Содержание
В машиностроении для изготовления деталей применяется большое количество различных видов материалов — металлы, их сплавы, а также неметаллические материалы — полимеры (пластмассы), резина, древесина и др. На чертежах деталей должно быть указано обозначение материала, из которого изготовляется деталь. Обозначение материала устанавливается стандартом или техническими условиями, по которым выпускается материал. Состав и свойства материалов подробно изучают в курсе «Металловедение». Ниже приводятся некоторые сведения о материалах, которые встречаются в процессе оформления чертежей, выполняемых при изучении курса «Инженерная графика», а также даются примеры обозначения материалов. Обозначение материала помещается в основной надписи чертежа и в общем случае состоит из названия материала, его марки и номера стандарта на материал.
Сталь по химическому составу подразделяется на углеродистую и легированную, а по назначению — на конструкционную и инструментальную. Сталь представляет собой сплав железа с углеродом и другими химическими элементами, которые условно обозначаются буквами: X — хром; Г — марганец; Н — никель; В — вольфрам; М — молибден; Ж — железо; А — алюминий; К — кремний; О — олово; С — свинец; Т — титан.
Сталь углеродистая обыкновенного качества(ГОСТ 380—71) широко применяется в машиностроении. Пример условного обозначения:
Ст З ГОСТ 380—71. Цифры в обозначении марок стали указывают на среднее содержание углерода в десятых долях процента.
Сталь углеродистая качественная конструкционная(ГОСТ 1050—74).
Пример условного обозначения:
Сталь 50 ГОСТ 1050—74. Число, обозначающее марку стали, указывает среднее содержание углерода в сотых долях процента. Если в обозначении марки стали рядом с числом стоит буква Г, например 65Г, это означает, что в стали содержится марганец; из такой стали обычно изготовляют пружины. Выбор марки материала детали в учебных условиях производится приблизительно.
Сталь легированная конструкционная(ГОСТ 4543— 71) применяется для изготовления деталей, к которым предъявляются повышенные требования в отношении прочности, износа, жаростойкости, коррозии и других особых свойств. Число марки указывает среднее содержание в стали углерода в сотых долях процента. Буква X указывает на наличие хрома. Пример условного обозначения:
Сталь 40Х ГОСТ 4543—71.
Сталь инструментальная углеродистаяГОСТ 1435— 74 применяется для изготовления инструментов. Буква У — сокращение слова углеродистая; следующее за ней число указывает среднее содержание углерода в десятых долях процента; буква Г указывает на повышенное содержание в стали марганца. Для высококачественных сталей к указанным обозначениям добавляется буква А. Пример условного обозначения:
Сталь У10 ГОСТ 1435—74.
Чугун представляет железоуглеродистый сплав и широко применяется в машиностроении. Чугун имеет несколько видов, выпускаемых по соответствующим стандартам: серый чугун (ГОСТ 1412—85), ковкий чугун (ГОСТ 1215—79), высокопрочный чугун (ГОСТ 7293—85), антифрикционный чугун (ГОСТ 1585—85).
В условное обозначение чугуна входят буквы, которые указывают вид чугуна, например: серый чугун — СЧ; ковкий чугун — КЧ, высокопрочный — ВЧ, антифрикционный — АЧС.
Серый чугун(ГОСТ 1412—85). Пример условного обозначения:
СЧ20 ГОСТ 1412—85.
Ковкий чугун.Пример условного обозначения:
КЧ60—3 ГОСТ 1215—79.
Все остальные виды и область применения чугуна можно найти в соответствующих ГОСТах.
Медь и медные сплавы отличаются высокой теплопроводностью, высокой электропроводностью, коррозионной стойкостью, высокой температурой плавления. Они хорошо обрабатываются давлением. Медные сплавы используются в качестве литейных материалов, а также для изготовления труб, лент, проволоки и других изделий.
Латунь— медный сплав, в котором помимо меди основной составляющей частью является цинк. Латунь по сравнению с медью обладает более высокой прочностью и коррозионной стойкостью. Простые латуни обозначают буквой Л и цифрой, показывающей содержание меди в процентах. В специальных латунях после буквы Л пишут заглавную букву дополнительных легирующих элементов и через тире после содержания меди указывают содержание легирующих элементов в процентах. Все латуни хорошо паяются твердыми и мягкими припоями. Пример условного обозначения:
ЛК 2 ГОСТ 1020—77.
