Стали конструкционные рессорно-пружинные

14ХН4А, 38Х2Н5М, 20ХН3А. Общее требование, предъявляемое к рессорно-пружинным сталям, — обеспечение высокого сопротивления малым пластическим деформациям (предел упругости) и релаксационной стойкости (сопротивление релаксации напряжений). Эти характеристики обеспечивают точность и надёжность работы пружин и постоянство во времени таких эксплуатационных свойств, как крутящий момент, силовые параметры. Пружинные стали в виде проволоки и ленты упрочняют холодной пластической деформацией и закалкой на мартенсит с последующим отпуском. Готовые пружины подвергают стабилизирующему отпуску.

№ 3. Инструментальные (углеродистые и легированные) стали. Их маркировка и область применения.

Инструментальная углеродистая сталь – сталь с содержанием углерода от 0,7 % и выше. Эта сталь отличается высокой твёрдостью и прочностью (после окончательной термообработки) и применяется для изготовления инструмента. Инструментальная углеродистая сталь делится на качественную и высококачественную. Содержание серы и фосфора в качественной инструментальной стали – 0,03 % и 0,035 %, в высококачественной — 0,02 % и 0,03 % соответственно.

Выпускается по ГОСТ 1435-99 следующих марок: У7; У8; У8Г; У9; У10; У11; У12; У7А; У8А; У8ГА; У9А; У10А; У11А; У12А. Стандарт распространяется на углеродистую инструментальную горячекатаную, кованую, калиброванную сталь, серебрянку.

К группе качественных сталей относятся марки стали без буквы А (в конце маркировки), к группе высококачественных сталей, более чистых по содержанию серы и фосфора, а также примесей других элементов – марки стали с буквой А. Буквы и цифры в обозначении этих марок стали означают: У – углеродистая, следующая за ней цифра – среднее содержание углерода в десятых долях процента, Г – повышенное содержание марганца.

Достоинство углеродистых инструментальных сталей состоит в основном в их малой стоимости и достаточно высокой твёрдости по сравнению с другими инструментальными материалами. К недостаткам следует отнести малую износостойкость и низкую теплостойкость.

Инструментальные стали разделяют на углеродистые, легированные и быстрорежущие.

Углеродистые инструментальные стали применяют для изготовления инструмента, работающего при малых скоростях резания. Из углеродистой стали марок У9 и У10А изготовляют ножи, ножницы, пилы, из У11, У11А, У12 — слесарные метчики, напильники и др. Буква У в марке стали обозначает углеродистая, цифра —содержание в стали углерода в десятых долях процента, буква А — марка углеродистой стали высококачественная, так как содержит серы и фосфора не более 0,03% каждого элемента.

Легированные инструментальные стали бывают хромистые— марки X, хромистокремнистые — 9ХС, вольфрамовые — В1 и хромовольфрамомарганцовистые — ХВГ и других марок.

Из стали марки X изготовляют метчики, плашки, из стали 9ХС — сверла, развертки, метчики и плашки. Сталь В1 рекомендуется для изготовления мелких сверл, метчиков, разверток, сталь ХВГ — для изготовления длинных метчиков и разверток.

Быстрорежущие (высоколегированные) стали применяют для изготовления различных инструментов, но чаще сверл, зенкеров, метчиков.

Изготовленные из быстрорежущей стали инструменты могут работать при более высоких скоростях резания, чем инструменты из углеродистой и легированной инструментальных сталей. Важнейшими компонентами быстрорежущих сталей являются вольфрам, хром и ванадий. Наиболее распространены быстрорежущие стали Р9 (~9% вольфрама) и Р6М5, которая приходит на смену Р18.

Все инструменты, изготовленные из инструментальных сталей, подвергают термической обработке.

№ 4. Цветные металлы и сплавы на их основе. Маркировка и область применения медных, алюминиевых и титановых сплавов.

