Стали специальных способов выплавки
Для получения высококачественного металла применяют различные способы обработки жидкого металла или переплава с целью удаления вредных примесей, газов, неметаллических включений, повышение однородности структуры. Эти дополнительные способы переработки находят дополнительное отражение в написании марки стали:
1. 15ХА-СШ, 12Х2Н4МА-СШ, 35ХМФА-СШ, 35ХН3МА-СШ –стали, прошедшие дополнительную обработку синтетическими шлаками в ковше.
2. ШХ15-Ш, ШХ15СГ-Ш, 95Х18-Ш, 18Х2Н4МА-Ш –стали, подвергнутые электрошлаковому переплаву.
3. 12Х18Н10Т-ВИ, 03Х18Х12Б-ВИ –стали, выплавленные в вакуумно-индукционных печах.
Нестандартные легированные стали
Нестандартные стали выпускаются заводом «Элетросталь» и обозначаются сочетанием букв «ЭИ» (электросталь исследовательская) или «ЭП» (электросталь пробная). Легированную сталь, выпускаемую Златоустовским металлургическим заводом, маркируют буквами «ЗИ». Во всех случаях после буквенного индекса стоит порядковый номер стали, например, ЭИ417, ЭП767, ЗИ8 и т.д. Состав таких сталей можно найти только в специальных марочниках на электросталь. После освоения марки металлургическими и машиностроительными заводами условные обозначения заменяют общепринятой маркировкой, отражающей химический состав стали.
Чугуны
Сплавы железа с углеродом, в которых содержание углерода превышает 2%, называются чугунами. Углерод в чугуне может находиться в двух состояниях: связанном в виде соединения Fe3C и свободном в виде графита. Чугуны, в которых углерод полностью связан, называются белыми. Соединение Fe3C называется цементитом. Цементит очень твёрдый, но хрупкий. Поэтому белые чугуны не нашли промышленного применения.
Чугуны, содержащие основную массу углерода в виде графита, называются графитными или графитосодержащими. В зависимости от технологии получения графитных чугунов форма графитных включений различна. В свою очередь, от формы графитных включений зависит уровень механических свойств чугунов. По форме графита чугуны делятся на три группы: серые, высокопрочные и ковкие.
Серые чугуны имеют пластинчатую форму графита. Графит такой формы, являясь по существу трещиной или надрезом внутри металла, особенно сильно ослабляет чугун при приложении растягивающей нагрузки, поэтому прочностные характеристики его не высоки. Серый чугун маркируется буквами СЧ и двузначной цифрой, показывающей минимальное значение предела прочности на растяжение.
Серый чугун обладает рядом положительный качеств, благодаря чему он нашел широкое применение: обладает высокими литейными свойствами, хорошо обрабатывается на станках, ему присущи хорошие антифрикционные свойства, он дешев.
Высокопрочный чугун имеет шаровидную форму графита. Округлые включения не создают резкой концентрации напряжений, поэтому такой чугун лучше сопротивляется растягивающей нагрузке. Получают шаровидную форму графита путем введения в чугун перед разливкой магния. Условное обозначение марки включает буквы ВЧ и цифры, показывающие минимальное значение предела прочности при растяжении.
Таблица 8.1. Механические свойства серого чугуна (гост 1412-85)
| Марка чугуна | Предел прочности при растяжении sв, МПа (кгс/мм2) | Твердость НВ, кгс/мм2, не более | Примечание |
| СЧ10 | ³ 100 (10) | ||
| СЧ15 | ³ 150 (15) | ||
| СЧ20 | ³ 200 (20) | ||
| СЧ25 | ³ 250 (25) | ||
| СЧ30 | ³ 300 (30) | ||
| СЧ35 | ³350 (35) | ||
| СЧ18 | ³ 180 (18) | Не оговорено ГОСТ1412-85 | Допускается по требованию потребителя |
| СЧ21 | ³ 210 (21) | То же | То же |
| СЧ24 | ³ 240 (24) | То же | То же |
Таблица 8.2. Механические свойства высокопрочного чугуна (ГОСТ 7293-85)
| Марка чугуна | Предел прочности при растяжении sв, МПа (кгс/мм2) | Предел текучести sт, МПа (кгс/мм2) | Относительное удлинение d, % | Твердость по Бринеллю НВ |
| не менее | ||||
| ВЧ35 | 350 (35) | 220 (22) | 140-170 | |
| ВЧ40 | 400 (40) | 250 (25) | 140-202 | |
| ВЧ45 | 450 (45) | 310 (31) | 140-225 | |
| ВЧ50 | 500 (50) | 320 (32) | 153-225 | |
| ВЧ60 | 600 (60) | 370 (37) | 192-277 | |
| ВЧ70 | 700 (70) | 420 (42) | 228-302 | |
| ВЧ80 | 800 (80) | 480 (48) | 248-351 | |
| ВЧ100 | 1000 (100) | 700 (70) | 270-360 |
Благодаря высоким прочностным характеристикам высокопрочный чугун применяют вместо стали для изготовления особо нагруженных деталей: коленчатых валов, распредвалов, различных кулачковых валиков и т.д.