Бронзаминазывают медные сплавы, в которых основными легирующими элементами являются различные металлы, кроме цинка. Маркируют бронзы буквами Бр, за которыми следуют заглавные буквы легирующих элементов, а через тире — цифры, показывающие их процентное содержание. По сравнению с латунью бронзы обладают более высокими прочностью, коррозионной стойкостью и антифрикционными свойствами. Они весьма стойки на воздухе, в морской воде, растворах большинства органических кислот, углекислых растворах. Примеры условного обозначения:
БрА9Мц2Л ГОСТ 493—79
БрОЗЦ7С5Н1 ГОСТ 613—79
Сплавы алюминия с кремнием, магнием, медью, марганцем, цинком и другими металлами широко применяются в машиностроении.
Сплавы алюминия с кремнием таких марок, как: AJI1, АЛ2. АЛ8 (ГОСТ 2685—75), применяются для отливок деталей разных форм.
Для ковки и штамповки применяются алюминиевые сплавы марок АК4, АК6, АД1, АД12 (ГОСТ 4784— 74).
Марки А7, АД1, Д12, Д16П (ГОСТ 21631—76) применяются в штампованных деталях. Пример обозначения:
АЛ2 ГОСТ 2685—75.
Неметаллические материалы.Существует значительное количество неметаллических материалов, которые успешно могут заменить металлы и их сплавы. Все более широкое применение получают различные виды полимеров (пластмасс), которые благодаря своим особым физическим и механическим свойствам позволяют использовать их для литья под давлением, прессования, формовки из листов, сварки, склеивания, наплавления и других технологических процессов изготовления деталей. Полимерные материалы (пластмассы) подразделяются на две группы: термопластичные и термореактивные.
Термопластичные пластмассыпри нагревании переходят из твердого состояния в жидкое (плавятся), причем после охлаждения они снова затвердевают. Пластмассы этой группы можно перерабатывать несколько раз без потери их физико-механических свойств.
Термореактивные пластмассыпри нагреве не плавятся и не размягчаются, а при достижении определенной температуры начинают обугливаться, поэтому эти пластмассы допускают только однократное изготовление из них деталей.
Пример обозначения винипласта марки ВП (винипласт прозрачный):
По данным различных инженерных справочников, в мире существуют несколько сотен марок сталей. Стальной сплав – это материал в основе которого лежит сплав железа и углерода. Для формирования различных свойств в состав сплава добавляют различные химические вещества. Одни добавки усиливают прочностные характеристики, другие стойкость к износу или коррозии. Благодаря хрому добавленному в расплав характеристики 40Х увеличивают способность стали к термическому упрочнению, стойкость к воздействию корродирующих факторов и абразивному износу.
Расшифровка стали 40Х
Марку 40Х, относят к конструкционным, легированным. В результате того, что в состав стали может входить от 0.36 и 0.44% углерода и от 0.8 и до 1.1% хрома, она становится трудно свариваемой. То есть, для получения качественного шва необходимо выполнить ряд дополнительных технологических операций. Перед тем как начать сварку, кромки деталей необходимо подогреть до 300 ºC. После того как шов получен, надо выполнить отжиг.
Полный состав 40Х:
Химический состав стали 40Х позволяет ее применять для производства деталей с высокими параметрами прочности. К этим деталям относят:
Аналоги
Кстати, при выборе прутка из стали 40Х в качестве основного материала, проектировщик должен помнить о том, что существует возможность применения отечественных аналогов, таких как – 45Х, 38ХА, 40ХН, 40ХС, 40ХФ, 40ХР. Среди сталей, производимых за рубежом, существуют следующие аналоги как:
- G51400, H51350 – США;
- 37Cr4, 41Cr4, 41CrS4 – Германия;
- 35Cr, 38CrA, 40Cr, 40CrA – КНР.
ГОСТ 4543-71
При производстве стали изготовители руководствуются нормами ГОСТ 4543-71. Он определяет технические условия на прокат из легированной конструкционной стали. Его нормы распространяются на такие виды проката, как слитки, поковки и пр.
ГОСТ 4543-71 даёт чёткую классификацию конструкционных легированных сталей. В соответствии с ней сталь марки 40Х относится к группе хромистых сталей.
В этом же документе определены параметры качества, то есть, определяет максимально допустимое количество примесей, которые влияют на технические характеристики конструкционной легированной стали. К таким примесям относят серу, фосфор, медь и некоторые другие.
Кстати, в этом же документе определены режимы термической обработки проката.
Термическая обработка стали 40Х
Одной из ключевых характеристик металла является твёрдость, то есть, способность сопротивляться внедрению в него других, более твёрдых материалов. От уровня твердости зависит возможность применения металла при производстве тех или иных деталей машин и механизмов.