Цветные металлы — техническое название всех металлов и их сплавов (кроме железа и его сплавов, называемых черными металлами). Ценные свойства цветных металлов обусловили их широкое применение в различных отраслях современного производства. Медь, алюминий, цинк, магний, титан и другие металлы и их сплавы являются незаменимыми материалами для приборостроительной и электротехнической промышленности, самолетостроения и радиоэлектроники, ядерной и космической отраслей техники. Цветные металлы обладают рядом ценных свойств: высокой теплопроводностью, очень малой плотностью (алюминий и магний), очень низкой температурой плавления (олово, свинец), высокой коррозионной стойкостью (титан, алюминий). В различных отраслях промышленности широко применяются сплавы алюминия с другими легирующими элементами.

Медьотносится к числу металлов, известных с глубокой древности. Раннему знакомству человека с медью способствовало то, что она встречается в природе в свободном состоянии в виде самородков, которые иногда достигают значительных размеров. В настоящее время медь широко используется в электромашиностроении, при строительстве линий электропередач, для изготовления оборудования телеграфной и телефонной связи, радио- и телевизионной аппаратуры. Из меди изготовляют провода, кабели, шины и другие токопроводящие изделия. Медь обладает высокой электропроводностью и теплопроводностью, прочностью вязкостью и коррозионной стойкостью.

Обладая замечательными свойствами, медь в то же время как конструкционный материал не удовлетворяет требованиям машиностроения, поэтому ее легируют, т. е. вводят в сплавы такие металлы, как цинк, олово, алюминий, никель и другие, за счет чего улучшаются ее механические и технологические свойства. В чистом виде медь применяется ограниченно, более широко – ее сплавы. По химическому составу медные сплавы подразделяют на латуни, бронзы и медноникелевые, по технологическому назначению – на деформируемые, используемые для производства полуфабрикатов (проволоки, листа, полос, профиля), и литейные, применяемые для литья деталей.

Латуни – сплавы меди с цинком и другими компонентами. Латуни, содержащие, кроме цинка, другие легирующие элементы, называются сложными, или специальными, и именуются по вводимым, кроме цинка, легирующим компонентам. Например: томпак Л90 – это латунь, содержащая 90 % меди, остальное – цинк; латунь алюминиевая ЛА77–2 – 77 % меди, 2 % алюминия, остальное – цинк и т. д. По сравнению с медью латуни обладают большой прочностью, коррозионной стойкостью и упругостью. Они обрабатываются литьем, давлением и резанием. Из них изготовляют полуфабрикаты (листы, ленты, полосы, трубы конденсаторов и теплообменников, проволоку, штамповки, запорную арматуру – краны, вентили, медали и значки, художественные изделия, музыкальные инструменты, сильфоны, подшипники).

Бронзы– сплавы на основе меди, в которых в качестве добавок используются олово, алюминий, бериллий, кремний, свинец, хром и другие элементы. Бронзы подразделяются на безоловянные (БрА9Мц2Л и др.), оловянные (БрО3ц12С5 и др.), алюминиевые (БрА5, БрА7 и др.), кремниевые (БрКН1–3, БрКМц3–1), марганцевые (БрМц5), бериллиевые бронзы (БрБ2, БрБНТ1,7 и др.). Бронзы используются для производства запорной арматуры (краны, вентили), различных деталей, работающих в воде, масле, паре, слабоагрессивных средах, морской воде.

Алюминий по распространенности в природе занимает третье место после кислорода и кремния и первое место среди металлов. По использованию в технике он занимает второе место после железа. В свободном виде алюминий не встречается, его получают из минералов – бокситов, нефелинов и алунитов, при этом сначала производят глинозем, а затем из глинозема путем электролиза получают алюминий.

Алюминий хорошо сваривается, однако трудно обрабатывается резанием, имеет большую линейную усадку – 1,8 % В чистом виде алюминий применяется редко, в основном широко используются его сплавы с медью, магнием, кремнием, железом и т. д. Алюминий и его сплавы необходимы для авиа—и машиностроения, линий электропередач, подвижного состава метро и железных дорог.

