Принцип маркировки легированных сталей
Легированные стали маркируют сочетанием букв и цифр. Цифры в начале марки указывают на содержание углерода. У конструкционных сталей – в сотых долях процента, у инструментальных – в десятых долях процента. Если в начале марки цивр нет – углерода 1 – 1,5 %. Буквы в марке указывают на легирующие элементы. Цифры после буквы – содержание легирующих элементов в процентах, если цифры после буквы те, то легирующего элемента до 1%.
Легирующие элементы в сталях обозначают следующими буквами:
Х – хром; Н – никель; Г – марганец; М – молибден; С – кремний; В – вольфрам; Т – титан; Ф – ванадий и др. Некоторые группы сталей в начале марки обозначают буквами : Р – быстрорежущие; Ш – шарикоподшипниковые.
Пример: 14ХГ2С – сталь легированная конструкционная качественная, с содержание углерода 0,14%, хрома – до 1%, марганца – 2 %, кремния – до 1%.
К конструкционным легированным сталям общего назначения относят стали:
1. Низколегированные (строительные) стали: содержат от 0,2% до 2,5 % легирующих элементов.
Применение: в строительстве и машиностроении для сварных конструкций (рамы, детали кузовов и др)
Марки: 14 ХГС; 16Г2САФ и др.
2. Цементируемые стали: содержат до 0,25% углерода
Применение: для деталей, которое имеют высокую твердость и износостойкость поверхности и прочную и вязкую сердцевину (шестерни, тяжелонагруженные детали).
Марки: 15ХА, 25ХГМ и др.
3. Улучшаемые стали: содержат 0,3 – 0,5%
Применение: ответственные сварные конструкции, детали работающие в тяжелых и ударных нагрузок: коленчатые валы, зубчатые колеса.
Марки: 40ХНВА; 30ХГСА.
Инструментальные легированные стали делят на три группы:
1. Стали для режущих и измерительных инструментов.
Применение: сверла, фрезы, зубила и др.
Марки: 7ХФ; Х
2. Стали для штампового инструмента.
Применение: штампы для холодной и горячей штамповки
Марки: Х12; Х6ВФ; 5ХНВ; В2Ф и др.
3. Быстрорежущие стали.
Применение: инструменты для металлорежущих станков (резцы, сверла, фрезы и др.)
Марки: Р6М5; Р18 и др. Р- быстрорежущая, цифры после Р – содержание вольфрама в %
Пример: Р6М5 – сталь легированная инструментальная быстрорежущая качественная, с содержанием углерода – 1%, вольфрама 6%, молибдена 5%.
Методические рекомендации по изучению темы 1.6
Термическая обработка – это нагрев стали до заданной температуры, выдержка при этой температуре, и охлаждение до нормальной температуры, с целью изменения структуры и свойств сплавов.
Виды термической обработки:
- отжиг;
- нормализация;
- закалка;
- отпуск.
Отжиг – это нагрев стали до температуры 750 – 1150 °С, выдержка при этой температуре и охлаждение вместе с печью.
Цель отжига: снижение твердости, улучшение обрабатываемости.
Нормализация – нагрев стали до температуры 750 – 1150 °С, выдержка при этой температуре и охлаждение на спокойном воздухе.
Цель нормализации: повышение твердости, снижение внутренних напряжений.
Закалка – нагрев стали до температуры 750 – 950 °С, выдержка при этой температуре и быстрое охлаждение в воде, минеральном масле или в растворах солей.
Стали с содержанием углерода до 0,3% закалку не принимают.
Цель закалки: придание высокой твердости инструментам; придание высокой твердости и износостойкости, коррозионной стойкости, прочности деталям машин.
Отпуск – нагрев стали до температуры ниже критических точек, выдержка при этой температуре и охлаждение на спокойном воздухе.
Цель отпуска: снижение внутренних напряжений, повышение упругости, вязкости.
Различают:
Низкий отпуск – температура нагрева 120 – 250 °С (для режущих и измерительных инструментов после закалки)
Средний отпуск – температура нагрева 300 - 400°С (для пружин и рессор)
Высокий отпуск – температура нагрева 500 - 700°С (детали машин, работающие в тяжелых условиях)
Двойная термическая обработка, состоящая из закалки и высокого отпуска - улучшение.
Методические рекомендации по изучению темы 1.7
Цветными называются все металлы и сплавы, кроме стали и чугуна, наиболее часто в промышленности применяют алюминий, медь и сплавы на их основе, антифрикционные сплавы.
