Геллер Ю.А., Рахштадт А.Г. Материаловедение (методы анализа, лабораторные работы и задачи)

Подождите немного. Документ загружается.

5ХНМ

27Х2НМВФ

Р12

Р6М5

Р18

Р12ФЗ (ЭП597)

Р12Ф4К5

(ЭП600)

Р8МЗК6С

В1Ш7К23

4Х5МФС

4Х5В2ФС

4Х4М2ВФС

5ХЗВЗМФС

2Х8В8М2К8

Повышенной

вязкости

0,55

0,27

0,6

0,65

0,3

0,25

0,7

2,2

0,5

0,3 I —

0,5

J 0,3

1,6

Крупные

молотовые

штампы

Тоже,

для

работы

при

более

высоком

нагреве

ТЕПЛОСТОЙКИЕ

СТАЛИ. СТАЛИ

ВЫСОКОЙ

ТВЕРДОСТИ

(БЫСТРОРЕЖУЩИЕ)

УМЕРЕННОЙ

ТЕПЛОСТОЙКОСТИ

0,85

0,8

0,75

0,3

3,6

4,0

12,5

6,5

1,7

1,8

1,2

—

0,1

0,48

0,2

Протяжки,

фрезы, зенкеры, сверла

Метчики, протяжки, фрезы, сверла

Метчики, резьбовые фрезы шлифуемые небольшого

диаметра

Повышенной

теплостойкости

1,0 | 0,3

0,3

3,8

12,5

2,7 I — I Развертки, протяжки, зенкеры повышенной стой-

| | кости для обработки конструкционных сталей

1,3

1,1

0,3

0,9

0,3

3,8

12,5

3,6

3,5

1,7

Со

5,5

Для резания жаропрочных нержавеющих сталей

То же, и для резания конструкционных сталей

с твердостью HRC

35—45

Высокой

теплостойкости

^0,1 | ^0,2 | 11 | 7 | 0,1 | 23 | Для резания титановых и жаропрочных сплавов

Повышенной

вязкости

(штамповые).

Умеренной

теплостойкости

— Штампы, формы литья под давлением

0,35

0,4

0,3

0,4

1,0

0,8

3,5

—

1,5

0,8

0,5

0,8

—

0,3

0,7

0,3

2,8

Повышенной

теплостойкости

| 3,3 I 0,9 | 1,6 | — | Пуансоны прошивные и выдавливания

Высокой

теплостойкости

0,1

Пуансоны выдавливания, кольца, накатники для

деформирования при

650—750°

Углеродистые

инструментальные

стали по ГОСТ

1435—54,

легированные

по ГОСТ

5950

—

73,

быстрорежущие по ГОСТ

19265—73.

800 °С (штамповые стали). Основная карбидная фаза — карбид

вольфрама (молибдена)

Ме

С,

а у менее теплостойких штамповых

сталей также и карбид УИе

. Теплостойкие стали сохраняют высо-

кую твердость: HRC

60—62

у быстрорежущих после нагрева до

600—650°

С и HRC

45—52

у штамповых — до

650—700°

С.

Твердость и вязкость инструментальных сталей зависят от со-

держания

углерода.

Поэтому стали перечисленных групп разделяют

(как

указано в табл. 29) на стали:

а) повышенной твердости; они содержат больше

углерода,

полу-

чают более высокую твердость (HRC

60—68)

и используются в ос-

новном

для металлорежущих инструментов и штампов холодного

деформирования;

б) повышенной вязкости; они содержат меньше

углерода,

обра-

батываются на более низкую твердость и используются для инстру-

ментов,

воспринимающих динамические нагрузки: многих деревооб-

рабатывающих, штампов холодной высадки и чеканки и штампов

горячего деформирования.

Марки

и область применения более характерных инструмен-

тальных сталей приведены в табл. 29.

Быстрорежущие стали обозначаются буквой Р (режущие); цифра,

следующая за буквой Р, указывает содержание (в процентах) воль-

фрама — главного легирующего элемента быстрорежущих сталей.

Для остальных инструментальных сталей сохраняются обозначения,

указанные на с. 388, но со следующим отличием: если в марке леги-

рованных инструментальных сталей перед буквами нет цифры,

которая

должна указывать содержание

углерода,

то оно состав-

ляет — 1%.