Алюминиевые сплавы подразделяются на литейные и деформируемые. Литейные сплавы алюминия выпускаются в чушках – рафинированные и нерафинированные.

Сплавы, в обозначении марок которых имеется буква «П», предназначены для изготовления пищевой посуды. Механические свойства сплавов зависят от их химического состава и способов получения. Химический состав основных компонентов, входящих в сплав, можно определить по марке. Например, сплав АК12 содержит 12 % кремния, остальное – алюминий; АК7М2П – 7 % кремния, 2 % меди, остальное – алюминий. Наиболее широко применяется в различных отраслях промышленности сплав алюминия с кремнием – силумин, который изготовляется четырех марок – СИЛ–00, СИЛ–0, СИЛ–1 и СИЛ–2. Кроме алюминия (основа) и кремния (10–13 %), в этот сплав входят: железо – 0,2–0,7 %, марганец – 0,05—0,5 %, кальций – 0,7–0,2 %, титан – 0,05—0,2 %, медь – 0,03 % и цинк – 0,08 %. Из силуминов изготовляют различные детали для автомобилей, тракторов, пассажирских вагонов. Алюминиевые деформируемые сплавы в чушках, предназначенные для обработки давлением и для подшиктовки при получении других алюминиевых сплавов, нормируются определенными стандартами. Сплавы для обработки давлением состоят из алюминия (основа), легирующих элементов (медь – 5 %, магний – 0,1–2,8 %, марганец – 0,1–0,7 %, кремний – 0,8–2,2 %, цинк – 2–6,5 % и небольшого количества других примесей). Марки этих сплавов: ВД1, АВД1, АВД1–1, АКМ, из алюминиевых сплавов изготавливают полуфабрикаты – листы, ленты, полосы, плиты, слитки, слябы.

Кроме того, цветная металлургия производит алюминиевые антифрикционные сплавы, применяемые для изготовления монометаллических и биметаллических подшипников методом литья. В зависимости от химического состава стандартом предусмотрены следующие марки этих сплавов: АО3–7, АО9–2, АО6–1, АО9–1, АО20–1, АМСТ. Стандартом также определены условия работы изделий, изготовленных из этих сплавов: нагрузка от 19,5 до 39,2 МН/м2 (200–400 кгс/см 2), температура от 100 до 120 °C, твердость – от 200 до 320 НВ.

Титан– металл серебристо-белого цвета. Это один из наиболее распространенных в природе элементов.

Благодаря своим замечательным свойствам титан и его сплавы нашли широкое применение в авиа-, ракето—и судостроении. Из титана и его сплавов изготовляют полуфабрикаты: листы, трубы, прутки и проволоку. Основными промышленными материалами для получения титана являются ильменит, рутил, перовскит и сфен (титанит). Технология получения титана сложна, трудоемка и длительна: сначала вырабатывают титановую губку, а затем путем переплавки в вакуумных печах из нее производят ковкий титан.

Губчатый титан, получаемый магнийтермическим способом, служит исходным материалом для производства титановых сплавов и других целей. В зависимости от химического состава и механических свойств стандартом установлены следующие марки губчатого титана: ТГ–90, ТГ–100, ТГ–110, ТГ–120, ТГ–130. В обозначении марок буквы «ТГ» означают – титан губчатый, «Тв» – твердый, цифры означают твердость по Бринеллю. В губчатый титан входят примеси: железо – до 0,2 %, кремний – до 0,04 %, никель – до 0,05 %, углерод – до 0,05 %, хлор – до 0,12 %, азот – до 0,04 %, кислород – до 0,1 %. Для изготовления различных полуфабрикатов (листы, трубы, прутки, проволока) предназначены титан и титановые сплавы, обрабатываемые давлением. В зависимости от химического состава стандарт предусматривает следующие их марки: ВТ1–00, ВТ1–0, ОТ4–0, ОТ4–1, ОТ4, ВТ5, ВТ5–1, ВТ6, ВТ20, ВТ22, ПТ–7М, ПТ–7В, ПТ–1 м. Основные компоненты: алюминий – 0,2–0,7 %, марганец – 0,2–2 %, молибден – 0,5–5,5 %, ванадий – 0,8–5,5 %, цирконий – 0,8–3 %, хром – 0,5–2,3 %, олово – 2–3 %, кремний – 0,15—0,40 %, железо – 0,2–1,5 %. Железо, кремний и цирконий в зависимости от марки сплава могут быть основными компонентами или примесями.

