура отливок требует больших выдержек при нагреве под закалку (5-10 ч) и при старении (10-20 ч). Сплавы АЛ4, АЛ9 после термической обработки имеют свойства σв=220 Мпа, σ0,2=160-170 Мпа, НВ=700-750, δ=3-4%. Относительная стоимость отливок из силуминов 4-5.
Детали группы 7. Основные служебные свойства для подшипников (опор) скольжения – антифрикционность и сопротивление усталости. Антифрикционность –способность материала обеспечивать низкий коэффициент трения скольжения. Критериями для оценки подшипникового материала служат коэффициент трения и допустимые нагрузочно-скоростные характеристики: давление р, действующее на опору; скорость скольжения v; параметр pv, определяющий удельную мощность трения.
Для работы в режиме жидкостного трения предназначены металлические материалы, которые по структуре подразделяются на два типа сплавов:
1) сплавы с мягкой матрицей и твердыми включениями;
2) сплавы с твердой матрицей и мягкими включениями.
К сплавам первого типа относятся баббиты и сплавы на основе меди: бронзы и латуни.
Баббиты Б83, Б88, Б16, БК2 и др. по антифрикционным свойствам (коэффициент трения по стали со смазкой 0,004-0,006) превосходят все остальные сплавы, но значительно уступают им по сопротивлению усталости (по пределу выносливости σ-1). Из-за высокой стоимости (индекс стоимости 80-88) баббиты на оловянной основе (Б83, Б88) используют для подшипников ответственного назначения (дизелей, паровых турбин и т.п.), работающих при больших скоростях v=5м/с и давлениях p=15 Мпа.
Бронзы БрО10Ф1, БрО10Ц2, БрО5Ц5С5 и др. применяют для монолитных подшипников скольжения турбин, электродвигателей, компрессоров, работающих при значительных давлениях p=8-15 Мпа и средних скоростях v=3-10 м/с скольжения. В качестве заменителей бронз при малых скоростях скольжения и низких нагрузках (опоры трения приборов)применяют латуни ЛЦ16К4, ЛЦ40Мц3А и др. Индекс стоимости бронз 15-25, латуней 5-10.
К сплавам второго типа относятся свинцовистая бронза БрС30, алюминиевый сплав АО9-2, серые чугуны Сч15, Сч20 и легированные антифрикционные чугуны АЧС-1, АЧС-2, АЧС-3, АЧВ-1, АЧВ-2, АЧК-1, АЧК-2. Сплавы БрС30 и АО9-2 имеют достаточно высокие антифрикционные свойства и применяются при больших скоростях скольжения 12-20 м/с и высоком давлении p=25 Мпа; сплав АО9-2 - для монолитных подшипников, БрС30 для наплавки на стальную ленту. Чугуны целесообразно применять при незначительных давлениях p=3-8 Мпа и малых скоростях v=1-5 м/с. Коэффициент трения чугуна по стали со смазкой f=0,008-0,016. Индекс стоимости бронзы БрС30 и сплава АО9-2 примерно 8-9, чугунов 3-5.
Перспективны и универсальны многослойные подшипники, в состав которых входят рассмотренные сплавы.
Для подшипников прокатных станов, гидравлических машин, гребных винтов используют текстолит. Такие подшипники допускают тяжелые режимы работы, смазываются водой. Для подшипников, работающих при ограниченных нагрузках и скоростях без смазочного материала рационально применение фторопласта. Для подшипников устанавливаемых в труднодоступных для смазки местах применяют самосмазывающиеся подшипники. В узлах трения, работающих без смазочного материала, применяют подшипники из металлофторопластовой ленты МФПл. Неметаллические и комбинированные подшипниковые материалы дороги, индекс стоимости их ориентировочно 30-120.