СТАЛИ

СПЛАВЫ

С ОСОБЫМИ

ХИМИЧЕСКИМИ

СВОЙСТВАМИ

(стойкие

против

коррозии)

Стойкость против коррозии определяется: а) составом сплава

его структурой (зависящей от применяемой в необходимых слу-

чаях термической обработки); б) свойствами внешней агрессивной

среды, в условиях которой используется данный сплав. Поэтому

стойкость против коррозии одного и того же металла может быть

резко

различной в разных агрессивных

средах.

Сплавы железа,

том числе высоколегированные стали, имеют достаточную стой-

кость против коррозии только в ограниченном числе сред. Многие

нержавеющие стали, стойкие против действия окисляющих кислот

(азотной

слабой и сильной концентраций), не имеют необходимой

стойкости в соляной кислоте и

других

реагентах.

Поскольку

металлы необходимо использовать в промышленности

условиях различных агрессивных сред в качестве материалов,

стойких против коррозии в

других

агрессивных

средах,

широко

используются многие металлы и сплавы нежелезной группы.

По

этим причинам характеристика сплавов, стойких против

коррозии,

и основы выбора их для разнообразных назначений в тех-

нике

могут

быть даны лишь в зависимости от среды, в которой они

используются.

412

В табл. 30 приведены более характерные сплавы этого назначе-

ния.

Они распределены на следующие группы:

Сплавы,

стойкие в

слабых

агрессивных

средах:

воздуха, воды,

пара. Это — в основном стали с 13% Сг, а также алюминий и медные

сплавы.

Стойкость сталей против кор-

розии

создается при содержании

хрома не ниже 12,5—13%

(рис.

296). В этом случае на ме-

таллической поверхности воз-

никает

защитная (пассивная)

пленка

окислов хрома, доста-

точно плотная и прочно связан-

ная

с основой, что прерывает

контакт

с агрессивной средой.

Содержание углерода у боль-

шинства сталей этого типа

'0,2

^ 0

%-о,г

•0,6

(Воздух)

•

го

сг.%

Рис. 296. Потенциал

железа

в воздушной сре-

де в зависимости от содержания

хрома

(1X13, 2X13) должно быть

низким,

чтобы уменьшить пере-

ход хрома в карбиды (Me

), в

результате которого его концентрация в защитной окиснои пленке не-

избежно уменьшается ниже требуемой — 12% (рис. 297). Эти стали

не

обладают высокой прочностью (она ниже 70 кгс/мм

), твердостью

износостойкостью. Структура сталей — ферР

ит0

ка

Рбидная.

•о.г

^ о

4-0,2

•0,6

~|—t"

13-15'ACr

(Воздул)

13-НУ.Сг

0,8

1,6 г.Ь 3,2 4.0 С.% 0 0,8 1,6 2.4 3,2 4.0 С/.

Рис. 297. Потенциал стали с

13—15%

Сг в зависимости от содержания

углерода:

а =- в перекиси

водорода;

б -^ в воздушной

среде

При

большем содержании углерода (0,3—0,4% и выше) обяза-

тельна термическая обработка: закалка с температуры

1000—1100°

(при

котором карбиды хрома переводятся в твердый раствор) и

низкотемпературного отпуска

(150—200°

С). Эти стали применяют

для инструментов (в частности, медицинских и в быту) и пружин

состоянии, когда они имеют мартенситную структуру (хром при-

сутствует в а-фазе) и высокую твердость: HRC

52—55

у сталей

3X13 и 4X13 и до HRC

58—59

у стали 9X18. Вязкость в этом

случае — пониженная.

413

•ь.

