Металлы. Основы

При изготовлении и ремонте машин применяют различные мате­риалы: металлы и сплавы, полимеры, дерево и др. Металлы и сплавы разделяются на черные и цветные.

Черные металлы и сплавы. Черным металлом является железо. На практике обычно используют сплавы железа с углеродом и неко­торыми другими элементами. В зависимости от содержания углерода эти сплавы разделяются на две группы: сталь (содержит до 2% углерода) и чугун (содержит более 2 % углерода). По химическому составу сталь подразделяется на углеродистую и легированную, а по качеству — на сталь обыкновенного качества, качественную и высоко­качественную.

По химическому составу чугун подразделяется на нелегирован­ный и легированный, а по структуре — на белый и серый. В белом чугуне (с белым изломом) углерод химически связан с железом (об­разует цементит), а в сером чугуне (с серым изломом) находится в свободном состоянии в форме графита. Серый чугун подразделяют на серый литейный, ковкий, высокопрочный, антифрикционный и жа­ростойкий чугуны. Белый чугун используется для переплавки в сталь и получения ковкого чугуна, а серый для изготовления литых за­готовок деталей.

Легированные стали и чугуны, кроме железа и углерода, содер­жат легирующие (улучшающие свойства) элементы: хром, марганец, никель, титан, молибден и т. д.

Цветные металлы и сплавы. При ремонте машин широко приме­няют алюминий, медь и сплавы на их основе, а также баббиты. Медь обладает наивысшей после серебра электропроводностью и тепло­проводностью, высокими механическими и технологическими свойст­вами. В чистом виде широко применяется для изготовления проводни­ков тока. Для изготовления и ремонта деталей машин применяют обычно сплавы на основе меди: латуни, бронзы и др. Латунь — сплав меди с цинком. Бронза — сплав меди с другими металлами, кроме цинка. Бронзы подразделяются на оловянные (содержат олово) и безоловянные (специальные). Бронзы обладают хорошими антифрикционными свойствами.

Алюминий — легкий металл (плотность 2,7 г/см3), обладающий высокими электро- и теплопроводностью, пластичностью и коррози­онной стойкостью. В чистом виде широко применяется для изготов­ления проводников тока и в химическом машиностроении. Алюминие­вые сплавы, так же как и медные, подразделяются на литейные и деформируемые. Литейные сплавы применяются для изготовления деталей методом литья (блоки и головки цилиндров, картеры, кор­пуса и т. д.). Деформируемые алюминиевые сплавы применяются для изготовления проволоки, поковок, прессованных профилей и т. д.

Баббиты — это мягкие антифрикционные сплавы на оловянной, свинцовой или свинцовокальциевой основе. Применяются для залив­ки подшипников скольжения.

В табл. 1 приведено обозначение некоторых элементов металлов и сплавов, а в табл. 2 — обозначение основных марок материалов.

Таблица 1. Условные обозначения элементов металлов и сплавов

Название

элемента

Хим. знак

Обозначение в  марках металлов и сплавов

Название

элемента

Хим. знак

Обозначение в марках металлов и сплавов

черных

цветных

 черных

цветных

Алюминий

А1

Ю

А

Марганец

Мп

Г

Мц

Барий

Ва

Бр

Медь

Си

д

М

Бериллий

Be

Л

Молибден

Мо

м

 

Бор

В

р

Никель

Ni

н

н

Ванадий

V

ф

Вам

Олово

Sn

0

Висмут

Bi

Ви

Ви

Ртуть

Hg

_

р

Вольфрам

W

В

Свинец

Pb

с

Железо

Fe

Ж

Титан

Ti

т

тпд

Кадмий

Cd

Кд

Кд

Углерод

С

У

 

Кобальт

Со

К

К

Фосфор

P

п

ф

Кремний

Si

С

Кр(К)

Хром

Cr

X

Х(Хр)

Магний

Mg

Ш

Мг

Цинк

Zn

ц

Таблица 2. Условные обозначения марок материалов

Материал

Обозначение

Сталь     углеро­дистая обыкновен­ного качества (ГОСТ 308—71)

Буквами Ст и цифрами 1, 2, 3 и т. д. до 6. Увеличение номера указывает на повышение содержания  углерода  и  предела  прочности (Ст1, Ст2). Буквы Б и В перед обозначением марки стали обозначают группу стали; группа А в обозначении марки не указывается (БСтЗ, ВСтЗ, СтЗ). Если сталь кипящая, то после цифр ставят буквы кп, полуспокойная — пс, спокой­ная — сп. Для обозначения категории стали к обозначению марки добавляют в конце номер соответствующей категории; первую категорию в обозначении не указывают (Стпс2, БСтЗпс2, ВСт4пс2) ,

