Технология конструкционных материалов (ткм)

ТЕХНОЛОГИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ (ТКМ)

ТКМ – дисциплина, изучающая способы получения различных металлов и неметаллических материалов, а также технологические методы формообразования заготовок и деталей литьем, сваркой обработкой давлением и резанием.

МЕТАЛЛЫ И ИХ СПЛАВЫ

Все известные в настоящее время химические элементы (более 100 наименований) по совокупности свойств подразделяют на металлы и неметаллы. Примерно 80 % общего числа элементов относится к металлам. Некоторые из них (мышьяк, сурьму и др.) иногда называют полуметаллами, так как по одним свойствам их можно отнести к металлам, а по другим – к неметаллам.

Металлы (от греческого металлон – копи, рудники) – вещества неорганического происхождения, многие из которых обладают характерным блеском, высокой плотностью, прочностью и твердостью, пластичностью, хорошей электро- и теплопроводностью.

Классификация металлов

Все существующие металлы условно принято подразделять на черные и цветные.

Черные металлы – промышленное название железа и его сплавов (чугун, сталь, ферросплавы и др.). Черные металлы составляют более 90 % всего объёма, используемых в экономике металлов, из них основную часть составляют различные стали.

Цветные металлы – все остальные, например: K (калий), Na (натрий), Ca (кальций), Al (алюминий), Mg (магний); Ni (никель), Cu (медь), Pb (свинец), Zn (цинк), Sn (олово), W(вольфрам), Ti (титан), Mо (молибден), V (ванадий), Nb (ниобий), Zr (цирконий), Au (золото), Ag (серебро), Pt (платина) и т.д.

Цветные металлы в свою очередь подразделяются на следующие группы:

- легкие цветные, например: K (калий), Na (натрий), Ca (кальций), Al (алюминий), Mg (магний);

- тяжелые цветные с плотностью более 5 г/см3, например: Ni (никель)i, Cu (медь), Pb (свинец), Zn (цинк), Sn (олово);

- благородные, например: Au (золото), Ag (серебро), Pt (платина);

- редкие.

Редкие металлы в свою очередь подразделяют на:

- тугоплавкие (с температурой плавления выше 1875 °С), например: W(вольфрам), Ti (титан), Mо (молибден), V (ванадий), Nb (ниобий), Zr (цирконий), Та (тантал);

- легкие, например: Sr (стронций), Sc (скандий), Rb (рубидий), Cs (цезий);

- радиоактивные, например: U (уран); Ra (радий), Ae (актинидий), Pd (палладий);

- редкоземельные, например: Ge (германий), Ga (галлий), Hf (гафний), In (индий), La (лантан), Tl (таллий), Се (церий), Re (рений).

Классификация сплавов

Технически чистые металлы обладают низкой прочностью и поэтому применение их ограничено. В промышленности, как правило, применяются сплавы металлов.

Сплавом (металлов) называют твёрдые и жидкие системы, образованные главным образом сплавлением двух или более металлов, а также металлов с различными неметаллами. Сплавы являются одним из основных конструкционных материалов. Среди них наибольшее значение имеют сплавы на основе железа и алюминия. В технике применяется более 5 тыс. сплавов.

По характеру металла (основы) различают:

- черныеили железоуглеродистые сплавы - стали, чугуны (основа - Fe);

- цветные сплавы (основа - цветные металлы), в т.ч. :

• сплавы на основе цветных металлов, таких как K (калий), Na (натрий), Ca (кальций), Al (алюминий), Mg (магний) называются легкими цветными сплавами;
• на основе цветных металлов, таких как Ni (никель)i, Cu (медь), Pb (свинец), Zn (цинк), Sn (олово) называются тяжёлыми цветными сплавами;
• на основе тугоплавких металлов, таких как W(вольфрам), Ti (титан), Mо (молибден), V (ванадий), Nb (ниобий), Zr (цирконий), и т.д. называются тугоплавкими сплавами;

- сплавы радиоактивных металлов (основа – радиоактивные металлы);

- сплавы редкоземельных металлов (основа – радиоактивные металлы).

В зависимости от количества основных компонентов, входящих в состав сплава, различают сплавы двойные (бинарные) и сложные (тройные, четверные и т. д.)

Примеси сплавов.