Алюминий– металл серебристо-белого цвета, обладает высокой электропроводностью и теплопроводностью, коррозионной стойкостью, высокой пластичностью, хорошо обрабатывается давлением, но плохо резанием, хорошо сваривается.
Марки: алюминий особой чистоты А999 (99,999% Al); алюминий высокой чистоты А995 (99, 995% Al), А99, А97; алюминий технической чистоты А85, А8,……А0 (99,0; Al)
Алюминиевые сплавы:
Литейные алюминиевые сплавы обладают высокими литейными свойствами, их применяют для изготовления фасонных отливок. Это сплавы: алюминия с кремнием (силумины), алюминия с медью, алюминия с магнием и др.
Марки: АЛ2, АЛ19, АЛ8, АЛ21 ( АЛ – алюминиевый литейный сплав, цифры – номер сплава)
Деформируемые алюминиевые сплавы:
Это сплавы алюминия с марганцем АМц или алюминия с магнием АМг; сплавы алюминия с медью, магнием, марганцем, кремнием, железом – дуралюмины (Д16, Д1; Д- дуралюмин, цифры – номер сплава), авиаль, их применяют для изготовления деталей методом обработки давлением.
Медь – металл красного, на изломе розового цвета, обладает очень высокой электропроводностью и теплопроводностью, коррозионной стойкостью, хорошо обрабатывается давлением, но плохо резанием, плохо сваривается.
Марки: М00, М0, М1р, М2б……М4 (М- медь, цифры – номер марки, б- бескислородная, р – раскисленая).
Медные сплавы: латунь, бронза. По сравнению с медью эти сплавы обладают большей прочностью, коррозионной стойкостью, хорошими антифрикционными свойствами, лучше обрабатываются давлением, обладают хорошими литейными свойствами. Это позволяет изготавливать из них детали методом обработки давлением и получать отливки сложной формы работающие в морской воде, пружины, вкладыши подшипников скольжения и др.
Марки: Л96(Л- латунь, цифры – содержание меди в %, остальное – цинк), ЛЖМц59-1-1 (Латунь, с содержанием 59% меди, 1% железа, 1% марганца, остальное – цинк) БрОЦС -4-4-2,5 (Бронза с содеражанием 4% олова, 4% цинка, 2,5% свинца, остальное – медь)
Антифрикционные (подшипниковые)сплавы – предназначены для повышения долговечности трущихся поверхностей машин и механизмов. Трение происходит в подшипниках скольжения между валом и вкладышем подшипника. Их применяют для заливки вкладышей подшипников скольжения.
Антифрикционные сплавы представляют собой сочетания прочной и пластичной основы с твердыми включениями.
Наилучшими антифрикционными свойствами обладают сплавы баббиты.
Баббиты – антифрикционные сплавы на основе олова или свинца.
Баббиты делят на три группы: оловянные (Б83, Б88 ) оловянно-свинцовые (Б16) и свинцовые (БК).
Маркировка: Б - баббит, цифры – содержание олова в %.
Также в качестве антифрикционных сплавов применяют свинцовые (БрС30) и оловянные бронзы (БрОЦС5-5-5), оловянные и марганцовистые латуни (ЛМцЖ52-4-1), антифрикционные чугуны(АЧС -1, АЧВ – 1, АЧК – 1), цинковые антифрикционные сплавы ЦАМ10-1,5 (цинковый антифрикционный сплав, 10% алюминия, 1,5% меди, остальное – цинк).
Методические рекомендации по изучению темы 1.8
Коррозия металлов — разрушение металлов вследствие химического или электрохимического взаимодействия их с коррозионной средой. Коррозия может быть вызвана как химическим, так и электрохимическим процессом. Соответственно, различают химическую и электрохимическую коррозию металлов.
Типы коррозии
Электрохимическая коррозия
Разрушение металла под воздействием возникающих в коррозионной среде гальванических элементов называют электрохимической коррозией. Не следует путать с электрохимической коррозией коррозию однородного материала, например, ржавление железа или т. п. При электрохимической коррозии (наиболее частая форма коррозии) всегда требуется наличие электролита (Конденсат, дождевая вода и т. д.), с которым соприкасаются электроды — либо различные элементы структуры материала, либо два различных соприкасающихся материала с различающимися окислительно-восстановительными потенциалами. Если в воде растворены ионы солей, кислот, или т. п., электропроводность её повышается, и скорость процесса увеличивается.
Водородная и кислородная коррозия
Если происходит восстановление ионов H3O+ или молекул воды H2O, говорят о водородной коррозии или коррозии с водородной деполяризацией.
