Каждому инженеру совершенно необходимо знать классификацию и маркировку
материалов, предназначенных для изготовления деталей машин и конструкций. К
числу таких материалов относятся металлы и их сплавы, металлические и
металлокерамические порошки пластмассы, резина, стекло, керамика, древесные
и др. неметаллические вещества. Наиболее широкое распространение в качестве
конструкционных материалов в настоящее время получили металлы и их сплавы,
поэтому в настоящей работе будут рассмотрены только стали, чугуны и цветные
металлы, и их сплавы (медь, алюминий, титан, магний и сплавы на их основе).
I Классификация и маркировка сталей
Сталями принято называть сплавы железа с углеродом, содержание до
2,14% углерода. Кроме того, в состав сплава обычно входят марганец,
кремний, сера и фосфор; некоторые элементы могут быть введены для улучшения
физико-химических свойств специально (легирующие элементы).
Стали, классифицируют по самым различным признакам. Мы рассмотрим
следующие:
1. Химический состав.
В зависимости от химического состава различают стали углеродистые
(ГОСТ 380-71, ГОСТ 1050-75) и легированные (ГОСТ 4543-71, ГОСТ 5632-72,
ГОСТ 14959-79). В свою очередь углеродистые стали могут быть:
A) малоуглеродистыми, т. е. содержащими углерода менее 0,25%;
Б) среднеуглеродистыми, содержание углерода составляет 0,25-0,60%
B) высокоуглеродистыми, в которых концентрация углерода превышает
0,60% Легированные стали подразделяют на:
а) низколегированные содержание легирующих элементов до 2,5%
б) среднелегированные, в их состав входят от 2,5 до 10% легирующих
элементов;
в) высоколегированные, которые содержат свыше 10% легирующих элементов.
2. Назначение.
По назначению стали бывают:
1) конструкционные, предназначенные для изготовления строительных и
машиностроительных изделий.
2) Инструментальные, из которых изготовляют режущий, мерительный, штамповый
и прочие инструменты. Эти стали содержат более 0,65% углерода.
3) С особыми физическими свойствами, например, с определенными магнитными
характеристиками или малым коэффициентом линейного расширения:
электротехническая сталь, суперинвар.
4) С особыми химическими свойствами, например, нержавеющие, жаростойкие или
жаропрочные стали.
3. Качество.
В зависимости от содержания вредных примесей: серы и фосфора-стали
подразделяют на:
1. Стали обыкновенного качества, содержание до 0.06% серы и до 0,07%
фосфора.
2. Качественные — до 0,035% серы и фосфора каждого отдельно.
3. Высококачественные — до 0.025% серы и фосфора.
4. Особовысококачественные, до 0,025% фосфора и до 0,015% серы.
4. Степень раскисления.
4. По степени удаления кислорода из стали, т. е. По степени её раскисления,
существуют:
1) спокойные стали, т. е., полностью раскисленные; такие стали
обозначаются буквами “сп” в конце марки (иногда буквы опускаются);
2) кипящие стали — слабо раскисленные; маркируются буквами «кп»;
3) полу спокойные стали, занимающие промежуточное положение между двумя
предыдущими; обозначаются буквами «пс».
Сталь обыкновенного качества подразделяется еще и по поставкам на 3
группы:
1) сталь группы А поставляется потребителям по механическим свойствам
(такая сталь может иметь повышенное содержание серы или фосфора);
2) сталь группы Б — по химическому составу;
3) сталь группы В — с гарантированными механическими свойствами и
химическим составом.
В зависимости от нормируемых показателей (предел прочности ?,
относительное удлинение ?%, предел текучести ?т, изгиб в холодном
состоянии) сталь каждой группы делится на категории, которые обозначаются
арабскими цифрами.
Стали обыкновенного качества обозначают 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. Для
указания категории стали к обозначению марки добавляют номер в конце
соответствующий категории, первую категорию обычно не указывают.