Помимо основных компонентов в состав сплавов входят примеси:

- случайные (попадают в сплав во время его приготовления);

- специальные (вводятся в сплав в виде добавок для придания ему необходимых эксплуатационных свойств)

Введение в сплав специальных добавок называется легированием, а сама добавка – лигатурой. Составляющими лигатуры могут быть как отдельные элементы (легирующие элементы), так и сплавы этих элементов (например: ферросплавы FeTi: FeV; FeCr и т.д.).

Помимо этого различают примеси вредные (S, P, O₂, H₂, N₂), ухудшающие свойства материалов, и полезные, улучшающие их свойства - (легирующие элементы).

Структура сплавов.

По структуре сплавы разделяют на твердые растворы, механические смеси и химические соединения.

1. Если атомы входящих в состав сплава компонентов имеют незначительные различия в размерах и строении электронной оболочки, то они, как правило, образуют общую кристаллическую решетку. Такая структура называется твердым раствором.
2. Механическая смесь получается в том случае, когда компоненты сплава не могут образовать общую решетку и каждый из них кристаллизуется самостоятельно.
3. Если при химическом взаимодействии компонентов сплава получается новое вещество, свойства которого резко отличаются от свойств исходных компонентов, то такой сплав называют химическим соединением.

В одном сплаве могут одновременно присутствовать все три структуры.

Классификация сталей

Стали, классифицируют по следующим признакам:

Химический состав.

В зависимости от химического состава различают стали углеродистые и легированные.

Легированные стали - стали, содержащие кроме постоянных при­месей (марганец, кремний), один или несколько спе­циальных элементов или повышенные концентрации марганца и кремния (>1 %). В качестве легирующих элементов исполь­зуются Сг, Ni, W, Мо, Тi,V, Со и др.

Углеродистые стали разделяются на:

• малоуглеродистые - содержание углерода С < 0,30%;
• среднеуглеродистые - содержание углерода 0,30≤ С ≤ 0,70%
• высокоуглеродистые - содержание углерода С > 0,70%

Легированные стали классифицируются как:

• низколегированные, суммарное содержание легирующих элементов до 5%
• среднелегированные, суммарное содержание легирующих элементов от 5 до 10%;
• высоколегированные, суммарное содержание легирующих элементов свыше 10%.

2. Назначение.

По назначению различают стали:

• конструкционные, предназначенные для изготовления строительных и машиностроительных изделий деталей машин и приборов;
• инструментальные, предназначенные для изготовления режущего, мерительного, штампового и прочего инструментов. Эти стали содержат более 0,65% углерода;
• стали с особыми свойствами:

- с особыми физическими свойствами, например, с определенными магнитными характеристиками (электротехническая сталь);

- с особыми химическими свойствами, например, коррозионностойкие, жаростойкие или жаропрочные стали.

Коррозионностойкие стали предназначены для работы в агрессивных средах. Жаростойкие – обеспечивают отсутствие окисления (окалины) при работе в области высоких температур. Жаропрочные – обеспечивают необходимую прочность при работе в области высоких температур.

Качество.

В зависимости от содержания вредных примесей (серы и фосфора) стали бывают:

• обыкновенного качества- содержание серы до 0.06% и фосфора до 0,07%;
• качественные- содержание серы до 0,035% и фосфора до 0,035% ;
• высококачественные- содержание серы до 0,025% и фосфора до 0,025%;
• особовысококачественные -содержание серы до 0,015% и фосфора до 0,025%.

Структура.

По структуре после охлаждения на воздухе легиро­ванные стали подразделяют на три основных класса:

• перлитный;
• мартенситный;
• аустенитный.

По структуре сталей полностью устанавливают их свойства. Напри­мер: сталь, имеющая перлитную структуру, обладает небольшой твердостью и высокой пластичностью, а сталь, имеющая мартенситную структуру, весьма твер­дая и хрупкая.

Степень раскисления.

По степени раскисления* различают:

· спокойные стали - стали, раскисленные Mn; Al; Si;

· кипящие стали - стали, раскисленные Mn;

· полуспокойные стали - стали, раскисленные Mn; Al.

* Раскисление – восстановление элемента из его окислов. Раскислители – элементы, восстанавливающие другой элемент из его окислов.

Маркировка сталей

Спокойные стали -маркируются буквами “сп” (иногда буквы опускаются);

Кипящие стали - маркируются буквами "кп";

Полуспокойные стали - маркируются буквами "пс".

Литейные стали -маркируются в конце буквой "Л".

Стали обыкновенного качества маркируются буквами "Ст" и условным номером марки (от 0 до 6) в зависимости от химического состава и механических свойств. Чем выше содержание углерода и прочностные свойства стали, тем больше её номер. Буква "Г" после номера марки указывает на повышенное содержание марганца в стали. Перед маркой указывают группу стали, причем группа "А" в обозначении марки стали не ставится.

