Конструкционные стали и сплавы

СОДЕРЖАНИЕ

 

ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………..…….3

1 КОНСТРУКЦИОННЫЕ СТАЛИ И СПЛАВЫ…………………………....................................................................4

1.1 Углеродистые конструкционные стали…………….……………..……4 1.2Легированные конструкционные стали………….……………………...6 Арматурные стали. ……………………………………………….....……….6

1.4 Конструкционные (машиностроительные) улучшаемые легированные стали………………………………………………...…………………….…...7

1.5 Стали с повышенной обрабатываемостью резанием….……………….8

1.6 Рессорно-пружинные стали общего назначения……………………….9

1.7 Шарикоподшипниковые стали………………..……….………………...9

1.8 Износостойкие стали………………………………….………..………...10

1.9 Коррозионно-стойкие и жаростойкие стали и сплавы……..…………10

1.10 Жаропрочные стали и сплавы…………………………..……………...12

2 ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ СТАЛИ И ТВЕРДЫЕ СПЛАВЫ…………….13

2.1 Стали для режущего инструмента……………………….……….……..13

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Цель реферата:

- изучить виды машиностроительных материалов.

         Для достижения данной цели  поставлены следующие основные  задачи:

- изучить их состав, строение и свойства материалов;

- изучить области применения  машиностроительных материалов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 КОНСТРУКЦИОННЫЕ  СТАЛИ И СПЛАВЫ

 

Конструкционными называются стали, предназначенные для изготовления деталей машин (машиностроительные стали), конструкций и сооружений (строительные стали).

 

1.1 Углеродистые конструкционные стали

 

Углеродистые конструкционные  стали подразделяются на стали обыкновенного  качества и качественные.

Стали обыкновенного  качества, особенно кипящие, наиболее дешевые. Стали отливают в крупные слитки, вследствие чего в них развита ликвация и они содержат сравнительно большое количество неметаллических включений.

Из сталей обыкновенного  качества изготовляют горячекатаный  рядовой прокат: балки, швеллеры, уголки, прутки, а также листы, трубы и поковки. Стали в состоянии поставки широко применяют в строительстве для сварных, клепанных и болтовых конструкций.

С повышением содержания в стали углерода свариваемость  ухудшается. Поэтому стали Ст5 и Ст6 с более высоким содержанием углерода применяют для элементов строительных конструкций, не подвергаемых сварке.

Качественные углеродистые стали выплавляют с соблюдением более строгих условий в отношении состава шихты и ведения плавки и разливки.

Низкоуглеродистые стали обладают высокой прочностью и высокой пластичностью. Стали без термической обработки используют для малонагруженных деталей, ответственных сварных конструкций, а также для деталей машин, упрочняемых цементацией.

Среднеуглеродистые  стали применяют после нормализации, улучшения и поверхностной закалки для самых разнообразных деталей во всех отраслях промышленности. Эти стали по сравнению с низкоуглеродистыми имеют более высокую прочность при более низкой пластичности. В связи с этим их следует применять для изготовления небольших деталей или более крупных, но не требующих сквозной прокаливаемости.

Стали с высоким  содержанием углерода обладают высокой прочностью, износостойкостью и упругими свойствами. Из этих сталей изготавливают пружины и рессоры, шпиндели, замковые шайбы, прокатные валки и т.д.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.2 Легированные конструкционные стали

 

Легированные стали  широко применяют в тракторном и  сельскохозяйственном машиностроении, в автомобильной промышленности, тяжелом и транспортном машиностроении в меньшей степени в станкостроении, инструментальной и других видах промышленности. Это стали применяют для тяжело нагруженных металлоконструкций.

Стали, в которых суммарное  количество содержание легирующих элементов  не превышает 2.5%, относятся к низколегированным, содержащие 2.5-10% - к легированным, и более 10% к высоколегированным (содержание железа более 45%).

Наиболее широкое применение в строительстве получили низколегированные стали, а в машиностроении - легированные стали.

Легированные конструкционные стали маркируют цифрами и буквами.

 

1.3 Арматурные стали

 

Для армирования железобетонных конструкций применяют углеродистую или низкоуглеродистую сталь в виде гладких или периодического профиля стержней.

 

 

 

 

 

1.4 Конструкционные (машиностроительные) улучшаемые легированные стали

 

Стали имеют высокий  предел текучести, малую чувствительность к концентраторам напряжений, в изделиях, работающих при многократном приложении нагрузок, высокий предел выносливости и достаточный запас вязкости. Кроме того, улучшаемые стали обладают хорошей прокаливаемостью и малой чувствительностью к отпускной хрупкости.