№ 5. Древесина, её строение и физико-механические свойства. Пороки древесины. Виды древесных материалов и их применение.

Основными характеристиками физико-механических свойств древесины являются объемный вес, влажность, теплопроводность, сопротивляемость химическим и атмосферным воздействиям (физические свойства), а также сопротивляемость дерева действию внешних сил (механические свойства).

Удельный вес твердого вещества, из которого состоят стенки клеточек древесины, приблизительно одинаков для всех пород и равен примерно 1,53.

Объемный вес древесины находится в зависимости от ее плотности и влажности. Под влажностью понимается отношение веса содержащейся в древесине влаги к весу этой древесины в абсолютно сухом состоянии в процентах. По степени влажности в строительном деле различают: воздушно-сухой лес (15—20 % влажности), комнатно-сухой (8—10 %), мокрый (длительное время находившийся в воде) и свежесрубленный (35 % и выше).

Теплопроводность дерева зависит от плотности (объемного веса), влажности, направления волокон и температуры. Коэффициент теплопроводности вдоль волокон примерно в 1, 75 раза больше, чем поперек волокон. Теплопроводность сосны поперек волокон в наружных стенках составляет около 0,15.

Дерево стойко сопротивляется химическим воздействиям сернистых газов, паров, кислот и т. п. и поэтому является незаменимым материалом для покрытий зданий в химической промышленности и для покрытий паровозных депо.

Вследствие различного возраста клеток, различной плотности и волокнистого строения древесины механические свойства ее весьма различны не только для различных пород дерем, но даже в пределах одного ствола.

Механические свойства древесины в разных направлениях совершенно различны, поэтому всякое изменение направления волокон и все неправильности в их расположении неизбежно отражаются на ее прочности.

с. 55 Прочность древесины зависит также от возраста и плотности клеток, что связано с их положением в стволе, которое они занимают. Наиболее прочными являются обычно клетки нижней части ствола. Прочность изменяется также по поперечному сечению ствола; так, у сосны сопротивление сжатию вдоль волокон увеличивается от сердцевины к заболони. Наиболее слабой по качеству является центральная часть ствола, включающая сердцевину.

На прочность древесины влияют также ее плотность и объемный вес. С увеличением плотности увеличивается и объемный вес, а с ним возрастает и прочность.

Влажность дерева имеет большое значение для прочности дерева. С повышением влажности до точки насыщения волокон (примерно до 30 %) механическая прочность древесины уменьшается, а с увеличением влажности от 30 % и выше — почти не изменяется.

Древесина не изменяет размеров при высыхании от самого влажного состояния до точки насыщения волокон. При дальнейшем понижении влажности древесина начинает давать усушку, т. е. уменьшаться в размерах. Усушка вызывается уменьшением толщины стенок клеток, поэтому древесина с толстыми стенками клеток усыхает сильнее, чем с тонкими, т. е. плотные породы больше усыхают, чем рыхлые.

Пороки разделяются на девять основных групп:

1 - сучки; 2 - трещины; 3 - пороки формы ствола; 4 - пороки строения древесины; 5 - химические окраски; 6 - грибные поражения; 7 - биологические повреждения; 8 - инородные включения, механические повреждения и пороки обработки; 9 - покоробленности.