Например стали марок:

- Ст1кп- углеродистая сталь обыкновенного качества, кипящая, № марки 1, поставляется потребителям по механическим свойствам (группа А);

- ВСт5Г- углеродистая сталь обыкновенного качества с повышенным содержанием марганца, спокойная, № марки 5, с гарантированными механическими свойствами и химическим составом (группа В);

- БСт0 - углеродистая сталь обыкновенного качества, номер марки 0, группы Б (стали марок Ст0 и БСт0 по степени раскисления не разделяют).

Качественные стали маркируют следующим образом:

1.В начале марки указывают содержание углерода цифрой, соответствующей его средней концентрации:

а) в сотых долях процента для сталей, содержащих углерода С < 0,65%,

например:

- сталь 05кп – сталь углеродистая качественная, кипящая, содержит 0,05% С;

- сталь 60 – сталь углеродистая качественная, спокойная, содержит 0,60% С;

б) в десятых долях процента для инструментальных сталей, которые дополнительно снабжаются буквой "У":

- сталь У7 – углеродистая инструментальная, качественная сталь, содержащая 0,7% С, спокойная (все инструментальные стали спокойные);

- сталь У12 - углеродистая инструментальная, качественная сталь, спокойная содержит 1,2% С;

2.Легирующие элементы, входящие в состав стали, обозначают русскими буквами (табл. 1):

Табл. 1 Обозначения химических элементов в марках сталей

Обозначения элементов	Наименование элемента
в марке стали	в таблице Менделеева
А	N	Азот
Б	Nb	Ниобий
В	W	Вольфрам
Г	Mn	Марганец
Д	Cu	Медь
Е	Sе	Селен
К	Co	Кобальт
М	Mo	Молибден
Н	Ni	Никель
Р	B	Бор
С	Si	Кремний
Т	Ti	Титан
Ф	V	Ванадий
Х	Cr	Хром
Ц	Zr	Цирконий
Ю	Al	Алюминий

Если после буквы, обозначающей легирующий элемент, стоит цифра, то она указывает содержание этого элемента в процентах. Если цифры нет, то сталь содержит в среднем 1,0 % этого легирующего элемента, за исключением редких металлов, а также бора. Если после букв, обозначающих редкие металлы и бор нет цифры, то в сталях содержится до 1% этих элементов.

Например, стали марок:

- 14Г2 – низколегированная качественная сталь, спокойная, содержит приблизительно 0,14% углерода и 2,0% марганца.

- 03Х16Н15М3Б - высоколегированная качественная сталь, спокойная содержит 0,03% C; - 16,0% Cr; 15,0% Ni; до З,0% Мо; до 1,0% Nb.

Строительные стали.

Горячекатанный фасонный прокат (уголки, двутавры, швеллеры), листовой, широкополосной прокат, гнутые профили из углеродистых и низколегированных сталей, предназначенных для сварных строительных конструкций подразделяются на условные классы вне зависимости от химического состава и марки стали, принимая во внимание только их механические свойства при растяжении.

Например, сталь марки С235. С – строительная сталь, 235 – минимальный предел текучести при растяжении, Мпа.

Шарикоподшипниковые стали.

Такие стали используются для изготовления подшипников.

Сталь высокоуглеродистая (С≈0,75-1,2%).

Маркируют буквами "ШХ", после которых указывают содержание хрома в десятых долях процента:

Например, стали марок:

- ШХ6 - шарикоподшипниковая сталь, содержащая 0,6% хрома;

- ШХ15ГС - шарикоподшипниковая сталь, содержащая 1,5% хрома и в среднем 1,0% марганца и кремния.

Быстрорежущие стали.

Используются для изготовления режущего инструмента, работающего при высоких скоростях резания. Обозначение быстрорежущих сталей отличается в зависимости от содержания углерода.

Сталь высокоуглеродистая (С≈0,75-1,2%).

Обозначаются буквой "Р". Следующая за ней цифра указывает процентное содержание в ней вольфрама:

Например, стали марок:

- Р18-быстрорежущая сталь, содержащая 18,0% вольфрама;

- Р6М5К5-быстрорежущая сталь, содержащая 6,0% вольфрама, 5,0% молибдена, 5,0% кобальта.

Сталь низкоуглеродистая (С≈0,05-0,15%).