Например:
Ст1кп2 — углеродистая сталь обыкновенного качества, кипящая, № марки
1, второй категории, поставляется потребителям по механическим свойствам
(группа А);
ВСт5Г — углеродистая сталь обыкновенного качества с повышенным
содержанием марганца, спокойная, № марки 5, первой категории с
гарантированными механическими свойствами и химическим составом (группа В);
Вст0 — углеродистая сталь обыкновенного качества, номер марки 0,
группы Б, первой категории (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 до 0,65% углерода;
05кп – сталь углеродистая качественная, кипящая, содержит 0,05% С;
60 – сталь углеродистая качественная, спокойная, содержит 0,60% С;
б) в десятых долях процента для индустриальных сталей, которые
дополнительно снабжаются буквой «У»:
У7 – углеродистая инструментальная, качественная сталь, содержащая
0,7% С, спокойная (все инструментальные стали хорошо раскислены);
У12 — углеродистая инструментальная, качественная сталь, спокойная
содержит 1,2% С;
2) легирующие элементы, входящие в состав стали, обозначают русскими
буквами:
А – азот К – кобальт Т – титан Б – ниобий М – молибден Ф- ванадий
В – вольфрам Н – никель Х – хром Г – марганец
П – фосфор Ц – цирконий Д – медь Р – бор Ю – алюминий
Е – селен С – кремний Ч – редкоземельные металлы
Если после буквы, обозначающей легирующий элемент, стоит цифра, то она
указывает содержание этого элемента в процентах. Если цифры нет, то сталь
содержит 0,8-1,5% легирующего элемента, за исключением молибдена и ванадия
(содержание которых в солях обычно до 0,2-0,3%), а также бора (в стали с
буквой Р его должно быть не менее 0,0010%).
Примеры:
14Г2 – низко легированная качественная сталь, спокойная, содержит
приблизительно 14% углерода и до 2,0% марганца.
03Х16Н15М3Б — высоко легированная качественная сталь, спокойная
содержит 0,03% C, 16,0% Cr, 15,0% Ni, до З,0% Мо, до 1,0% Nb.
Высококачественные и особовысококачественные стали.
Маркируют, так же как и качественные, но в конце марки
высококачественной стали ставят букву А, (эта буква в середине марочного
обозначения указывает на наличие азота, специально введённого в
сталь), а после марки особовысококачественной — через тире букву «Ш».
Например:
У8А — углеродистая инструментальная высоко качественная сталь,
содержащая 0,8% углерода;
30ХГС-III – особовысококачественная среднелегированная сталь,
содержащая 0,30% углерода и от 0,8 до 1,5% хрома, марганца и кремния
каждого.
Отдельные группы сталей обозначают несколько иначе.
Шарикоподшипниковые стали маркируют буквами «ШХ», после которых
указывают содержание хрома в десятых долях процента:
ШХ6 — шарикоподшипниковая сталь, содержащая 0,6% хрома;
ШХ15ГС — шарикоподшипниковая сталь, содержащая 1,5% хрома и от 0,8 до
1,5% марганца и кремния.
Быстрорежущие стали (сложнолегированные) обозначают буквой «Р»,
следующая за ней цифра указывает на процентное содержание в ней вольфрама:
Р18-быстрорежущая сталь, содержащая 18,0% вольфрама;
Р6М5К5-быстрорежущая сталь, содержащая 6,0% вольфрама 5,0% молибдена 5,0%
кобольта.
Автоматные стали обозначают буквой «А» и цифрой, указывающей среднее
содержание углерода в сотых долях процента:
А12 — автоматная сталь, содержащая 0,12% углерода (все автоматные
стали имеют повышенное содержание серы и фосфора);
А40Г — автоматная сталь с 0,40% углерода и повышенным до 1,5%
содержанием марганца.
II Классификация и маркировка чугунов.
Чугунами называют сплавы железа с углеродом, содержащие более 2,14%
углерода. Они содержат те же примеси, что и сталь, но в большем количестве.