Сталь     углеро­дистая   качественная    конструкци­онная   (ГОСТ 1050—74)

Двумя цифрами 05, 08, 10, 15, 20 и т. д. до 85, показывающими среднее содержание угле­рода в сотых долях процента (08, 15, 30, 45). Если сталь кипящая, после цифр ставят буквы кп, полуспокойная — пс (08кп, 20пс). Буква Г после  цифр   показывает   наличие   марганца (15Г, 40Г)

Сталь     легиро­ванная   конструк­ционная     (ГОСТ 4543—71),

Первое двузначное число показывает среднее содержание углерода в сотых долях процента, а буквы справа от этих чисел обозначают, что в составе стали находятся легирующие, элемен­ты.  Обозначение элементов  см,  в  табл.   1 (40Х, 40ХН, ЗОХГС)

сталь качествен­ная     рессорно-пружинная (ГОСТ 14959—79),

 сталь    низколе­гированная     кон­струкционная (ГОСТ 19282—73)

Цифра, стоящая после буквы, обозначающей легирующий элемент, показывает примерное содержание данного элемента в целых процен­тах (35 Г2, 30X2, ГН2). Если содержание леги­рующего элемента менее 1,5 %, — цифра от­сутствует (50Х, 15ХР, ЗОХГС). Буква А в кон­це обозначения марок указывает, что сталь высококачественная (15ХА, 20ХНЗА)

Сталь углеро­дистая инструмен­тальная (ГОСТ 1435—74)

Буквой У и цифрами, показывающими сред­нее содержание углерода в десятых долях про­цента (У7, У8). Для высококачественных ста­лей в конце ставится буква А (У8А)

Сталь легиро­ванная инструмен­тальная (ГОСТ 5950-73)

Цифра слева от букв показывает среднее со­держание углерода в десятых долях процента, если его в стали меньше 1 % (9Х, 4ХС, 5ХГН). Если количество углерода больше 1 %, то оно не показывается (Ф, X, ХВГ). Цифры после букв, обозначающих легирующий элемент, по­казывают примерное содержание данного эле­мента в целых процентах (Х12, Х12М, ХВ5, 8X3)

Сталь быстроре­жущая инструмен­тальная      (ГОСТ 2591-71,   19265— 73,    1133—71, 4405—75 и др.)

Буквой Р с цифрами и буквами, обознача­ющими соответствующие легирующие элемен­ты. Цифра после Р показывает содержание вольфрама в целых процентах (Р18). Цифра, стоящая после буквы, 'обозначающей легиру­ющий элемент, показывает примерное содер­жание данного элемента в целых процентах (Р6МЗ)

Сталь подшип­никовая (ГОСТ 801—78)

Буквой Ш, обозначающей, что сталь шарико-подшипниковая. Буква X и цифра после нее показывают среднее содержание хрома в деся­тых долях процента (ШХ9). Добавление бук­вы С (ШХ15С) означает, что сталь дополни­тельно переплавлена в дуговой вакуумной пе­чи; буквы Ш (ШХ15Ш) — электрошлаковой; буквы П (ШХ15П) — двойное переплавление в электрошлаковой и дуговой вакуумной печах

Сталь конструк­ционная повышен -ной   обрабатывае­мости     резанием (ГОСТ 1414-75)

Буквой А и цифрами, показывающими среднее содержание углерода в сотых долях процента (А 12). Буква Г после цифр показывает нали­чие марганца (А40Г)

Твердые   металлокерамические сплавы       (ГОСТ 3882—74)

Группа В К — вольфрамовые; цифра после К означает содержание кобальта в процентах. Группа    ТК — титановольфрамовые;    цифра после Т означает содержание карбида титана, а   цифра   после   К — содержание   кобальта. Группа     ТТК — титанотанталовольфрамовые; цифра после Т указывает суммарное содержа­ние карбидов титана и тантала, цифра после К — содержание кобальта. Буквы В и М, стоя­щие после обозначения сплава, указывают его структуру. В — крупнозернистый сплав, М — мелкозернистый

Чугун       серый (ГОСТ 1412—79) Чугун     ковкий (ГОСТ 1215—79) Чугун    высоко­прочный  с шаро­видным   графитом (ГОСТ 7293—79)

Буквами соответственно СЧ, КЧ, ВЧ и двумя числами. Первое двузначное число обозначает предел прочности при растяжении в килограм­мах на квадратный миллиметр; второе: для се­рого чугуна — предел прочности при изгибе в килограммах на квадратный миллиметр (СЧ 12 — 28); для ковкого и высокопрочного чугу­на — относительное   удлинение   в   процентах (КЧ 30-6; ВЧ 50—2)