- В4М12К23 – быстрорежущая сталь, содержащая примерно 4,0% вольфрама, 12,0% молибдена, 23,0% кобальта.

При обозначении литейных сталей добавляется буква Л:например, сталь 15Л, сталь 20Г1ФЛ, сталь 35 ХГЛ.

Общее правило расшифровки марок легированных сталей:

1. Если марка легированной стали начинается с двузначной цифры, то сталь конструкционная и углерода в ней содержится в сотых долях процента (60ХСГ – 0,60% С).

2. Если марка легированной стали начинается с однозначной цифры, то сталь инструментальная и углерода в ней – в десятых долях процента (9ХГС – 0,9% С).

3. Если марка легированной стали начинается с буквы, то сталь инструментальная и углерода в ней содержится до 1 % (Х8ГА – до 1% С).

4. Если в марке легированной стали после легирующего элемента стоит цифра, то она обозначает его процентное содержание (Х8ГА – хрома 8 %).

5. Если в марке легированной стали после легирующего элемента отсутствует цифра, то сталь содержит в среднем 1,0 % этого легирующего элемента, за исключением редких металлов, а также бора. Если после букв, обозначающих редкие металлы и бор нет цифры, то в сталях содержится до 1% этих элементов.

6. Если в конце марки легированной стали стоит буква А, то сталь высококачественная, а если отсутствует – то качественная (Х8ГА – сталь высококачественная, 60ХСГ – качественная).

7. Если в марке легированной стали какого-то одного легирующего элемента 10 и более процентов, то сталь специальная (ШХ15 – хрома 15% - сталь специальная).

8. Если марка легированной стали начинается с буквы Р, то сталь быстрорежущая (от латинского rapid – «скорость»). Цифра после буквы Р обозначает процентное содержание вольфрама. В любом другом месте марки буква Р обозначает бор (например: Р6М5 – быстрорежущая сталь, 20ХГР – содержание бора до 1,0 %).

Последовательность расшифровки марки стали:

1. Определить сталь по химическому составу (углеродистая или легированная).

2. Определить сталь по назначению (конструкционная, инструментальная или сталь с особыми свойствами).

3. Определить сталь по качеству (обыкновенного качества, качественная, высококачественная или особовысококачественная).

4. Расшифровать шифр марки стали (что обозначают буквы и цифры).

Примеры расшифровки:

4Х2В5ФМ - 1. Легированная; 2. Инструментальная; 3. Качественная; 4. 4 – С = 0,4 %; Х2 – Cr = 2 %; В5 – W = 5%; Ф – V до 1,0 % ; М – Мо до 1,0 %; остальное – Fe.

50ХФА - 1. Легированная; 2. Конструкционная; 3. Высококачественная; 4. 50 – С=0,50 %; Х – Cr в среднем 1,0 %; Ф – V до 1,0 %; А – высококачественная; остальное – Fe.

30ХГС-Ш – 1. Легированная; 2. Конструкционная. 3. Особовысококачественная; 4. 30 – С = 0,3 %; в среднем 1,0 % хрома, марганца и кремния каждого; остальное – Fe.

Р6М5 - 1.Легированная; 2. Инструментальная; 3. Качественная; 4. С до 1 %; Р – быстрорежущая; W = 6%; М – Мо = 5 %; остальное – Fe.

Сталь 45 - 1. Углеродистая; 2. Конструкционная; 3. Качественная; 4. 45 - С = 0,45 %; остальное – Fe.

60Г - 1. Углеродистая; 2. Конструкционная; 3. Качественная; 4. С = 0,60 %; Г – содержание Мn в среднем 1,0 %; остальное – Fe.

А40Г- 1. Углеродистая; 2. Конструкционная; 3. Качественная; 4. А – автоматная; 40 - С = 0,40 %; Г –содержание Мn в среднем 1,0 %; остальное – Fe.

ВСт3Гпс - 1. Углеродистая; 2. Конструкционная; 3. Обыкновенного качества; 4. В – группа стали (с гарантированными механическими свойствами и химическим составом); Ст – сталь; 3 – условный номер марки; Г – повышенное содержание Мn; пс – полуспокойная; остальное – Fe.

20Х13 - 1. Легированная; 2. Специальная; 3. Качественная; 4. 20 – С = 0,20 %; Х13 – Cr = 13 %; остальное – Fe.

Классификация чугунов

Чугуны классифицируют по следующим признакам:

Степень графитизации.