Детали группы 8. Детали гидрооборудования шахт, подвергающемуся сильному износу и действию агрессивных сред, целесообразно изготавливать из сталей 40Х13, 95Х18. Сталь 40Х13 после закалки с 1000оС и низкого (180-200оС) отпуска имеет твердость 50HRC; для стали 95Х18 температура закалки 1100оС, твердость 55-60 HRC. Обрабатываемость резанием этих сталей Кv=0,6; относительная стоимость 4-6.
Детали группы 9.Детали, работающие в условиях интенсивного износа, высоких давлений и значительных ударных нагрузок, изготовляют из стали 110Г13Л. После закалки в воде с 1100оС сталь имеет структуру аустенит и, соответственно, низкую твердость (НВ 2000) и высокую вязкость. Если детали во время работы испытывают только абразивное изнашивание, то сталь оказывается не износостойкой. В условиях же ударных воздействий (работа по грунту и т.п.) твердость поверхности повышается до НВ6000 и сталь становится износостойкой.
Для деталей, работающих без ударных нагрузок (работа по песку), долговечность деталей обеспечивается износостойкими наплавками сплавов типа У25Х38, У30Х23Г2С2Т и т.п. Индекс стоимости стали 110Г13Л – 3,5; наплавочных сплавов 5-6,5; обрабатываемость резанием Кv=0,6.
Детали группы 10. Для некрупных молотовых штампов (для молотов с массой падающих частей порядка 3т) применяют стали 5ХНМ, 5ХНВ, подвергнутые закалке с 840оС в масло и высокому отпуску 530оС. Свойства стали после термической обработки: σв=1200-1300 Мпа, δ=10-13%, KCU=0,4-0,5 МДж/м2, HRC 42-45. Сталь сохраняет высокие свойства (σв=900; σ0,2=650 Мпа) до 500оС.
Для штампов горизонтально-ковочных машин и прессов, а также пресс-форм литья под давлением, работающих с разогревом поверхности до 600-700оС, применяют комплексно-легированные стали 4Х2В5МФ, 4Х5В2ФС и др. После закалки с 1050оС и отпуска с 600оС стали имеют σв=1650 Мпа, σ0,2=1500 Мпа, KCU=0,4 МДж/м2, HRC 45-50. Они сохраняют твердость HRC³45 и σ0,2=1000 Мпа до 650-670оС. Для повышения работоспособности штампы и прессформы подвергают азотированию на глубину » 0,2 мм.
Штампы и прессформы изготовляют по схеме: механическая обработка, закалка, отпуск, чистовая обработка. Обрабатываемость резанием сталей Kv=0,7; индекс стоимости 2,5-8.
Детали группы 11.В связи с разнообразием условий деформирования, формы и размеров штампов холодной обработки давлением применяют различные стали.
Для вытяжных и высадочных штампов используют углеродистые У10, У11,У12 и низколегированные стали Х, 9ХС, ХВСГ и др., которые из-за низкой прокаливаемости имеют твердый износостойкий слой и вязкую сердцевину, позволяющую работать при небольших ударных нагрузках.
Вытяжные штампы, подвергающиеся интенсивному износу без динамических нагрузок, подвергают закалке: углеродистые с 770оС, легированные с 840-860оС и отпускают при 150-180оС на твердость HRC 58-62. Высадочные штампы и пуансоны, работающие с ударными нагрузками, подвергают отпуску при 275-325оС на твердость HRC 52-54.
Для изготовления крупных инструментов сложной формы: вырубных, обрезных штампов, штампов выдавливания, накатных роликов и др. используют высокохромистые стали Х12, Х12М, Х12Ф1, которые обладают высокой износостойкостью и глубокой прокаливаемостью (150-200 мм). Стали Х12Ф1, Х12М закаливают с 1020-1075оС и отпускают при 150-170оС, что обеспечивает твердость HRC 61-63.