Твердость металла оказывает непосредственное влияние на:
- Прочность;
- Стойкость к износу и ряда других.
Инженер-технолог, подбирая режимы обработки металла из стали 40Х, руководствуется, в том числе и параметрами твёрдости. Для изменения параметра твердости используют термическую обработку.
Кроме того, она необходима для улучшения механических свойств как отдельных деталей, так и конструкции в целом. В состоянии поставки твердость стали 40Х составляет 217 Мпа – по Бринелю. Для её повышения, применяют разные методы термической обработки.
В частности, для 40Х используют следующие способы закалки с применением:
- единственного хладагента;
- двух хладагентов;
- струи охладителя;
Первый способ подразумевает под собой то, что будет использоваться один тип охладителя (вода, масло и пр.).
Второй, предполагает, то, что после охлаждения заготовки в воде, ее отправляют в масло.
Третий метод основан на том, что на разогретую часть детали, направляют струю охладителя (масло, вода). Этот способ применяют в том случае, если возникает потребность в закалке определённой части детали, например, венца зубчатого колеса. Кроме того, такая технология отличается тем, что в процессе обработки не возникает «паровая» рубашка и это положительно сказывается на качестве закалки.
В процессе термической обработки возникают проблемы защиты детали от дефектов, которые могут появиться после того, как появилась окалина (следствие воздействия кислорода) или выгорания углерода. Для предотвращения этого камеру, в которой происходит нагрев заготовки, насыщают газом, являющейся продуктом сгорания метана. На самом деле защита заготовки от воздействия атмосферного кислорода – это важная задача.
Кстати, термическую обработку изделий, выполненных из стали марки 40Х, лучше всего проводить в герметически закрытой печи. Иногда, для изоляции детали от воздействия посторонних факторов во время обработки в печи применяют чугунную стружку. То есть заготовку обкладывают чугунной стружкой или крошкой.
Применение стали 40Х в промышленности и быту
Как уже отмечалось выше, 40Х относят к легированным, конструкционным материалам. Именно это позволяет её использовать в автомобильной промышленности, так из неё производят карбюраторные иглы, пружинные изделия и пр. Кроме того, из этого материала производят поковки и детали трубопроводной арматуры. Но необходимо помнить о том, что все эти детали должны пройти термическую обработку. В частности, их закаливают в масле, и в нем же отпускают.
В машиностроении сталь 40Х применяют для производства технологической оснастки, в том числе и измерительной, детали компрессоров и многое другое.
Сталь 40Х и её заменители нашли своё применение в быту. В частности, из неё производят кухонную утварь, в частности, ножи. Они легко затачиваются, не подвержены коррозии. Ножи, выполненные из этого материала, могут быть использованы при разделке любых продуктов – мяса, птицы, овощей, фруктов. Можно смело утверждать, что сталь 40Х безвредна для человеческого организма.
Именно это позволяет применять сталь марки 40Х и её производные для изготовления медицинского инструмента, к примеру, медицинских скальпелей и прочего хирургического инструмента.
Но, кроме ряда неоспоримых достоинств, сталь 40Х обладает и рядом технологических недостатков. Так, этот материал обладает невысокой стойкостью к воздействию агрессивных сред и высоким температурам.
Для получения деталей разной формы применяют различные методы металлообработки, в том числе – точение, фрезерование, шлифование. Сталь 40Х можно отнести к материалам, которые не требуют для обработки какого-либо специального инструмента.
Слово сталь происходит от немецкого «Stahl», что значит сплав на железной основе с содержанием углерода менее 2% .
Предел в два процента обусловлен тем, что почти совпадает с пределом максимальной растворимости, который по последним данным составляет 1,9% , для простой нелегированной стали.
Сталь подразделяется на:
а ) углеродистую или простую, в которой по мимо углерода содержит ёщё и такие элементы как – кремний, фосфор, марганец, сера и прочие примеси неизбежные при существующих промышленных методах получения железных сплавов;
б ) легированную или сложную, содержащую легирующие компоненты – вольфрам, молибден, хром, марганец никель, титан, алюминий и др.
Сталь углеродистая обыкновенного качества, широко применяется в машиностроении. Цифры, входящие в состав обозначение марки стали, обозначают содержание углерода в десятых долях процента.