При полной прокаливаемости  сталь имеет лучшие механические свойства, особенно сопротивление хрупкому разрушению - низкий порог хладноломкости, высокое значение работы развития трещины КСТ и вязкость разрушения К_1с.

Хромистые стали 30Х, 38Х, 40Х и 50Х применяют для средненагруженных деталей небольших размеров. С увеличением содержания углерода возрастает прочность, но снижаются пластичность и вязкость. Прокаливаемость хромистых сталей невелика.

Хромомарганцевые  стали. Совместное легирование хромом (0.9-1.2%) и марганцем (0.9-1.2%) позволяет получить стали с достаточно высокой прочностью и прокаливаемостью (40ХГ). Однако хромомарганцевые стали имеют пониженную вязкость, повышенный порог хладноломкости (от 20 до -60°С), склонность к отпускной хрупкости и росту зерна аустенита при нагреве.

Хромокремнемарганцевые  стали. Высоким комплексом свойств обладают хромокремнемарганцевые стали (хромансил). Стали 20ХГС, 25ХГС и 30ХГС обладают высокой прочностью и хорошей свариваемостью. Стали хромансил применяют также в виде листов и труб для ответственных сварных конструкций (самолетостроение). Стали хромансил склонны к обратимой отпускной хрупкости и обезуглероживанию при нагреве.

Хромоникелевые стали обладают высокой прокаливаемостью, хорошей прочностью и вязкостью. Они применяются для изготовления крупных изделий сложной конфигурации, работающих при динамических и вибрационных нагрузках.

 

1.5 Стали с повышенной обрабатываемостью резанием

 

Наиболее часто применяют  автоматные стали А12, А20, А40, имеющие повышенное содержание серы (0.08-0.3%), фосфора (<=0.05%) и марганца (0.7-1.0%). Сталь 40Г содержит 1.2-1.55% Mn.

Фосфор, повышая твердость, прочность и охрапчивая сталь, способствует образованию ломкой стружки и получению высокого качества поверхности.

Стали обладают большой  анизотропией механических свойств, склонны  к хрупкому разрушению, имеют пониженный предел выносливости. Поэтому сернистые автоматные стали применяют лишь для изготовления неответственных изделий - преимущественно нормалей или метизов.

 

 

 

 

 

 

 

1.6 Рессорно-пружинные стали общего назначения

 

Рессорно-пружинные стали  предназначены для изготовления пружин, упругих элементов и рессор различного назначения. Они должны обладать высоким сопротивлением малым пластическим деформациям, пределом выносливости и релаксационной стойкостью при достаточной пластичности и вязкости.

Для пружин малого сечения  применяют углеродистые стали 65, 70,75, 85. Более часто для изготовления пружин и рессор используют легированные стали.

Стали 60С2ХФА и 65С2ВА, имеющие  высокую прокаливаемость, хорошую  прочность и релаксационную стойкость  применяют для изготовления крупных высоконагруженных пружин и рессор. Когда упругие элементы работают в условиях сильных динамических нагрузок, применяют сталь с никелем 60С2Н2А.

Для изготовления автомобильных  рессор широко применяют сталь 50ХГА, которая по техническим свойствам превосходит кремнистые стали. Для клапанных пружин рекомендуется сталь 50ХФА, не склонная к перегреву и обезуглероживанию.

 

 

 

 

 

 

 

 

1.7 Шарикоподшипниковые стали

 

Для изготовления тел  качения и подшипниковых колец  небольших сечений обычно используют высокоуглеродистую хромистую сталь ШХ15 (0.95-1.0% С и 1.3-1.65% Cr), а больших сечений - хромомарганцевую сталь ШХ15СГ (0.95-1.05% С, 0.9-1.2% Cr, 0.4-0.65% Si и 1.3-1.65% Mn), прокаливающуюся на большую глубину. Стали обладают высокой твердостью, износостойкостью и сопротивлением контактной усталости. К сталям предъявляются высокие требования по содержанию неметаллических включений, так как они вызывают преждевременное усталостное разрушение. Недопустима также карбидная неоднородность.

Для изготовления деталей подшипников качения, работающих при высоких динамических нагрузках, применяют цементуемые стали 20Х2Н4А и 18ХГТ. После газовой цементации, высокого отпуска, закалки и отпуска детали подшипника из стали 20Х2Н4А имеют на поверхности 58-62 HRC и в сердцевине 35-45 HRC.

 

1.8 Износостойкие стали

 

Для деталей, работающих на износ в условиях абразивного  трения и высоких давлений и ударов, применяют высокомарганцевую литую  аустенитную сталь 110Г13Л, содержащую 0.9-1.3% С и 11,5-14.5% Mn.