Для изготовления инструментов, подвергающихся ударам (зубила, гибочные штампы и др.) применяют стали повышенной вязкости хромокремнистые 4ХС, 6ХС и хромовольфрамокремнистые 4ХВ2С, 6ХВ2С. Стали после закалки отпускают на твердость HRC 53-56 при температуре 230оС. Относительная стоимость сталей углеродистых – 1,0; низколегированных 1,5-2,5; высокохромистых 4,5. Обрабатываемость резанием углеродистых и низколегированных сталей Kv=0,9, высокохромистых Kv=0,7.
Детали группы 12 .В тормозных устройствах и механизмах, передающих крутящий момент, применяют фрикционные материалы, представляющие собой неметаллические и металлические спеченные материалы. Выбор материала производят по предельной поверхностной температуре нагрева tпред и максимальному давлению pmax, которые он выдерживает.
Неметаллические материалы применяют при легких (tпред£200оС, pmax £0,8 Мпа) и средних (tпред£400оС, pmax £1,5 Мпа) режимах трения. Из них преимущественно используют асбофрикционные материалы. Из асбофрикционных материалов наибольшей работоспособностью обладает ретинакс ( ФК-24А и ФК-16Л ), который содержит 25% фенолоформальдегидной смолы, 40% асбеста, 35% барита ( BaSO4 ), рубленую латунь и пластификатор (эфиры). В паре со сталью ретинакс обеспечивает коэффициент трения f=0,37-0,40. Его используют в тормозных механизмах и дисках сцепления автомобилей и других машин.
При тяжелых режимах трения (tпред£1200оС, pmax £6 Мпа) применяют металлические спеченные материалы. Их производят на основе железа (ФМК-8 и ФМК-11) и меди (МК-5). Для тормозных колодок экскаваторов, дорожных машин, работающих в условиях трения без смазки, применяют материал ФМК-11 с добавками 15% меди, 9% графита, 3% оксида кремния, 6% барита.
Индекс стоимости фрикционных материалов » 15.
Детали группы 13 применяются в горной промышленности. В целях снижения массы рационально применение материалов с высокой удельной прочностью и удельной жесткостью. Кроме того материал должен быть работоспособным в условиях работы шахты. Шахтные светильники, корпуса рудничных ламп, корпуса аккумуляторов, каски рационально изготовлять из полиэтилена; кожухи редукторов шахтных электровозов, шахтные вагонетки – из стеклопластика; огнестойкие транспортерные ленты – из поливинилхлорида. Индекс стоимости полиэтилена – 4, поливинилхлорида – 5, стеклопластика на эпоксидной основе – 105.
Детали группы 14. Конвейерные ленты, покрытия роликов, барабанов транспортных машин, облицовку перегрузочных устройств и т.п. изготовляют из износостойкой резины марок 6252, 4-54, 2959 и др. Для уменьшения эластичности и повышения прочности резины армируют хлопчатобумажными, капроновыми тканями и металлическими элементами. Уплотнения гидроцилиндров, манжеты изготовляют из бензомаслостойкой резины.
Детали группы 15. Материал для цистерны должен обладать коррозионной стойкостью в рабочей среде, хорошей обрабатываемостью давлением, свариваемостью и работоспособностью в данной климатической зоне. Коррозионной стойкостью в азотной кислоте обладают титан и его сплавы, хромистые стали типа Х18 и аустенитные хромоникелевые 12Х18Н10Т и хромомарганцевые 12Х17Г9АН4 стали.
Хромистые стали коррозионностойки при температуре не выше 30оС, титан и его сплавы менее технологичны, чем стали и значительно дороже ( индекс стоимости 60 ). Хромоникелевые и хромомарганцевые стали хорошо обрабатываются давлением и свариваются, но сталь 12Х18Н10Т менее склонна к возникающей при сварке межкристаллитной коррозии. Наибольшую коррозионную стойкость хромоникелевые и хромомарганцевые стали имеют при структуре аустенит, которую получают закалкой стали из однофазной аустенитной области.
Таблица 7