Машиностроительные материалы. Карманный справочник

Жуков А.А., Лужников А.П., Дынкина С.Я.

Машиностроение, 1967 г.

 ЧЕРНЫЕ   МЕТАЛЛЫ

И МЕТАЛЛОКЕРАМИЧЕСКИЕ

МАТЕРИАЛЫ

Черными металлами называют сплавы, содержащие не менее 45% железа. Железо создает основу твердых растворов — феррита (с объемно центрированной решеткой) и аустенита (с гранецентрированными решеткой) и входит в большинство соединений (с углеродом — цементит Fe3C, с азотом — нитриды и т. п.).

Технически чистое Железо при комнатной температуре состоит практически из одного феррита. С повышением содержания углерода увеличивается доля перлита (тонкая смесь феррита и цементита). В углеродистых сталях, содержащих 0,7—0,8% С, присутствует одни перлит, а с более высоким содержанием углерода — вторичный цементит.

При нагреве до температур выше критических все эти структурные составляющие переходят в аустенит. При медленном охлаждении они вновь выделяются (с размельчением зерна при оптимальных режимах отжига и нормализации), при быстром — появляются новые типы структур (мартенсит, бейнит, троостит, сорбит). Отпускприводит к возврату к структурам типа исходных, но с лучшим расположением частиц и зерен, поэтому закалку и высокий отпуск   называют улучшением.

Под влиянием некоторых компонентов (никеля, марганца) аустенит становится стабильным при комнатной и более низких температурах. Аустенитныестали и чугуны немагнитны.

В отличие от сталейчугуны не могут приобрести при нагреве чисто аустенитную структуру. Еще до полного растворения высокоуглеродистой фазы наступает начало плавления. Высокоуглеродистой фазой в чугунах может быть цементит (первичный и входящий в состав ледебурита) в случае белых чугунов и графит — в серых.

Феррит имеет невысокую прочность и твердость, но высокую пластичность. Перлит тверже, но менее пластичен, ледебурит тверд, но хрупок. Мартенсит и бейнит обладают высокой прочностью и твердостью. графит не прочен и хрупок, но имеет хорошие антифрикционные свойства.

Максимальным модулемупругости обладает феррит (21 000 кГ/mm2), с повышением содержания перлита в сталимодульупругости немного снижается (до 20 000 кГ/мм2). Закаленные на Мартенсит высокопрочные стали имеют наинизший модульупругости (~19 000 кГ/мм2). модульупругостичугунов колеблется от 8000 кГ/мм2 (серый чугун с крупным пластинчатым графитом) до 17 000 кГ/мм2 (высокопрочный чугун с шаровидным графитом).

Объемный вес феррита составляет 7,8 г/см3, аустенитныхсталей до 8 г/см3, высокоуглеродистых сталей ~7,6 г/см3 (закаленных на Мартенсит ~7,5 г/см3), чугунов 7,0— 7,4 г/см3.

Теплопроводность и электропроводность — максимальные у феррита и снижаются с легированиемуглеродом и другими элементами.

Конструкционная сталь

Углеродистая сталь

Сталь обыкновенного качества (ГОСТ 380—60*). Поставляется в виде проката — круглого, квадратного, полосового, горячекатаной ленты, толстого и тонкого листов, угловых и гнутых профилей, фасонного проката специальных профилей, швеллеров и балок, проволоки.

Сталь группы А поставляют по механическим свойствам (табл. 1). Б — по химическому составу, В — одновременно по механическим свойствам и химическому составу. По требованию заказчика сталь Ст.5 и Ст.6 поставляется в термообработанном состоянии (табл. 2).

Технологические свойства: температура начала ковки 1250° С (1200° С для Ст.6), конца ковки 850° С (Ст.О, Ст.2) и 800° С (Ст.З—Ст.7), свариваемость и обрабатываемость хорошие, не подвержена отпускной хрупкости, не   флокеночувствительная.