Если водород не выделяется, что часто происходит в нейтральной или сильно щелочной среде, происходит восстановление кислорода и здесь говорят о кислородной коррозии или коррозии с кислородной деполяризацией.
Коррозионный элемент может образовываться не только при соприкосновении двух различных металлов. Коррозионный элемент образуется и в случае одного металла, если, например, структура поверхности неоднородна.
Химическая коррозия
Химическая коррозия — взаимодействие поверхности металла с коррозионно-активной средой, не сопровождающееся возникновением электрохимических процессов на границе фаз. В этом случае взаимодействия окисление металла и восстановление окислительного компонента коррозионной среды протекают в одном акте. Например, образование окалины при взаимодействии материалов на основе железа при высокой температуре с кислородом.
При электрохимической коррозии ионизация атомов металла и восстановление окислительного компонента коррозионной среды протекают не в одном акте и их скорости зависят от электродного потенциала металла (например, ржавление стали в морской воде).
Методические рекомендации по изучению темы 2.1-2.2
Литейным производством называют процессы получения фасонных изделий (отливок) путем заливки расплавленного металла в полую форму. Рабочая часть литейной формы представляет собой полость, в которой материал, затвердевая при охлаждении, приобретает конфигурацию и размеры нужного изделия.
Металлы для литья
Литью поддаются все металлы. Но не все металлы обладают одинаковыми литейными свойствами, в частности жидкотекучестью – способностью заполнять литейную форму любой конфигурации. Литейные свойства зависят главным образом от химического состава и структуры металла. Важное значение имеет температура плавления. Металлы с низкой температурой плавления легко поддаются промышленному литью. Из обычных металлов наивысшая температура плавления у стали.
Способы литья:
Литье в разовые песчано-глинистые формы.
Специальные способы литья:
Литье в многоразовые металлические формы (в кокиль)
Центробежное литье
Литье под давлением
Литье в оболочковые формы
Литье по выплавляемым моделям и др.
Методические рекомендации по изучению темы 3.1-3.2
Под обработкой металлов давлением понимают различные технологические процессы получения заготовок, полуфабрикатов и готовых изделий из черных и цветных металлов путем деформирования в холодном или горячем состоянии.
Обработка металлов давлением основана на использовании пластических свойств материалов. Эти свойства позволяют изменять форму и размеры заготовки под действием внешних сил (давления) и сохранять полученные форму и размеры после прекращения действия сил. Для увеличения пластичности металл нагревают до температуры, при которой наиболее полно проявляются его пластические свойства.
Обработка металлов давлением отличается высокой производительностью и экономным расходованием металла по сравнению с литьем и механической обработкой и, кроме того, улучшает механические свойства литого металла.
Различают следующие основные способы обработки металлов давлением: прокатка, волочение, прессование, свободная ковка, штамповка.
Прокатка —это обжатие заготовки между вращающимися валками, зазор между которыми меньше толщины заготовки.
Валки могут быть гладкими — для прокатки листов и лент и с вырезками (ручьевые) — для получения деталей фасонного профиля. Различают горячую (с подогревом заготовки) и холодную прокатку. Комплекс оборудования, с помощью которого производится прокатка, называется прокатным станом.
Прокат – это готовые изделия или заготовки для последующей обработки ковкой, штамповкой, прессованием, волочением, резанием или сваркой.
В зависимости от формы поперечного сечения прокат делят на :
сортовой (круг, квадрат, прямоугольник, шестигранник)
фасонный (уголок, швеллер, тавр, двутавр, рельс, зетовый)
листовой (толстолистовой и тонколистовой)
трубный
периодический (арматура)
специальный.
Волочение и прессование.
Волочение — процесс протягивания заготовки через постепенно сужающееся отверстие (волочильный глазок). В результате поперечное сечение заготовки уменьшается, а ее длина увеличивается.
Волочение выполняют в холодном или горячем состоянии. Исходным материалом для волочения является горячекатаный сортовой прокат (круглый, квадратный, шестигранный и др.), проволока, трубы из стали, цветных металлов и сплавов.
Волочение применяют для получения проволоки малого диаметра, тонкостенных труб, фасонных профилей,
Прессование — вид обработки металлов давлением, при котором металл, заключенный в замкнутую форму, выдавливается через отверстие, меньшей площади, чем площадь сечения исходного материала. В результате прессуемый металл принимает вид прутка, который может быть простым или сложным, сплошным или полым, в зависимости от формы и размеров отверстия.
Прессованию подвергаются слитки алюминия, меди и их сплавов, а также цинка, олова, свинца и др.
Ковка металлов.
Ковка, так же как и литье, является издавна известным способом обработки металлов.