В зависимости от состояния углерода в чугуне, различают:
Белый чугун, в котором весь углерод находится в связанном состоянии в
виде карбида, и чугун, в котором углерод в значительной степени или
полностью находится в свободном состоянии в виде графита, что определяет
прочностные свойства сплава, чугуны подразделяют на:
1) серые — пластинчатая или червеобразная форма графита;
2) высокопрочные — шаровидный графит;
3) ковкие — хлопьевидный графит. Чугуны маркируют двумя буквами и двумя
цифрами,
соответствующими минимальному значению временного сопротивления ?в при
растяжении в МПа-10. Серый чугун обозначают буквами «СЧ» (ГОСТ 1412-85),
высокопрочный — «ВЧ» (ГОСТ 7293-85), ковкий — «КЧ» (ГОСТ 1215-85).
СЧ10 — серый чугун с пределом прочности при растяжении 100 МПа;
ВЧ70 — высокопрочный чугун с сигма временным при растяжении 700 МПа;
КЧ35 — ковкий чугун с ?в растяжением примерно 350 МПа.
Для работы в узлах трения со смазкой применяют отливки из
антифрикционного чугуна АЧС-1, АЧС-6, АЧВ-2, АЧК-2 и др., что
расшифровывается следующим образом: АЧ — антифрикционный чугун:
С — серый, В — высокопрочный, К — ковкий. А цифры обозначают порядковый
номер сплава согласно ГОСТу 1585-79.
III классификация и маркировка цветных сплавов.
1. Медь и её сплавы.
Технически чистая медь обладает высокими пластичностью и коррозийной
стойкостью, малым удельным электросопротивлением и высокой
теплопроводностью. По чистоте медь подразделяют на марки (ГОСТ 859-78):
|Марка |МВЧк |MOO |МО |Ml |М2 |МЗ |
|Содержание |99,993 |99,99 |99,95 |99,9 |99,7 |99,5 |
|Cu+Ag, не менее | | | | | | |
|% | | | | | | |
После обозначения марки указывают способ изготовления меди: к —
катодная, б – бес кислородная, р — раскисленная. Медь огневого
рафинирования не обозначается.
МООк — технически чистая катодная медь, содержащая не менее 99,99%
меди и серебра.
МЗ — технически чистая медь огневого рафинирования, содержит не менее
99,5%меди и серебра.
Медные сплавы разделяют на бронзы и латуни. Бронзы- это сплавы меди с
оловом (4 — 33% Sn хотя бывают без оловянные бронзы), свинцом (до 30% Pb),
алюминием (5-11% AL), кремнием (4-5% Si), сурьмой и фосфором (ГОСТ 493-79 ,
ГОСТ 613-79, ГОСТ 5017-74, ГОСТ 18175-78).
Латуни — сплавы меди с цинком (до 50% Zn) и небольшими добавками
алюминия, кремния, свинца, никеля, марганца (ГОСТ 15527-70, ГОСТ 17711-80).
Медные сплавы предназначены для изготовления деталей методами литья,
называют литейными, а сплавы, предназначенные для изготовления деталей
пластическим деформированием — сплавами, обрабатываемыми давлением.
Медные сплавы обозначают начальными буквами их названия (Бр или Л),
после чего следуют первые буквы названий основных элементов, образующих
сплав, и цифры, указывающие кол-во 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
Примеры:
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 на ряду с медью содержащая 8% олова и 0,3%
фосфора;
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 несложных по составу латунях указывают только содержание в сплаве
меди:
Л96 — латунь содержащая 96% Cu и ~4% Zn (томпак);
Лб3 — латунь содержащая 63% Cu и -37% Zn.
2. Алюминий и его сплавы.
Алюминий — легкий металл, обладающий высокими тепло- и
электропроводностью, стойкий к коррозии. В зависимости от степени частоты
первичный алюминий согласно ГОСТ 11069-74 бывает особой (А999), высокой
(А995, А95) и технической чистоты (А85, А7Е, АО и др.). Алюминий маркируют
буквой А и цифрами, обозначающими доли процента свыше 99,0% Al; буква «Е»
обозначает повышенное содержание железа и пониженное кремния.
А999 — алюминий особой чистоты, в котором содержится не менее 99,999% Al;
А5 — алюминий технической чистоты в котором 99,5% алюминия. Алюминиевые
сплавы разделяют на деформируемые и литейные. Те и другие могут быть не
упрочняемые и упрочняемые термической обработкой.