СТАЛИ

СПЛАВЫ

ОСОБЫМИ

ХИМИЧЕСКИМИ

СВОЙСТВАМИ,

СТОЙКИЕ

ПРОТИВ

КОРРОЗИИ

(НЕРЖАВЕЮЩИЕ),

ПО

ГОСТ 5632—61

Таблица

Марка

стали

Химический

состав,

Мп

Назначение

свойства

СТАЛИ

СПЛАВЫ

* С

ФЕРРИТО-КАРБИДНОЙ

МАРТЕНСИТНОЙ

СТРУКТУРОЙ,

СТОЙКИЕ

СЛАБЫХ

АГРЕССИВНЫХ

СРЕДАХ

(ПО

ГОСТ 5632

— 61)

(ВОЗДУХ, ВОДА,

ПАР)

1X13

2X13

2Х17Н2

3X13

4X13

9X18

0,09—0,15

0,16—0,24

0,22—0,28

0,25—0,34

0,35—0,44

0,9—1,0

«£0,6

5=0,6

==£0,6

s£0,7

12—14

16—18

12—14

17—19

1,5—2,5

Лопатки турбин, арматура крекинг-установок

(до

500°

С)

То

же,

выше прочность

Детали повышенной износостойкости

прочности

Хирургические инструменты, пружины, иглы

(HRC

50—52)

То

же, HRC 56

Шарикоподшипники,

клапаны

для

работы

при по-

вышенном изно.се, инструменты

Х28

МЕДНЫЕ

СПЛАВЫ

(СМ.

ТАБЛ. 35-37)

СТАЛИ

СПЛАВЫ

ПОВЫШЕННОЙ

СТОЙКОСТИ

ПРОТИВ

КОРРОЗИИ

(ПО

ГОСТ 5632-62)

Ферритные

стали

===0,15

«£0,8

27—30

Аппаратура

для

растворов азотной

фосфорной

кислот

Продолжение

табл. 30

Стали

аустенитной

структурой

Х18Н10Т

s=0,12

1—2

17--19 9—11 %Ti = (%

— 0,02)

5==sO,

Баки,

трубы; хорошие свариваемость и сопротив-

ляемость межкристаллитной коррозии в морской

воде, лаках, органических и азотной кислотах,

слабых щелочах

Мартенситно-стареющие

стали (см. табл. 23)

Х17Н13МЗТ

Х15Н9Ю

===0,09

===2,0

16—18

14—15,7

12—14

7—9,4

0,3-0,6

3—4,5

Мо

0,7—1,3

А1

То

же. Большая стойкость в фосфорной, уксусной,

молочной

кислотах

Диски,

валы (в растворах хлористого цинка, в фос-

форных

удобрениях)

СЛОЖНЫЕ

ЛАТУНИ.

АЛЮМИНИЕВЫЕ

ОЛОВЯННЫЕ

БРОНЗЫ,

ТИТАНОВЫЕ

СПЛАВЫ

(СМ.

ТАБЛ.

35, 37, 42)

СТАЛИ

СПЛАВЫ

ВЫСОКОЙ

СТОЙКОСТИ

ПРОТИВ

КОРРОЗИИ

(ПО

ГОСТ

5632—61)

0Х23Н28М2Т

Н70М27

Свинец

sc0,06

==с0,05

=gO,8

==£0,5

22—25

===0,3

26—29

Осн.

0,4—0,7

1,8—2,5

Мо

25—28 Мо

Сварные

конструкции

в условиях горячей

фосфор-

ной,

а также

серной

кислот

(концентрации

до 20%)

до 60° С

То

же, в

соляной

фосфорной

кислотах, а также

серной (до 60%)

Серная

кислота любой концентрации

Медные сплавы — латуни и бронзы, состав которых приведен

ниже,

в табл. 35—38, используются из-за большей стоимости вместо

сталей главным образом для деталей (узлов), которые должны иметь

низкий

коэффициент трения.

Алюминий применяют в конструкциях, где надо использовать

его

малую

плотность (2,74 г/см

Сплавы,

стойкие

более

агрессивных

средах

(морской воде, орга-

нических кислотах). Это — аустенитные стали с высоким содержа-

нием

хрома и никеля, а также специальные латуни и бронзы (оло-

вянные

и алюминиевые) и титановые сплавы. Состав их приведен

табл.

35—38

40—42.

Сплавы,

стойкие

очень

сильных

агрессивных

средах

(концентри-

рованных и горячих кислотах). Состав сплавов сильно изменяется

зависимости от агрессивной среды, как показано в табл. 30.

6. СТАЛИ И СПЛАВЫ С ОСОБЫМИ

ФИЗИЧЕСКИМИ

СВОЙСТВАМИ

Эти материалы необходимы преимущественно в приборостроении,

электротехнической, радиотехнической и электронной отраслях

промышленности.