Чугун жаростой­кий (ГОСТ 7769— 75)

Первыми буквами ЖЧ и последующими бук­вами,  показывающими   наличие легирующих элементов (ЖЧХ-0,8). Цифры означают после­довательно среднее- содержание легирующих элементов в процентах. Буква Ш означает, что чугун с шаровидным графитом (ЖЧС5Ш)

Чугун антифрик­ционный     (ГОСТ 1585—79)

Буквами АСЧ, АКЯ и АВЧ в зависимости от первичного чугуна (серый, ковкий или вы­сокопрочный)

Литейные   алю­миниевые   сплавы (ГОСТ 2685—75)

Буквами АЛ, после которых указывается но­мер сплава (АЛЗ)

Деформируемые алюминиевые сплавы (ГОСТ 4784—74)

Буквами Д, АД, АК, АВ, AM, ВД и В, после которых указывается номер сплава (Д16)

Литейные    маг­ниевые   сплавы (ГОСТ 2856-68)

Буквами Мл, после которых указывается но­мер сплава (Мл5)

Деформируемые магниевые сплавы (ГОСТ 14957—76)

Буквами МА, за ними следует номер сплава (МАЗ)

Латуни    литей­ные  (ГОСТ 17711—80) и обра­батываемые давле­нием  (ГОСТ 15527—70)

Первой буквой Л —латунь и другими бук­вами, показывающими содержание легирующих элементов. Первое число означает содержание меди в процентах, остальные числа — других элементов в той последовательности, в кото­рой стоят буквы (ЛМцС 58-2-2)

Бронзы литей­ные (ГОСТ 613— 79, 493—79) и об­рабатываемые дав­лением (ГОСТ 5017—74, 18175— 78)

Первыми двумя буквами Бр. — бронза и по­следующими, показывающими только легирую­щие элементы, а цифры — их процентное со­держание (Бр. ОЦ4-3)

Баббиты (ГОСТ 1320—74)

Буквой Б и числом, показывающим содер­жание олова в процентах (Б88)

В производственных условиях марку стали приближенно можно определить по цветной маркировке или по искровой пробе. Стальной прокат обычно маркируют по торцам красками различных цветов (табл. 3). Если цветной маркировки нет, то для определения марки сталь шлифуют абразивным кругом. Характер и цвет образующихся искр зависят от содержания в стали углерода и легирующих элементов (табл. 4).

Таблица 3. Цветная маркировка стали

Марка стали

Маркировка

Сталь обыкновенного качества (ГОСТ 380—71, 535—79)

СтО

Красный и зеленый

Ст1

Белый и черный

Ст2

Желтый

Ст3

Красный

Ст4

Черный

Ст5

Зеленый

Ст6

Синий

Углеродистая качественная сталь (ГОСТ 1050—74)

От 08 до 20

Белый

» 25 » 40

Белый и желтый

» 45 » 85

Белый  и коричне­вый

» 15Г » 40Г

Коричневый

» 4» 70Г

Коричневый   и  зе­леный

Легированная конструкционная сталь (ГОСТ 4543— 71)

Хромистые     (15Х-50Х, 15ХР-40ХР, 45ХЦ)

Зеленый и желтый

Хромомолибденовые (15ХМ — 35ХМ)

Зеленый и фиолето­вый

Хромованадиевые (15ХФ — 40ХФА)

Зеленый и черный

Марганцовистые (10Г2 — 50Г2)

Коричневый и синий

Хромомарганцовые (18ХГ— 40ХГ, 35ХГ2, 18ХГТ, ЗОХГТ, 20ХГР, 40ХГР)

Синий и черный

Хромокремнистые (ЗЗХС — 40ХС)

Синий и красный

Кремниемарганцовые    (27СГ, 35СГ, 36Г2С)

Красный и черный

Хромокремниемарганцовые      (20ХГСА— 35ХГСА, ЗОХГСМА)

Красный и фиоле­товый

Никельмолибденовые (15НМ, 20НМ)

Желтый и фиолето­вый

Хромоникелевые    (20ХН— 50ХН, 13Н2ХА— ЗОХНЗА, 20ХНР)

Желтый и черный

Хромоникелевольфрамовые     (ЗОХНВА— 25Х2Н4ВА)

Желтый и красный

Хромоникелемолибденовые (40ХНМА)

Фиолетовый и чер­ный

Хромоалюминиевые   (ЗОХЮ,   38ХМЮА, 38ХВФЮ)

Алюминиевый

Быстрорежущая сталь

Р18

Бронзовый и крас­ный

Р18М

Бронзовый и зеле­ный

Р9

Бронзовый

Р9М

Бронзовый и белый