Деформируемые алюминиевые сплавы хорошо обрабатываются прокаткой,
ковкой, штамповкой. Их марки приведены в ГОСТ4784-74. К деформируемым
алюминиевым сплавам не упрочняемым термообработкой, относятся сплавы
системы Al-Mn и AL-Mg:Aмц; АмцС; Амг1; АМг4,5; Амг6. Аббревиатура включает
в себя начальные буквы, входящие в состав сплава компонентов и цифры,
указывающие содержание легирующего элемента в процентах. К деформируемым
алюминиевым сплавам, упрочняемым термической обработкой, относятся сплавы
системы Al-Cu-Mg с добавками некоторых элементов (дуралюны, ковочные
сплавы), а также высокопрочные и жаропрочные сплавы сложного хим.состава.
Дуралюмины маркируются буквой «Д» и порядковым номером, например: Д1, Д12,
Д18, АК4, АК8.
Чистый деформируемый алюминий обозначается буквами «АД» и условным
обозначением степени его чистоты: АДоч (>=99,98% Al), АД000(>=99,80% Аl),
АД0(99,5% Аl), АД1 (99,30% Al), АД(>=98,80% Аl).
Литейные алюминиевые сплавы (ГОСТ 2685-75) обладает хорошей жидко-
текучестью, имеет сравнительно не большую усадку и предназначены в основном
для фасонного литья. Эти сплавы маркируются буквами «АЛ» с последующим
порядковым номером: АЛ2, АЛ9, АЛ13, АЛ22, АЛЗО.
Иногда маркируют по составу: АК7М2; АК21М2, 5Н2,5; АК4МЦ6. В этом
случае «М» обозначает медь. «К» — кремний, «Ц» — цинк, «Н» — никель; цифра
— среднее % содержание элемента.
Из алюминиевых антифрикционных сплавов (ГОСТ 14113-78) изготовляют
подшипники и вкладыши как литьем так и обработкой давлением. Такие сплавы
маркируют буквой «А» и начальными буквами входящих в них элементов: А09-2,
А06-1, АН-2,5, АСМТ. В первые два сплава входят в указанное количество
олова и меди (первая цифра-олово, вторая-медь в %), в третий 2,7-3,3% Ni и
в четвертый медь сурьма и теллур.
3. Титан и его сплавы.
Титан — тугоплавкий металл с невысокой плотностью. Удельная прочность
титана выше, чем у многих легированных конструкционных сталей, поэтому при
замене сталей титановыми сплавами можно при равной прочности уменьшить
массу детали на 40%. Титан хорошо обрабатывается давлением, сваривается, из
него можно изготовить сложные отливки, но обработка резанием
затруднительна. Для получения сплавов с улучшенными свойствами его легируют
алюминием, хромом, молибденом. Титан и его сплавы маркируют буквами «ВТ» и
порядковым номером:
ВТ1-00, ВТЗ-1, ВТ4, ВТ8, ВТ14.
Пять титановых сплавов обозначены иначе:
0Т4-0, 0Т4, 0Т4-1, ПТ-7М, ПТ-3В.
4. Магний и его сплавы.
Среди промышленных металлов магний обладает наименьшей плотностью(1700
кг/м3). Магний и его сплавы неустойчивы против коррозии, при повышении
температуры магний интенсивно окисляется и даже самовоспламеняется. Он
обладает малой прочностью и пластичностью, поэтому как конструкционный
материал чистый магний не используется. Для повышения химико-механических
свойств в магниевые сплавы вводят алюминий, цинк, марганец и другие
легирующие добавки.
Магниевые сплавы подразделяют на деформируемые (ГОСТ 14957-76) и
литейные (ГОСТ 2856-79). Первые маркируются буквами «МА», вторые «МЛ».
После букв указывается порядковый номер сплава в соответствующем ГОСТе.