Графитизациячугуна — выделение углерода в структурно-свободном виде, сопровождающееся частичным или полным разложением цементита Fe₃C.

Углерод в чугуне может находится в связанном состоянии в виде карбида, называемого цементитом (Fe₃C), а также в частично или полностью свободном состоянии в виде графита. Состояние углерода в чугуне определяет его прочностные свойства.

В зависимости от состояния углерода в чугуне различают:

• серый чугун - углерод находится в частично или полностью свободном состоянии в виде графитовых включений
• белый чугун – весь углерод находится в виде цементита Fe₃C;

Форма графитовых включений.

Графитовые включения в чугунах имеют следующую форму:

• пластинчатый графит (рис.1, а);
• хлопьевидный графит (рис.1, б);
• шаровидный (глобулярный) графит (рис.1, в);
• вермикулярный графит (рис.1, г)

Графитовые включения являются концентраторами напряжений. Форма графитовых включений определяет прочность чугуна. Чем острее концентратор напряжений, тем при меньших нагрузках происходит разрушение изделия. Пластины графита обладают острыми краями по сравнению с другими формами графитовых включений. В связи с этим, наименьшей прочностью обладают чугуны с пластинчатой формой графитовых включений, а наибольшей – с шаровидной (глобулярной). Чугуны с хлопьевидным и вермикулярным графитом занимают промежуточное положение.

Рис. 1 Форма графитовых включений

а–пластинчатый графит;б- хлопьевидный графит; в- шаровидный (глобулярный) графит; г- вермикулярный графит

В зависимости от формы графитовых включений различают:

• серые чугуны - чугуны с пластинчатым графитом;
• высокопрочные чугуны - чугуны с шаровидным (глобулярным) графитом;
• чугуны с вермикулярным графитом;
• ковкие чугуны - чугуны с хлопьевидным графитом.

4. Структуре металлической матрицы и форма графитовых включений (рис. 2).

Рис. 2. Схемы микроструктур чугуна: а – серый чугун на ферритной основе; б – чугун с вермикулярным графитом на ферритной основе; в – серый феррито-перлитный чугун; г – серый чугун на перлитной основе; д – высокопрочный феррито-перлитный чугун; е –высокопрочный перлитный чугун; ж – ковкий чугун на ферритной основе.

Химический состав

По химическому составу чугуны подразделяются на нелегированные (чугуны общего назначения) и легированные (чугуны со специальными свойствами).

Нелегированный чугун (серый, высокопрочный, с вермикулярным графитом, белый, ковкий) содержит железо, углерод и примеси - кремний, марганец, серу и фосфор, концентрация которых не превышающие их примесное содержание.

Легированный чугун (износостойкий, жаростойкий, жаропрочный, антифрикционный)

имеет более сложный химический состав: в качестве легирующих элементов используются никель, хром, молибден, медь и другие элементы, а также кремний и марганец в количестве, превышающем их примесное содержание.

МАРКИРОВКА ЧУГУНОВ

I. Нелегированные чугуны.

1. Серый чугун.

Серый чугун получают в домне из руды. Структура серого чугуна формируется при низких скоростях охлаждения. В серых чугунах углерод в значительной степени или полностью находится в свободном состоянии в форме пластинчатого графита. Из-за этого излом имеет серый цвет.

Маркировка. Маркируется серый чугун буквами СЧ и цифрами, которые обозначают предел прочности при растяжении (σ в). Например, марка СЧ18 означает, что чугун этой марки имеет σ в=180 МПа (18 кгс/мм²).

Область применения : серый чугун обладает высокой способностью рассеивать вибрационные колебания при переменных нагрузках ( высокая циклическая вязкость), поэтому из серого чугуна изготавливают станины станков , прокатных станков , шкивы, маховики, корпуса механических редукторов, блоки и гильзы автомобильных и тракторных двигателей, поршневые кольца, корпуса и др.

Высокопрочный чугун

В высокопрочном чугуне графитовые включения имеют шаровидную форму. Это достигается модифицированием* серого чугуна магнием до 0,08 % от массы чугуна. Шаровидная форма графита не создает резкой концентрации напряжений, поэтому чугун имеет высокую прочность при растяжении и изгибе.

Маркировка. Маркируется высокопрочный чугун буквами ВЧ и цифрами, которые обозначают предел прочности при растяжении (σ в). Например, марка ВЧ42 означает, что чугун данной марки имеет σв =420 МПа (42 кгс/мм²).