Области    применения

Ст.О — прокат для конструкций неответственного назначения, арматура;

Ст.2 — сварные конструкции, переплеты, арматура, анкерные болты;

Ст.З — холодноштампованные и сварные малонагруженные детали, фермы ответственного назначения, кожухи, крышки, вкладыши, малонагруженные болты и гайки, шайбы, цементуемые и нитроцементуемые детали неответственного   назначения, гнутые профили;

Ст.5 — звездочки, болты, гайки, шайбы, валы, клинья, рычаги, шатуны, упоры подшипников, втулки, валики, лонжероны, арматура периодического профиля-, фасонные специальные профили, тяги, рычаги, сварные и клепаные емкости, работающие при небольших давлениях;

Ст.6 — детали повышенной прочности, бабы молотов, шпиндели, червяки, кулачковые муфты, оси, валы, пальцы траков,   малонагруженные   шестерни.

Сталь качественная (ГОСТ 1050—60*). Виды проката те же, что и для предыдущей стали, а также трубы, шестигранный и круглый калиброванный прокат, широкополосный прокат, рессорная сталь, бандажи. Выплавляют в мартеновских и электродуговых печах. Поставляют по химическому составу и механическим свойствам (табл. 3). Предел выносливости приведен в табл. 4.

Механические свойства холоднотянутой (калиброванной) качественной углеродистой стали приведены в табл. 5.

Легированная литая сталь (ГОСТ 7832—65) выплавляется в мартеновских и электропечах, механические свойства указаны в табл. 11.

Шарикоподшипниковая сталь (ГОСТ 801—60) выплавляется в кислых печах, поставляется в виде прутка горячекатаного, холоднотянутого, труб, полос и проволоки. Химический состав приведен в табл. 12. Механические свойства, за исключением твердости, ГОСТами не регламентируются; особое внимание уделяется чистоте по неметаллическим включениям, карбидной неоднородности и другим металлографическим характеристикам. Механические свойства, по данным ВНИИПП, приведены в табл. 13.

Рессорно-пружинная сталь (ГОСТ 2052—53**) поставляется в виде горячекатаного профиля, холоднокатаной ленты, проволоки. Механические свойствастали приведены в табл. 14.

Области   применения

09Г2 — лист, рифленый лист, угловые профили, балки и швеллеры, детали для вагоностроения;

16ГС, 16ГТ и 10Г2С1 — детали паровых котлов и сосудов под давлением (в том числе при низких температурах);

25Г2С — детали с.-х. машиностроения, оси, кулаки, карданные и трансмиссионные валы, арматура- гладкая и периодического профиля для обычных и предварительно напряженных железобетонных конструкций, сварные валы гидротурбин, сварные цилиндры, плиты гидравлических прессов;

14ХГС — сварные трубы магистральных трубопроводов;

10ХСНД—сортовой, профильный и фасонный прокат для сварных конструкций и сосудов в химическом машиностроении;

15ХСНД — металлоконструкции кранов, работающих в условиях переменной нагрузки, пониженных температур, коррозии; строительные фермы, конструкции мостов и вагонов, шпунтовые сваи, рамы с.-х. машин, крепежные детали;    -

20Х — цементуемые  детали средних размеров, втулки, зубчатые колеса, поршневые кольца, толкатели, оси, шпиндели, червяки, копиры, гильзы, упорные диски, детали средних размеров, работающие при больших скоростях и средних удельных давлениях;

40Х — червячные валы, пиноли, шпиндели, оси, муфты, рейки, кулачки, коленчатые валы, зубчатые колеса и венцы, ролики, полумуфты, вал-шестерни, кривошипы, полуоси,   роторы   турбокомпрессоров;

50Х — валы, оси, крупные зубчатые колеса, пальцы, редукторные валы, упорные кольца, пружины, детали, работающие на истирание при небольших ударйых нагрузках;

45ХЦ — крупногабаритные детали сложной конфигурации, не подвергающиеся ударным нагрузкам; валы, оси, зубчатые колеса, пальцы, коленчатые валы, шатуны, болты,   червяки;

35Г2 — детали тракторостроения, валы, полуоси, цапфы, рычаги сцепления, вилки переключения передач, коленчатые валы, шатуны, валы электродвигателей, рулевые рычаги, болты, кольца;