Они приобретают требуемые физические свойства

результате

специального легирования и термической обработки.

По

главному свойству, определяющему применение их в промыш-

ленности,

следует

выделить следующие основные группы.

а. С малым и заданным коэффициентом расширения

Их

легируют

никелем, кобальтом, хромом, медью (см. ГОСТ

10994—64).

В зависимости от содержания этих компонентов можно

получать различный коэффициент расширения. Наименьший

коэф-

фициент

у сплава с 36% Ni; при

20—200°

С он не превышает

1—1,5 • 10~

°С вместо 12 10~

1/°С для железа. Эти сплавы

исполь-

зуют

для деталей, впаиваемых в неорганические диэлектрики —

стекло, керамику,

слюду

и т. п.

б. С модулем упругости не зависящим от температуры

Сплавы применяют для пружин приборов, (см. ГОСТ

10994—64)

состав и назначение их указаны в книге

в.

С высокой магнитной проницаемостью (магнитномягкие)

Это свойство сплавы сочетают с низкой коэрцитивной силой

повышенным удельным электросопротивлением (что снижает потери

на

вихревые токи).

Следует

различать две группы этих сплавов,

различающихся в способе изготовления, строении и ряде свойств.

См. Прецизионные сплавы с особыми свойствами теплового расширения и

упругости. М., Издательство стандартов, 1973, с. 152 с илл.

416

первой группе относятся:

кремнистые

трансформаторные

динамные

стали их применяют

листах холодно и горячекатаных малой толщины (табл. 31).

Для холоднокатаной стали характерна анизотропия, что повышает

магнитные свойства вдоль направления прокатки и уменьшает по-

тери на перемагничивание,

железоникелевые

сплавы

(пермаллой

изготовляемые также в тон-

ких листах и лентах для магнитопроводов, работающих в перемен-

ных магнитных полях (см. также ГОСТ

109994—64

и ГОСТ

10160—62).

Максимальная

магнитная проницаемость кремнистых сталей

(около

17 000 Гс/Э) у стали Э 330 в 10 раз выше, чем у углеродистой

стали 10 (1700 Гс/Э), а у пермаллоев достигает значительно большей

величины:

порядка 150 000 Гс/Э.

Вторую

— важную группу представляют ферромагнитные неме-

таллические соединения со свойствами полупроводников: ферриты.

Они

имеют значительно более высокое (на 6 порядков) электросопро-

тивление и меньшую намагниченность насыщения, чем кремнистые

стали и пермаллой. Это позволяет уменьшить потери на вихревые

токи

и применять ферриты для сердечников и дросселей катушек

радиотехнической и электротехнической аппаратуры, работающей

широком диапазоне частот.

Большая

часть ферритов — шпинели — имеет строение МеО

Fe.,O

(где Me — ион двухвалентного железа (или никеля, хрома,

магния)

со сложной кубической решеткой. Ее костяк образуют

32 аниона кислорода; в имеющихся

между

ними порами распола-

гаются катионы металлов. Магнитые векторы катионов различаются

по

величине в различных порах; они направлены антипараллельно,

что обусловливает пониженную намагниченность насыщения.

г. С высокой коэрцитивной силой (магнитнотвердые)

Эти стали и сплавы характеризуются высокой коэрцитивной

силой

и остаточной индукцией и соответственно высокой магнитной

энергией

(ВН/тах). Коэрцитивная сила сплавов в

10—20

раз выше,

чем у заэвтектоидной стали X (ШХ15) с 1% С и 1,5% Сг, применяе-

мой

для менее мощных магнитов.

По

составу эти сплавы Fe—Ni—А1, некоторые из них дополни-

тельно легируются медью или совместно медью, кобальтом и тита-

ном

(табл. 32), что дополнительно увеличивает коэрцитивную силу.

Из-за

пониженной пластичности сплавы применяют в виде отливок.

результате

закалки с определенной скоростью (а сплавов,

содержащих ^18% кобальта, также и в приложенном магнитном

поле) и отпуска создается гетерогенная

структура.

В парамагнитной

матрице располагаются мелкие (однодоменные) включения ферро-

магнитной

фазы анизотропной формы, что обусловливает высокое

значение

коэрцитивной силы.