Область применения : высокопрочные чугуны по своим механическим свойствам приближаются к стали. Из них изготавливают детали ответственного назначения: коленчатые валы двигателей автомобилей и тракторов, шестерни и звездочки, детали турбин, изложницы и т.д.

^*Модифицирование чугуна - введение в расплав чугуна в небольших количествах специальных добавок - модификаторов, которые способствуют измельчению пластин графита или получению графита соответствующей формы. В результате модифицирования механические свойства чугуна улучшаются: возрастает прочность, пластичность и вязкость.

3. Чугуны с вермикулярным графитом

Эти чугуны содержат в структуре графит вермикулярной формы и не более 40 % шаровидного графита. Чугуны с вермикулярным графитом получают из серого чугуна в результате его модифицирования магнием (Mg от 0,02 до 0,08 % от массы чугуна) и церием (Се от 0,02 до 0,07 % от массы чугуна)

Маркировка. Маркируется чугун с вермикулярным графитом буквами ЧВГ и цифрами, которые обозначают предел прочности при растяжении (σ в). Например, марка ЧВГ30 означает, что чугун этой марки имеет σ в=300 МПа (30 кгс/мм²).

Литейные свойства: высокая жидкотекучесть и малая усадка (0,6…1,75%)

Область применения: чугуны с вермикулярным графитом по механическим свойствам занимают промежуточное положение между серым и высокопрочным чугунами. Кроме того, чугуны с вермикулярным графитом отличаются хорошей теплопроводностью, что обеспечивает их стойкость к резким перепадам температур. Из этих чугунов изготавливают детали, работающие в условиях износа и переменных температур.

Белый чугун

Белый чугун получают в домне из руды. Структура белого чугуна формируется при высоких скоростях охлаждения. Углерод в белом чугуне присутствует в виде цементита Fe₃C, который обладает высокой твердостью. Белый чугун не поддается механической обработке. Белый чугун переделывают на ковкий или подвергают легированию для получения износостойкого чугуна..

Ковкий чугун

Ковкий чугун нельзя ковать. Название говорит о том, что пластичность ковкого чугуна выше, чем белого. Ковкий чугун имеет хлопьевидную форму графитовых включений. Его получают из белого чугуна в результате специальной термообработки (графитизирующего отжига). Для получения ковкого чугуна необходимо белый чугун нагреть до 950...1000°С и затем, после длительной выдержки при этой температуре (от 17 до 80 часов), охладить с малой скоростью до нормальной температуры. Изолированная хлопьевидная форма графита придает чугуну повышенную прочность и пластичность (хотя он и не поддается ковке).

Маркировка. Маркируется ковкий чугун буквами КЧ и цифрами, которые обозначают предел прочности при растяжении (σ в). Например, марка КЧ35 означает, что чугун имеет σв = 350 Мпа (35 кгс/мм²).

Область применения : по механическим свойствам ковкий чугун занимает промежуточное положение между серым чугуном и сталью. Из ковкого чугуна изготавливают литые детали, работающие с небольшими ударными нагрузками (рычаги, педали), а также трубопроводную арматуру, качество которой лучше, чем из серого чугуна, но хуже, чем из стали.

I I . Легированные чугуны.

Легированные чугуны получаются при введении в состав чугунов легирующих элементов (Cr, Si, Al, Ni, Mn и др.) Легирование производится для получения каких либо особых свойств. Из легированных чугунов можно выделить следующие группы:

--износостойкие чугуны;

--жаростойкие чугуны;

-жаропрочные чугуны;

-антифрикционные чугуны.

Легированные чугуны маркируются по типу сталей: первые буквы означают вид чугуна: ИЧ – износостойкий чугун; ЖЧ – жаростойкий чугун, Ч – жаропрочный чугун; АЧ – антифрикционный чугун. Следующие буквы обозначают наличие легирующих элементов (обозначение легирующих элементов такое же, как при маркировке сталей). Цифры после букв указывают примерное содержание легирующего элемента в процентах. Если цифры нет, то содержание легирующего элемента соответствует в среднем 1 %. Например,

Износостойкий чугун.

Износостойкость– свойство материала оказывать сопротивление изнашиванию в определённых условиях трения.

Для обеспечения износостойкости в состав белого чугуна вводятся дополнительные легирующие элементы - Cr, Ni, Ti, W, Mo.

Маркировка. Маркируется износостойкий чугун буквами «ИЧ» (износостойкий чугун). Последующие буквы обозначают легирующие элементы, а цифры - их содержание в %, например: ИЧХ12Г5 - износостойкий чугун с содержание хрома примерно 12% и марганца примерно 5%.