45Г2 — карданные валы, полуоси, червяки, шатуны, крышки шатунов, шестеренные валы, коленчатые валы, звенья конвейерных цепей;

ЗБХГ2 — траки,   пальцы,   звездочки;

ЗЗХС — детали пружинного типа небольшого сечения, небольшие детали для автомобильного, тракторного и дорожного машиностроения;

38ХС — детали пружинного типа, всасывающие клапаны тракторных двигателей;

18ХГТ — детали, работающие прн больших скоростях, средних и высоких удельных давлениях и ударных нагрузках; шестерни с модулем до 5 мм, валы-шестерни, червяки, кулачковые муфты, валики, пальцы, шкворни, кольца конические диаметром до 250 мм и роликидиаметром до 20 мм в подшипниках;

ЗОХГТ — сильно нагруженные детали, работающие при больших скоростях и повышенных удельных давлениях, детали   приборостроения,   работающие   на   скручивание;

40ХГТ — крупногабаритные детали повышенной прочности, работающие при средних окружных скоростях и удельных давлениях при отсутствии ударных нагрузок;

ЗОХГВТ — коленчатые валы, зубчатые колеса, валы-шестерни, муфты, детали сечением до 700 мм (взамен стали марки 40ХН) и до 500 мм (взамен стали марки 40ХНМ) с   повышенной   прочностью и   вязкостью;

20ХГР, 20ХНР, 20ХГНР — нагруженные крупные детали, работающие в условиях ударных нагрузок; зубчатые колеса, валы-шестерни, червяки, кулачковые муфты, валики,   пальцы,   втулки;

40ХНР — детали, работающие при средних окружных скоростях и высоких удельных давлениях и ударных нагрузках;

20ХФ — мелкие цементуемые детали, распределительные валики (сталь может применяться в качестве улучшаемой),

40ХФА — валы экскаваторов и ответственные детали типа осей, валов, траверс, зубчатых колес, крепежные детали трубопроводов высокого давления при температуресреды 200—400° С, азотируемые детали повышенной твердости;

20ХЗФ — ролики крупногабаритных подшипниковдиаметром 20—150 мм;

20НМ — кольца подшипниковдиаметром 40—50 мм, роликидиаметром до 18 мм;

30ХМ, ЗОХМА — крепежные детали турбин и паропроводов, работающих при 450—500е С; зубчатые колеса для точных передач, валы, цапфы, втулки, шпильки;

35ХМ — ответственные детали турбин и турбокомпрессоров, работающих при температуре до 480° С; детали повышенной усталостной прочности;

40Н — ответственные детали общего машиностроения: диски, валы, цельнокованые роторы паровых турбин, коленчатые   валы,   цилиндры   аккумуляторов,   баллоны;

40ХН — крупные ответственные детали повышенной прочности   и   пластичности;

12ХН2 — цементуемые детали, детали повышенной прочности и вязкости;

20Х2Н4А — ответственные тяжелоиагруженные детали с высокой прочностью и вязкостью сердцевины, работающие в тяжелых условиях; цементуемые детали, кольца диаметром 400—2500 мм и роликидиаметром 60—150 мм крупногабаритных подшипников;

20ХГСА — валики, рычаги, оси, сварные конструкции, работающие при   знакопеременных   нагрузках;

ЗОХГС, ЗОХГСА — дорны пильгерстанов, валы, оси, зубчатые колеса, тормозные ленты, лопатки компрессорных машин, работающих при 150—200° С в условиях значительных нагрузок, износостойкие детали, ответственные сварные конструкции;

35ХГСА — то же, и детали приборов с повышенными упругими свойствами;

38ХГС, 38ХГСА — полуоси тяжелонагруженных автомобилей;

38ХГН — валы, осн, шестерни, крепежные детали экскаваторов и буровых машин, ответственные детали общего машиностроения с повышенной прочностью и прокали ваемостью;

38ГСНА — особо ответственные тяжелонагруженные детали;

14ХГ2НР, 14ХГ2СР — тяжелонагруженные детали, в том числе цементуемые (взамен сталей 12ХНЗА и 12Х2Н4А);

25Х2ГНТА — то же (взамен сталей 18Х2Н4ВА и 12Х2Н4А);