См. Г. Н. Дубинин, Ю. С. Авраамов. Конструкционные проводни-

ковые и магнитные материалы. М., «Машиностроение», 1973, с. 179.

417

СТАЛИ

И СПЛАВЫ С ВЫСОКОЙ МАГНИТНОЙ ПРОНИЦАЕМОСТЬЮ (МАПНИТНОМЯПКИЕ) (по ГОСТ 802-58)

Таблица

Марка

.--тали

Индукция.

Гс-10

, не менее

при

напряженности поля

А/см

Полные

удельные потери

Вт/кг Р10/50

не

Солее

Удельное

электросопро-

тивление,

Ом

-м

м"

Назначение

Э11

Э12

Э1100

Э1200

Э21

Э22

Э31

Э32

Э3100

Э3200

Э310

Э320

ЭЗЗО

МАЛОЛЕГИРОВАННАЯ

1,64 3,3

1,62 3,2

(1,0—1,8%

Si)

1,64 3,3 I

1,64 2,8 |

СРЕДНЕЛЕГИРОВАННАЯ

1,59 I 2,5

1,59 I 2,2

ПОВЫШЕННОЛЕГИРОВАННАЯ

1,53

1,50

МАЛОЛЕГИРОВАННАЯ

1,53

1,48

1,46 I 1,57

(0,8—1,8% Si) ГОРЯЧЕКАТАНАЯ СТАЛЬ

0,25

Роторы

статоры

асинхронных

двигателей

малой

мощно-

0,25 сти, якори

двигателей

постоянного

тока

малой

мощности

ХОЛОДНОКАТАНАЯ МАЛОТЕКСТУРОВАННАЯ СТАЛЬ

0,25

(1,8-2,8%

0,40

(2,8 — 3.8% Si)

То же

Si)

ГОРЯЧЕКАТАНАЯ

СТАЛЬ

Якори

двигателей

постоянного

тока

средней

мощности

ГОРЯЧЕКАТАНАЯ СТАЛЬ

2,0

1,8

ПОВЫШЕННОЛЕГИРОВАННАЯ

(2,8—3,8%

0,50

Статоры

0,50

мощности

Si) ХОЛОДНОКАТАНАЯ

роторы

асинхронных

двигателей

большой

I 1,50 I 1,60

I 1,48 | 1,58

ПОВЫШЕННОЛЕГИРОВАННАЯ

1,75

1,80

1,85

1,83

1,87

1,90

1,7 0,50 То же

1,5 0,50

(2,8 — 3.5% Si) ХОЛОДНОКАТАНАЯ

1,1 0,50

0,95 0,50

0,8 0,50

ТЕКСТУРОВАННАЯ СТАЛЬ

МАЛОТЕКСТУРОВАННАЯ СТАЛЬ

Силовые

трансформаторы

статоры

крупных

гидро-

турбогенераторов

Э41

Э42

Э43

1,46

1,45

1,44

ВЫСОКОЛЕГИРОВАННАЯ

(3,8—4,8% Si)

1,57

1,56

1,55

1,4

1,25

0,60

ГОРЯЧЕКАТАНАЯ СТАЛЬ

Силовые

трансформаторы

статоры

крупных

электриче-

ских

машин

р и м е ч ;i и и я: I Содержание углерода пониженное (<0,05%). 2. Первая цифра в марке указывает степень [легирования '(содержание

кремния);

вторая цифра — гарантированные электрические и магнитные свойства; с увеличением второй цифры уменьшается величина удель-

ных потерь (1 — нормальные удельные потери: 2 — пониженные; 3 —

низкие);

третья цифра (0) означает, что сталь холоднокатаная текстуро-

ванная,

а третья и четвертая вместе (00) — сталь холоднокатаная малотекстурованная.

Свойства

сталей указаны в листе толщиной 0,50 мм; с уменьшением толщины листа снижаются полные удельные потери.