Для изготовления лопастей гидротурбин и гидронасосов, судовых гребных винтов и других деталей, работающих в условиях изнашивания при кавитационной эрозии, применяют стали с нестабильным аустенитом 30Х10Г10, 0Х14АГ12 и 0Х14Г12М, испытывающим при эксплуатации частичное мартенситное превращение.

1.9 Коррозионно-стойкие и жаростойкие стали и сплавы

 

Жаростойкие стали и  сплавы. Повышение окалиностойкости достигается введением в сталь главным образом хрома, а также алюминия или кремния, т. е. Элементов, находящихся в твердом растворе и образующих в процессе нагрева защитные пленки оксидов (Cr, Fe)₂O₃, (Al, Fe)₂O₃.

Для изготовления различного рода высокотемпературных установок , деталей печей и газовых турбин применяют жаростойкие ферритные (12Х17, 15Х25Т и др.) и аустенитные (20Х23Н13, 12Х25Н16Г7АР, 36Х18Н25С2 и др.) стали, обладающие жаропрочностью.

Коррозионно-стойкие  стали  устойчивы к электрохимической коррозии.

Для изготовления аппаратуры, работающей в солянокислых средах, растворах серной и фосфорной  кислоты, применяют никелевый сплав Н70МФ. Сплавы на основе Ni-Mo имеют высокое сопротивление коррозии в растворах азотной кислоты.

Для изготовления сварной  аппаратуры, работающей в солянокислых средах, применяют сплав Н70МФ.

Наибольшее распространение  получил сплав ХН65МВ для работы при повышенных температурах во влажном хлоре, солянокислых средах, хлоридах, смесях кислот и других агрессивных средах.

Двухслойные стали нашли применение для деталей аппаратуры (корпусов аппаратов, днищ, фланцев, патрубков и др.), работающих в коррозионной среде. Эти стали состоят из основного слоя - низколегированной (09Г2, 16ГС, 12ХМ, 10ХГСНД) или углеродистой (Ст3) стали и коррозийно-стойкого плакирующего слоя толщиной 1-6мм из коррозийно-стойких сталей (08Х18Н10Т, 10Х17Н13М2Т, 08Х13) или никелевых сплавов (ХН16МВ, Н70МФ).

1.10 Жаропрочные стали и сплавы.

 

Жаропрочными называют стали и сплавы, способные работать под напряжением при высоких  температурах в течение определенного  времени и обладающие при этом достаточной жаростойкостью.

Жаропрочные стали и сплавы применяют для изготовления многих деталей котлов, газовых турбин, реактивных двигателей, ракет и т. д., работающих при высоких температурах.

Жаропрочные стали благодаря невысокой стоимости широко применяются в высокотемпературной технике, их рабочая температура 500-750°С.

Механические свойства сталей перлитного класса (12К, 15К, 18К, 22К, 12Х1МФ): s_в=360¸490МПа, s_0.2=220¸280МПа, d=24¸19%. Чем больше в стали углерода, тем выше прочность и ниже пластичность.

Жаропрочные сплавы на никелевой основе находят широкое применение в различных областях техники (авиационные двигатели, стационарные газовые турбины, химическое аппаратостроение и т. д.).

 

 

 

 

 

 

 

 

2 ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ  СТАЛИ И ТВЕРДЫЕ СПЛАВЫ

 

2.1 Стали для режущего  инструмента

Углеродистые стали небольшой прокаливаемости, необладающие теплостойкостью. Углеродистые инструментальные стали У8, У10, У11,У12, У13 вследствие малой устойчивости переохлажденного аустенита имеют небольшую прокаливаемость, и поэтому эти стали применяют для инструментов небольших размеров.

Стали У10, У11, У12, У13 применяют  для режущего инструмента (фрезы, зенкеры, сверла, шабера, напильники и т. д.). Для  деревообрабатывающего инструмента применяют стали У7 и У8.

Стали можно использовать в качестве режущего инструмента  только для резания с малой скоростью, так как их высокая твердость (У10-У12 - 62-63HRC) сильно снижается при нагреве выше 190-200°С.

Легированные стали  повышенной прокаливаемости, не обладающие теплостойкостью (11ХФ, 13Х, ХВСГ, 9ХС, Х, В2Ф) пригодны для резания материалов невысокой прочности (s_в=500¸600МПа) с небольшой скоростью (до 5-8м/мин). Их используют для инструмента, не подвергаемого в работе нагреву свыше 200-250°С. Легированные стали по сравнению с углеродистыми обладают большей прокаливаемостью.