Различают свободную ковку - без применения штампов, и ковку в штампах — штамповку.
Сущность свободной ковки: заготовку нагревают в нагревательной печи до температуры, при которой металл становится более пластичным. После этого заготовку кладут на наковальню и ударами молота придают ей необходимую форму.
Изделие, полученное в результате ковки, называется поковкой.
Различают ручную и машинную ковку. Ручная ковка применяется в индивидуальном производстве для выполнения мелких ремонтных работ. Машинная ковка — ковка на молотах и прессах — используется в серийном и массовом производстве.
Штамповка – это процесс при котором формообразование детали происходит в штампе и определяется его конфигурацией.
Штамповку осуществляют на прессах и молотах.
Штамповка с предварительным нагревом заготовок называется горячей, без нагрева— холодной.
Различают объемную и листовую штамповку.
Горячая объемная штамповка применяется в основном в массовом и серийном производстве и позволяет получать изделиях высокой точностью формы и размеров. Холодную объемную штамповку применяют для поковок небольшого размера.
Листовой штамповкой изготовляют плоские или пространственные тонкостенные изделия из стали, цветных металлов и сплавов. Изделия, полученные листовой штамповкой, отличаются высокой точностью и не нуждаются в последующей обработке резанием.
Методические рекомендации по изучению темы 4.1 – 4.2
Процесс резания металлов заключается в срезании с заготовки поверхностного слоя для получения детали нужной формы, требуемых размеров и качества обработанной поверхности. Срезаемый слой металла называется стружкой. Обработка резанием является наиболее важным процессом в машиностроительном производстве и применяется при изготовлении почти любой продукции. Даже в случае, еслипроцессы резания не используются в основном производстве, они используются косвенно при изготовлении технологической оснастки и при ремонте оборудования.
Основными видами обработки резанием являются точение, фрезерование, сверление, строгание, шлифование и др. Различные виды обработки или их сочетание выполняются на металлорежущих станках: токарных, фрезерных, сверлильных, шлифовальных, строгальных, протяжных, агрегатных и специальных и на автоматических линиях с помощью различных инструментов — резцов, сверл, фрез, протяжек, шлифовальных кругов и др.
При изучении теории резания принимают за основу обработку на токарных станках—точение, а в качестве инструмента—токарный резец. Для осуществления процесса точения необходимо иметь два движения: главное движение — вращательное движение заготовки V и перемещение заготовки—движение подачи S. Скорость главного движения определяет скорость резания, движение подачи обеспечивает непрерывное врезание инструмента в новые слои металла заготовки.
К элементам режима резания относятся: скорость резания, подача и глубина резания. Скоростью резания называется величина перемещения наиболее удаленной точки режущей кромки относительно поверхности резания в единицу времени (минуту).
МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ РЕЗАНИЕМ
Точение
Точение является процессом придания определенной формы вращающейся заготовке однолезвийным или многолезвийным режущим инструментом. Снятие металла происходит благодаря сочетанию главного движения v (вращение шпинделя) с движением подачи s (движение резцового суппорта).
При токарной обработке можно получить детали с цилиндрическими, коническими, фасонными и плоскими поверхностями; можно нарезать резьбу, делать фаски, галтели и др. Инструментами для точения являются резцы, сверла, зенкеры, развертки, метчики и др. Основным инструментом является резец.
Фрезерование
Сущность процесса фрезерования. Фрезерование — процесс резания металла, осуществляемый вращающимся режущим инструментом при одновременной линейной подаче заготовки. Материал с заготовки снимают на определенную глубину фрезой, работающей либо торцовой стороной, либо периферией. Главным движением при фрезеровании является вращение фрезы. Скорость главного движения определяет скорость вращения фрезы. Движением подачи s при фрезеровании является поступательное перемещение обрабатываемой заготовки в продольном, поперечном или вертикальном направлениях. Процесс фрезерования является прерывистым процессом. Каждый зуб фрезы снимает стружку переменной толщины.
Сверление
Сверление представляет собой процесс удаления металла для получения отверстий. Процесс сверления включает два движения: вращение инструмента V или детали вокруг оси и подачу S вдоль оси. Режущие кромки сверла срезают тонкие слои металла с неподвижно укрепленной детали, образуя стружку, которая, скользя по спиральным канавкам сверла, выходит из обрабатываемого отверстия. Сверло является многолезвийным режущим инструментом. В резании участвуют не только два главных лезвия, но и лезвие перемычки, также два вспомогательных, находящихся на направляющих ленточках сверла, что очень усложняет процесс образования стружки.