Область применения. Износостойкие чугуны хорошо противостоят абразивному износу, поэтому из них изготавливают тормоза, диски сцепления, детали насосов, перекачивающих абразивные среды, детали пескометов и т.д.

Жаростойкий чугун.

Жаростойкость– это способность материала сопротивляться окислению в газовой среде при высокой температуре.

Жаростойкость обеспечивается легированием белого или серого чугуна алюминием, кремнием, хромом. Сопротивление окислению чугуна обусловлено наличием на поверхности плотных защитных окисных пленок (окислы Al , Si , Cr) , которые предохраняют металл от последующего окисления при высоких температурах.

Маркировка. Маркируется жаростойкий чугунбуквми «ЖЧ» (жаропрочный чугун). Последующие буквы обозначают легирующие элементы, а цифры - их содержание в %, например, ЖЧЮ7Х2 - жаростойкий чугун, содержание Al –7 %; содержание Cr –2 %.

Область применения. Жаростойкие чугуны используются для изготовления деталей работающих в газовой, воздушной, щелочной средах при температурах 500-1100°С. Их применяют для изготовления элементов конструкций доменных, термических и мартеновских печей

Жаропрочный чугун.

Жаропрочность– это способность материала сохранять свои свойства при высоких температурах.

Жаропрочность обеспечивается легированием белого или серого чугуна никелем, хромом, медью, молибденом. Жаропрочные материалы всегда являются жаростойким, обратное же утверждение верно далеко не всегда.

Маркировка. Маркируется жаропрочный чугунбуквой «Ч». Последующие буквы обозначают легирующие элементы, а цифры - их содержание в %, например:

- ЧН15Д7 – чугун жаропрочный с содержанием Ni – 15%; Cu – 7%;

- ЧН11Г7Ш – чугун жаропрочный с содержанием Ni – 11%; Мп – 7%; буква Ш обозначает, что чугун имеет шаровидный графит.

Область применения. Жаропрочные чугуны применяются в газовых печах, для изготовления деталей дизельных двигателей компрессорного оборудования, для бань и саун.

В качестве жаропрочных чугунов используют чугуны с шаровидным графитом ЧН19Х3Ш и ЧН11Г7Ш ().

Антифрикционные чугуны.

Антифрикционность – способность материала прирабатываться к другому материалу.

Антифрикционный чугун — это любой серый, ковкий или высокопрочный чугун, имеющий перлитную и даже перлитно-ферритную структуру, если количество перлита не менее 85%. Кроме того, имеется специальный антифрикционный чугун (низколегированный чугун). Антифрикционные чугуны легируются хромом, никелем, титаном и медью, что позволяет получить мелкодисперсную перлитно-ферритную структуру. Наиболее важными свойствами антифрикционного чугуна являются высокая износостойкость и низкая стоимость. Главный недостаток – пониженная по сравнению с бронзой прирабатываемость.

Маркировка. Антифрикционные чугуны изготавливаются на основе серых, ковких и высокопрочных чугунов.Маркируется антифрикционный чугун буквами АЧС, АЧВ, АЧК, что означает антифрикционный чугун серый, антифрикционный чугун высокопрочный или антифрикционный чугун ковкий. Далее следует цифра, обозначающая номер сплава, например, АЧС-1 - антифрикционный чугун серый, номер сплава – 1.

Область применения. Антифрикционные чугуны предназначены для работы в узлах трения. Из них изготавливаются цилиндры, поршни, станины, зубчатые колеса, втулки, вкладыши подшипников и т.д.

Антифрикционный чугун может работать как заменитель цветных сплавов в подшипниковых узлах. Однако для удовлетворительной работы требуется: а) чистая механическая обработка и точное сопряжение трущихся поверхностей деталей; б) непрерывная и хорошая смазка; в) повышенные против обычных на 15—30% зазоры; г) приработка на холостом ходу и постепенное повышение рабочих нагрузок. При ударной нагрузке антифрикционный чугун работает хуже.

Медь и её сплавы.

Технически чистая медь обладает высокими пластичностью и коррозийной стойкостью, малым удельным электросопротивлением и высокой теплопроводностью. По чистоте (процентному содержанию меди и серебра) медь подразделяют на марки:

Марка	МВЧ	MOO	МО	Ml	М2	МЗ
Содержание Cu+Ag, не менее %	99,993	99,99	99,95	99,9	99,7	99,5

Медь хорошо обрабатывается давлением, удовлетворительно - резанием.