Таблица

СТАЛИ

СПЛАВЫ

ВЫСОКОЙ

КОЭРЦИТИВНОЙ

СИЛОЙ

(МАГНИТНОТВЕРДЫЕ

ДЛЯ

ПОСТОЯННЫХ

МАГНИТОВ)

(ПО

ГОСТ

4402

— 48

9575—60)"

Сплав

Химический

состав,

Со

Си

Назначение

АН1

АН2

AHKol

ЮНДК15

ЮНДК16

ЮНДК24

ЮНДК24Т2

ЮНДК24Б

ЮНДК35Т5

ЮНДК35Т5А

ЮНДК42Т8

24,5

С УМЕРЕННОЙ МАГНИТНОЙ ЭНЕРГИЕЙ

(ВН)„

МГс-Э

13,5

3,5

—

Электрические машины, аппараты

приборы

СО СРЕДНЕЙ МАГНИТНОЙ ЭНЕРГИЕЙ

{ВН)„

1,5—2,5

МГс-Э

Электрические машины, аппараты

приборы

С ВЫСОКОЙ МАГНИТНОЙ ЭНЕРГИЕЙ

(ВН)„

2,5—5,5

МГс-Э

0,3

0,8

Высокоиспользованные электрические машины,

аппараты

приборы

С ОСОБО ВЫСОКОЙ МАГНИТНОЙ ЭНЕРГИЕЙ

(ВН)„

7,2—7,6

7,2—7,5

5,5—12

МГс-Э

5—6

Особо высокоиспользованные электрические

ма-

шины,

аппараты

приборы

Классификация

по

монографии: Довгалевский

Я. М.

Легирование

термическая обработка магнитнотпердых сплавов-

«Металлургия»,

1971.

176 с. с ил.

Коэффициент использования машины возрастает

ростом магнитной энергии.

д.

Сплавы

высоким

электросопротивлением

Эти

сплавы должны сочетать высокое электросопротивление

с повышенной жаростойкостью. Электросопротивление их более

чем в 10 раз выше, чем у низкоуглеродистой стали (0,1 Ом м), а жа-

ростойкость достигает

1000—1200°

С (табл. 33). Кроме того, эти

сплавы имеют низкий температурный коэффициент электросопро-

тивления

и повышенную пластичность, достаточную для дефор-

мирования

на прутки, полосу, проволоки и ленты, в том числе

малых сечений.

По

составу это сплавы Fe—Сг—Al, Fe—Ni—Сг и Ni—Сг, а по

структуре

твердые растворы с высоким содержанием легирующих

элементов: хрома в сплавах на основе никеля или хрома и алюминия

сплавах на основе железа.

Б.

Чугуны

Чугуны — наиболее широко применяемый материал для литых

деталей, используемых при относительно невысоких напряжениях

малых динамических нагрузках. Преимущества

чугуна

— высокие

литейные свойства и небольшая стоимость (по сравнению со

сталью).

Температуры плавления

чугунов

значительно ниже (на

300—

400°

С), чем у стали, что облегчает процесс литья. Ликвация

чугунов

также меньше, чем у стали.

Кроме

того,

чугуны,

структуре

которых при затвердевании

образуется графит (фаза с большим удельным объемом, чем у ме-

таллической основы), имеют низкий коэффициент усадки, прибли-

жающейся к аналогичной характеристике оловянных бронз.

Чугуны с графитом, как мягкой и хрупкой составляющей, хо-

рошо обрабатываются резанием (с образованием ломкой стружки)

получают более чистую поверхность, чем стали (кроме автомат-

ных).

Чугуны имеют повышенное содержание

углерода

(2,2—4%)

кремния

(0,8—2%)

— элемента, способствующего графитизации.

Однако в марках

чугуна

химический состав не указывается, так как

(в

отличие от большинства

других

металлических сплавов) этот

признак

не характеризует в достаточной степени их свойства, а сле-

довательно, область применения. Структура и свойства

чугунов

зависят главным образом от условий получения отливки (темпера-

туры

жидкого металла, введения модификаторов и особенно значи-

тельно от условий охлаждения при литье). Поэтому при одинаковом

химическом составе

чугун

может иметь сильно отличающиеся струк-

туру

и свойства (например, белый и серый чугуны).

Механические свойства

чугуна,

определяющие область его при-

менения,

в значительно большей степени характеризуются его

структурой: а) формой и размерами выделения графита; б) строе-

нием

металлической основы.

По

этому признаку различают

чугуны,

приведенные в табл. 34.

420