Наиболее распространённый порок — сучки. Они представляют собой части (основания) ветвей, заключённые в древесине сортимента.

Трещины — это продольные разрывы древесины, которые образуются под действием внутренних напряжений, достигающих предела прочности древесины на растяжение поперёк волокон.

Пороки формы ствола

Сбежистость. Для всех стволов деревьев характерно постепенное уменьшение диаметра в направлении от комля к вершине (сбег). Если на каждый метр высоты ствола (длины сортимента) диаметр уменьшается более чем на 1 см, то такое явление считается пороком — сбежистостью.

Закомелистость. Это такой случай сбежистости, когда наблюдается резкое увеличение диаметра в нижней части ствола.

Овальность. Так называется эллипсовидность формы торца круглых лесоматериалов, при которой наибольший диаметр не менее чем в 1,5 раза превышает меньший.

Наросты. Так называют местные утолщения ствола. Они могут быть с гладкой или бугристой окоренной поверхностью и спящими почками (капы).

Кривизна. Искривление ствола по длине встречается у всех древесных пород. Вследствие потери верхушечного побега и замены его боковой ветвью, из-за наклона дерева в сторону лучшего освещения, при росте на горных склонах и по другим причинам ствол дерева может оказаться искривлённым.

Пороки строения древесины

Наклон волокон. Отклонение волокон от продольной оси сортимента (раньше этот порок назывался косослоем) встречается у всех пород.

Свилеватость. Так называется извилистое и беспорядочное расположение волокон, которое встречается чаще всего у лиственных пород.

Завиток. Это местное искривление годичных слоёв у сучков и проростей. На боковых поверхностях пилопродукции и в шпоне заметны скобообразные, изогнутые или замкнутые концентрические контуры искривлённых годичных слоёв.

Реактивная древесина. В наклонённых и изогнутых стволах и ветвях образуется особая древесина, получившая в мировой ботанической литературе название реактивной. Этот порок возникает под действием силы тяжести, вызывающей перераспределение веществ, стимулирующих или подавляющих ростовые процессы, ветровой нагрузки, напряжений роста, осмотического давления и других факторов.

Крень. Этот порок строения древесины хвойных пород выражается в кажущемся увеличении ширины поздней зоны годичных слоёв. Креневая древесина лишь по цвету напоминает позднюю. Крень образуется преимущественно в сжатой зоне изогнутых или наклонённых стволов, т.е. на нижней, обращённой к земле стороне.

Тяговая древесина. Этот порок строения древесины лиственных пород по происхождению родственен крени, но в отличие от крени он образуется в верхней (растянутой) зоне искривлённых или наклонённых стволов и ветвей некоторых пород (бук, тополь и др.).

Ложное ядро. Так называется тёмноокрашенная внутренняя зона древесины лиственных пород (берёзы, бука, ольхи, осины, клёна, граба, липы и др.). Граница ложного ядра обычно не совпадает с годичными кольцами. От заболони оно отделено чаще тёмной, реже светлой (например, у берёзы) каймой.

Внутренняя заболонь. В древесине у дуба, ясеня (иногда и у других лиственных пород) в зоне ядра могут образовываться несколько смежных годичных слоёв, похожих на заболонь по цвету и другим свойствам.

Пятнистость. В древесине растущих деревьев лиственных пород вследствие раневой реакции, воздействия химических факторов, грибов и насекомых образуются сравнительно небольшие по размеру тёмноокрашенные участки древесины (по цвету напоминающие ядро и сердцевину).

Сердцевина. В круглых сортиментах присутствие сердцевины неизбежно, поэтому в них она пороком не считается. В пилопродукции измеряют глубину залегания сердцевины, считая от ближайшей пласти или кромки.

Пасынок представляет собой отставшую в росте или отмершую вторую вершину ствола, которая пронизывает сортимент под острым углом к его продольной оси на значительном протяжении.