Ковкий чугун имеет хлопьевидную форму графита и по прочности занимает промежуточное положение между серыми и высокопрочными чугунами. Получают такой чугун отжигом (томлением) белого чугуна.
Ковкий чугун маркируют буквами КЧ, означающими ковкий чугун, затем идут два числа: первое число показывает предел прочности при растяжении, второе – относительное удлинение. Например, марка КЧ60-3 означает, что чугун имеет sв=60 кгс/мм2 и d=3%.
Ковкий чугун применяют для изготовления деталей, работающих при ударных и вибрационных нагрузках. Ковкий чугун применяют главным образом для тонкостенных деталей в отличие от высокопрочного чугуна, который используется для деталей большого сечения.
Таблица 8.3. Механические свойства ковкого чугуна (ГОСТ 1215-79)
| Марка чугуна | Предел прочности при растяжении sв, МПа (кгс/мм2) | Относительное удлинение d, % | Твердость по Бринеллю НВ |
| не менее | |||
| КЧ30-6 | 294 (30) | 100-163 | |
| КЧ33-8 | 323 (33) | 100-163 | |
| КЧ36-10 | 333 (35) | 100-163 | |
| КЧ37-12 | 362 (37) | 110-163 | |
| КЧ45-7 | 441 (45) | 7* | 150-207 |
| КЧ50-5 | 490 (50) | 5* | 170-230 |
| КЧ55-4 | 539 (55) | 4* | 192-241 |
| КЧ60-3 | 588 (60) | 200-260 | |
| КЧ65-3 | 637 (65) | 212-269 | |
| КЧ70-2 | 686 (70) | 241-285 | |
| КЧ80-1,5 | 784 (80) | 1,5 | 270-320 |
| * – по согласованию изготовителя с потребителем допускается понижение на 1%. |
Порошковые материалы
Порошковыми называются материалы, изготовленные из металлических порошков или их смесей с неметаллическими порошками. Порошком считается смесь частиц размером до 1 мм. Образование изделий из порошков основано на принципах технологии изготовления керамических изделий (кирпичей, фарфора, силикатных плиток и т.д.) путем прессования смесей порошков, спекания подготовленных композиций при температурах, обеспечивающих схватывание в монолитное металлокерамическое изделие без полного расплавления. Часто путем спекания получают столь разнородные по природе композиции, которые невозможно получить через расплавление. Производство деталей по металлокерамической технологии практически не имеет отходов, т.е. характерно самым высоким коэффициентом использования металла. Создание биметаллических изделий, где подложкой может служить недорогой материал, позволяет экономить дорогие или дефицитные материалы. А такие изделия, как металлические пористые фильтры невозможно получить какой-либо другой технологией, кроме спекания порошков. При получении вольфрама, молибдена, ниобия, титана, тантала и других материалов металлокерамика единственный способ получения монолитных полуфабрикатов для дальнейшей переработки. Эта технология широко используется для получения изделий радиоэлектроники и электротехники (ферриты, магнитотвердые спеченные материалы, термоэлементы, контакты, резисторы и т.д.), для изготовления узлов трения (фрикционные и антифрикционные материалы), материалы и изделия для атомной энергетики.
Но наибольшую известность и распространение получили инструментальные сверхтвердые материалы. Они состоят из карбидной фракции (WС, ТiС, ТаС) и кобальтовой металлической связки. По химическому составу инструментальная металлокерамика делится на 3 группы:
1. Вольфрамо-кобальтовая (или вольфрамовая), обозначаемая буквами ВК и цифрой, показывающей содержание кобальта; сплав ВК3 содержит 3% кобальта и 97% WC.
2. Титано-вольфрамо-кобальтовая (или титановая) обозначается буквами ТК; цифра, стоящая после буквы Т, указывает количество карбидов титана, цифра после К - количество кобальта, остальное WC; сплав Т5К10 содержит 5% ТiC, 10%Со, 85% WC.
3. Титано-тантало-вольфрамо-кобальтовые сплавы (или титано-танталовые) обозначаются индексом ТТК, цифра после букв ТТ показывает суммарное содержание ТiC + ТаС, цифра после буквы К – содержание кобальта, остальное WC; в сплаве ТТ7К12 содержится 12% Со, 81% WC, 7% ТiC+ТаС.
Таблица 9.1. Химический состав (%) и твердость некоторых
металлокерамических твердых сплавов (ГОСТ 3882-74)
| Сплав | Карбид вольфрама | Карбид титана | Карбид тантала | Кобальт | Твердость НRА, не менее |
| ВК3 | - | - | 89,5 | ||
| ВК3М | - | - | 91,0 | ||
| ВК6 | - | - | 88,5 | ||
| ВК6М | - | - | 90,0 | ||
| ВК6В | - | - | 87,5 | ||
| ВК15 | - | - | 86,0 | ||
| ВК25 | - | - | 83,0 | ||
| Т30К4 | - | 92,0 | |||
| Т15К6 | - | 90,0 | |||
| Т14К8 | - | 89,5 | |||
| Т6К10 | - | 88,5 | |||
| ТТ7К12 | 87,0 | ||||
| ТТ10К8 | 89,0 |