Область применения чистой меди:

- электротехническая промышленность (электрические провода);

- высокая теплопроводность меди позволяет применять её в различных теплоотводных устройствах, теплообменниках, к числу которых относятся и широко известные радиаторы охлаждения, кондиционирования и отопления;

- медные трубы применяются для транспортировки жидкостей и газов: во внутренних системах водоснабжения, отопления, газоснабжения, системах кондиционирования и холодильных агрегатах.

Медные сплавы разделяются на латуни и бронзы.

Латуни - сплавы меди с цинком (до 50% Zn) и небольшими добавками алюминия, кремния, свинца, никеля, марганца. По сравнению с чистой медью латуни обладают более высокой прочностью и коррозионной стойкостью. Все латуни, за исключением свинцовосодержащих, легко поддаются обработке в холодном и горячем состоянии.

Бронзы - это сплавы меди с оловом (4 - 33% Sn), свинцом (до 30% Pb), алюминием (5-11% Al), кремнием (4-5% Si), сурьмой и фосфором. Если в состав бронзы входит олово, бронзы называются оловянными бронзами. Если бронза не содержит олова, бронзы называются безоловянными. По сравнению с латунью бронзы обладают более высокой прочностью, коррозионной стойкостью и антифрикционными свойствами. Большинство бронз (за исключением алюминиевых) хорошо поддаются сварке и пайке.

Медные сплавы разделяют на деформируемые и литейные. Сплавы, предназначенные для изготовления заготовок и деталей методами литья, называют литейными, а сплавы, применяемые для изготовления заготовок и деталей обработкой давлением - деформируемыми.

Медные сплавы обозначают начальными буквами их названия (Бр или Л), после чего следуют первые буквы названий основных элементов, образующих сплав, и цифры, указывающие количество элемента в процентах. Приняты следующие обозначения компонентов сплавов:

А – алюминий Мц - марганец С - свинец Б - бериллий

Мг – магний Ср – серебро Ж - железо Мш - мышьяк

Су – сурьма К – кремний Н – никель Т – титан

Кд – кадмий О – олово Ф – фосфор Х – хром

Ц - цинк

Например:

- БрА9Мц2Л - бронза, содержащая 9% алюминия, 2% Mn, остальное Cu ("Л"' указывает, что сплав литейный);

- ЛЦ40Мц3Ж - латунь, содержащая 40% Zn, 3% Mn, ~l% Fe, остальное Cu;

- Бр0Ф8,0-0,3 – бронза, содержащая 8% олова, 0,3% фосфора, остальное Cu;

- ЛАМш77-2-0,05 - латунь содержащая 77% Cu, 2% Al, 0,055 мышьяка, остальное Zn (в обозначении латуни, предназначенной для обработки давлением, первое число указывает на содержание меди).

В простых по химическому составу латунях указывают только содержание в сплаве меди (остальное до 100% Zn), например:

- Л96 - латунь содержащая 96% Cu и ~4% Zn (томпак);

- Лб3 - латунь содержащая 63% Cu и -37% Zn.

Основные отличия между латунью и бронзой:

- бронза получается при сплавлении меди с оловом, а латунь — меди с цинком;

- бронза может контактировать с морской водой, а латуни для этого нужно дополнительное легирование;

- бронза более прочная и износостойкая;

- бронза отличается темно-коричневым цветом и крупнозернистостью, тогда как латунь желтая и мелкозернистая.

Медные сплавы обладают хорошими антикоррозионными и антифрикционными свойствами.

Основные области применения латуни:

- антифрикционные детали;

- коррозионностойкие детали, применяемые в судостроении и машиностроении;

- подшипники и втулки.

Основные области применения бронзы:

- детали нефтяной, химической аппаратуры и криогенной техники;

- антифрикционные детали, вкладыши подшипников;

- электроды контактной точечной и шовной сварки

- детали высокой электропроводности и жаропрочности;

- детали, работающие в среде соляной кислоты и сероводорода при температуре 30-90°С; - - арматура для работы в пресной воде, жидком топливе, паре, морской воде.

Медно-никелевые сплавы выделяются в особую группу. Эти сплавы разделяют на:

- конструкционные: мельхиор МНЖМц 30-1-1 и МН19, нейзильбер 20 МНЦ 15-20 (посуда и украшения);

- электротехнические: константан МНМц 40-45 (нагревательные элементы), копель МНЦ 43-05 (производство элект