Например:
МА1-деформируемый магниевый сплав №1;
МЛ19-литейный магниевый сплав №19
Ниже приведены индивидуальные задания по расшифровке марок
конструкционных материалов.
| |МАРКИ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ. |
|1|БСт3кп, 08Х20Н14С2, Р9, СЧ25, М006, Амч3, ВТ1-00, МЛЗ |
|2|11Х11Н2В2МФ, ШХ30, У11, ВЧ45, БрА9Мц2Л, АЛ19, ВТ1-0, МЛ4 |
|3|25ХГС А, Р6М5Ф2К8, 50, КЧ50, БрА7Мц15ЖЗН2Ц2, А6, ОТ4-0, МА1 |
|4|45ХНЗМФА, ШХ9, 20пс, АЧС-4, Бр04Ц7С5, АД0Е, ОТ4-1, МА2 |
|5|10Х17Н13М2Т, А20, Ст6, АЧК-1, БрОФ4-0, 25; АЛЗЗ, ОТ-4, МЛ19 |
|6|Ст5ГпсЗ, 25Х13Н2, 15кп, АВЧ-1, ЛС63-2, Амц, ВТ5, МЛ15 |
|7|16Х11Н2ВМФ, А40Г, ШХ15, СЧ10, ЛА77-2, Д16, ВТ9, МА18 |
|8|45Х22Н4МЗ, У 13, ВСт2пс2, ВЧ1СО, М2р, АЛ25, ВТ14, МА15 |
|9|31Х19Н9МВБТ, Р9, 45, КЧ45, БрСуЗНЗЦЗС20Ф, А8, ВТ16, МЛ5 |
|1|12Х18Н9Т, ШХ15ГС, А20, АЧС-5, ЛЦ40МцЗА, АЛ21, ВТ20, МА17 |
|0| |
|1|ВСт3пс, 20Х, Р12, АЧВ-2, ЛЖМц59-1-1, АК4М4, ВТ22, МЛ6 |
|1| |
|1|15Х60Ю, Р6М5, У13А, АЧК-2, ЛС59-1, Д12, ПТ-7М, МЛ10 |
|2| |
|1|38Х2МЮА, ВСт4пс2, 50Г, АЧС-3, Л68, А5Е, ПТ-ЗВ, МА-12 |
|3| |
|1|36Х18Н25С2, А30, ВСт2кбп, КЧ60, БрАЖНЮ-4-4, АЛ2, ВТ9, МА11 |
|4| |
|1|40ХМФА, РОМЗФ2, АЗ0, ВЧ80,БрА7Мц15ЖЗН2Ц2, АК9, ВТ5, МЛ8 |
|5| |
|1|Ст0, 30Х13, Р6М5Ф2К8, Сч15, БрА9Ж4Н4Мц1, Амг6, ВТ1-0, МА21 |
|6| |
|1|09Х16Н4Б, ВСт3Г, ШХ6, СЧ18, ЛЦ23АбЖЗМц2, Д16, ВТ16, МЛ19 |
|7| |
|1|45ХНЗМФ-Ш, У11, All, ВЧ70, ЛАМш77-2-0,05, АЛ23, ВТ5.МА18 |
|8| |
|1|14Г2АФ, РОМ2ФЗ, ВСт5сп, СЧ24, Бр0Фб, 5-0, 15; Д18, ВТ1-00, МА19 |
|9| |
|2|15Х7Н2Т-Ш, Р6М5Ф2К8, ШХ9, КЧ63, ЛК80-3, АК4М4.ВТ22, МЛ8 |
|0| |
|2|ВСт1, 50ХГ, РОМЗФ2, АЧС-6, БрКМцЗ-1, АК7, ВТ20,МЛ12 |
|1| |
|2|08Х18Т1, У10А, 30пс, ВЧ40, Бр06Ц6СЗ, АЛ9, ПТ-3В, МА2 |
|2| |
|2|Р12, 13Х14НВ2ФР, Ст5пс3, СЧ20, ЛЦ38Мц2С2, Амг2, ВТЗ, МЛ4 |
|3| |
|2|У9, 07Х25Н13, ШХ15, КЧ35, БрАЖНМц9-4-4-1, АД0, ВТ14, МА20 |
|4| |
|2|А11, 20Х12ВНМФ, 25сп, ВЧ80, ЛАНКМц75-2-2, 5-0,5-0,5; А7,ВТ9, МЛ9 |
|5| |