20ХНМ — зубчатые колеса, полуоси, сателлиты;

20Х2Н2М — ответственные детали высокой прочности и вязкости, подвергающиеся динамическим нагрузкам при высоких требованиях к прочности сердцевины (взамен сталей 18Х2Н4МА и 20Х2Н4) для поковок сечением до 350 мм;

25ХЗНМ — ковано-сварные корпусы, фланцы сосудов, работающих при высоких давлениях и температурах от —50 до +300° С; реакционные колонны, сепараторы газовые,   буферные емкости;

34ХН1М — особо ответственные высоконагруженные детали, диски паровых турбин, коленчатые валы, оси, детали компрессорных машин, работающие при температурах   до   400° С;

34ХН2М — диски, роторы, валы паровых турбин сечением до 1200 мм;

34ХНЗМ — особо ответственные крупные детали турбостроения, оси шагающих экскаваторов;

40ХНМА — коленчатые валы, клапаны, шатуны, крышки шатунов, ответственные болты, зубчатые колеса, нагруженные детали сложной конфигурации;

45ХНМФ — сильно нагруженные валы, торсионные валы и другие детали, сечением до 100 мм;

15ХНГ2ВА, 12Х2Г2СВА — особо ответственные детали, работающие при больших скоростях и при наличии ударных нагрузок (взамен стали 18Х2Н4ВА, 12Х2Н4А, 20Х2Н4А);

35Х2ГСВА — то же (для глубокопрокаливаемых деталей сечением до 600 мм);

30Х2ГМТ — валы-шестерни, опорные ролики;

38ХЮ, 38ХМЮА — ответственные детали турбостроения, моторостроения, точного машиностроения и приборостроения, упрочняемые азотированием, штоки клапанов паровых турбин, работающие при температурах до 450° С; гильзыцилиндров двигателей внутреннего сгорания, толкатели, иглы форсунок, тарелки букс, стаканы, пальцы, распределительные валики, зубчатые колеса, шпиндели, детали повышенной износостойкости и сложной конфигурации, требующих минимального коробления при термообработке;

55С2 — пружины и рессоры для автомобильного, тракторного и транспортного машиностроения;

60СА, 60С2А — пружины передней подвески автомобиля, спиральные пружины в станкостроении, торсионные валы;

60С2ХА — высоконагруженные ответственные пружины и рессоры;

70С2Х А — то же. для пружин и рессор из тонкой ленты;

50ХФА — ответственные клапанные, сальниковые и другие пружины, пружины, работающие при температурах до 300° С;

60ХЗГ8Н8В — немагнитные кольца для турбогенераторов   (каппы);

45Г17ЮЗ — немагнитные нажимные пальцы, бандажи статора   турбогенератора;

35ГЛ — диски, звездочки, зубчатые венцы, барабаны, шкивы, крестовины, траверсы, ступицы, вилки, зубчатые колеса, валы, кулачковые муфты, цапфы, прямые и обратные лопатки, ковши драглайнов, решетчатые стрелы, щеки дробилок, бандажи бегунов;

20ГСЛ — лопасти гидротурбин с облицовкой из нержавеющей стали, зубчатые венцы и колеса, втулки, лопатки, сектора,   колонны;

ЗОГСА — зубчатые венцы и колеса, ролики, обоймы, фланцы, шкивы, сектора, колонны;

40ХЛ — отливки, изготовляемые по выплавляемым моделям;

35ХГСЛ — ответственные литые детали повышенной износостойкости;

Л27СГТ — тракторные детали, подвергаемые улучшению;

20ХМЛ — литье для паровых и газовых турбин, работающих при температурах до 500—510° С; литая арматура и детали трубопроводов высокого давления;

ЗОХМЛ — шестерни, крестовины, втулки, зубчатые колеса, горизонтальные валки слябинга;

Х5МЛ — фланцы, патрубки, детали трубопроводов, арматура, насосы, детали, работающие при —40-5-+550" С под давлением в серосодержащих средах;

Х5ТЛ — то же (до температуры 425° С);

Х8ВЛ — то же (до температуры 575° С).