Пример обозначения: Ст 4 кп ГОСТ 380 – 94
Примерное назначение углеродистой стали
обыкновенного качества ГОСТ 380 – 94
Марка стали | Область применения |
Ст 0 | Неответственные строительные конструкции, прокладки, шайбы, кожухи (свариваемость хорошая). |
Ст 1 кп | Малонагруженные детали металлоконструкций – заклепки, шайбы, шплинты, прокладки, кожухи (свариваемость хорошая). |
Ст 2 кп | Детали металлоконструкций – рамы, оси, ключи, валики, цементируемые детали (свариваемость хорошая). |
Ст 3 кп | Детали, к которым предъявляются требования высокой твёрдости поверхностного слоя металла и невысокой прочности сердцевины, получаемые в результате технологического процесса цементации или цианирования – крюки кранов, кольца, цилиндры, шатуны, крышки. |
Ст 4 кп | Детали с невысокими требованиями к прочности – валы, оси, пальцы, тяги, крюки, болты, гайки. |
Ст 5 пс | Детали при повышенных требованиях к прочности – валы, оси, звездочки, крепежные детали, зубчатые колеса, шатуны. |
Ст 5 пс | Детали с высокой прочностью – валы, оси, бойки молотов, шпиндели, муфты кулачковые и фрикционные, цепи. |
Сталь углеродистая качественная конструкционная. Число, входящее в состав обозначения марки стали, указывает на содержание углерода в сотых долях процента. Если в обозначении марки стали рядом с числом стоит буква Г , например 65Г, это означает, что в стали содержится марганец.
Пример условного обозначения: Сталь 45 ГОСТ 1050 – 88
Примерное назначение углеродистой качественной
конструкционной стали ГОСТ 1050 – 88
Марка стали | Область применения |
10, 15 | Зубчатые колеса коробок передач, грузоподъемные кованые крюки, серьги, барабаны грузи подъемных механизмов, болты, гайки, винты заклепки, кулачки, подвижные шпонки, планки направляющих, втулки, пальцы, оси, упоры. |
20 | Оси и рычаги коробок передач и тормозов, валики, ролики, зубчатые колеса, поршневые и шатунные пальцы, болты, шурупы, грузоподъемные крюки, гайки для крюков, упоры, кулачки. |
20, 30 | Зубчатые колеса, поршни, шпонки, оси, валы, шатуны, муфты, фланцы, серьги, втулки, рычаги и пр. |
35, 40 | Оси, тяги, валы, шатуны, штоки, рычаги, зубчатые колеса, рукоятки, ступицы, гаечные ключи, фланцы, диски, гайки, винты, болты, плунжеры, втулки кольца, упоры, штифты. |
45, 50 | Коленчатые и карданные валы, шлицевые валы, шатуны, зубчатые колеса и рейки, диски сцепления, поршни, шпонки, клинья и планки направляющих, рукоятки, ступицы, фиксаторы, втулки, вилки. |
60Г, 65 Г, 70Г | Пружины спиральные (из холоднотянутой проволоки), пружинные шайбы, тормозные и фрикционные диски, упорные кольца. |
Сталь легированная конструкционная.
Легированная сталь это сплав, в состав которого помимо углерода и железа, входят легирующие элементы. В зависимости от процентного содержания и сочетания химических элементов меняются механические, и эксплуатационные свойства стали, такие как – прочность, жаростойкость, износостойкость, устойчивость к коррозии и др.
Легированные стали, в зависимости от содержания легирующих элементов, называют:
- до 2,5% – низколегированная;
- от 2,5 до 10% – среднелегированная;
- более 10% – высоколегированная.
На содержание углерода указывает число в названии марки стали и исчисляется в сотых долях процента. Буква X указывает на наличие хрома.
Пример обозначения: Сталь 40 Х ГОСТ 4543 – 71
Примерное назначение легированной
конструкционной стали ГОСТ 4543 – 71
Марка стали | Область применения |
15Х | Поршневые пальцы, валики, зубчатые колеса. |
20Х | Зубчатые колеса, коленчатые валы, втулки, плунжеры, направляющие планки, копиры, кулачки. |
30Х, 35Х, 38ХС | Валики, оси, зубчатые колеса, шатуны, ответственные болты, шпильки, гайки. |
40Х, 45Х, 50X | Зубчатые колеса, червячные и шлицевые валы, оси шпиндели, упорные кольца, штоки, рессоры. |
20ХН, 40ХН, 45ХН, 50ХН | Шлицевые и коленчатые валы, цепные звенья, зубчатые колеса, червяки. |
Сталь инструментальная углеродистая применяется для изготовления инструментов. В обозначении инструментальной стали число указывает на среднее содержание углерода в десятых долях процента.
- У – значит углеродистая
- Г – повышенное содержание марганца в стали
- А – высококачественная сталь
Пример обозначения: Сталь У8 ГОСТ 1435 – 99
Некоторые марки инструментальной углеродистой стали ГОСТ 1435 – 99