Материаловедение. Методические указания к лабораторным работам (стр. 4 )

9.  Заполнить таблицу результатов эксперимента.

10. 
Сделать выводы о характере зависимости твердости образцов после термической обработки от типа охлаждающей среды.

Таблица 9

Результаты проведения эксперимента

№	вид термической обработки	охлаждающая среда	ε	твердость HRC
до ТО	после ТО
1	отжиг	пространство печи
2	нормализация	воздух	0,01
3	закалка	вода (20 ºС)	1
4	закалка	10 % NaCl в H2O	3
5	закалка	масло минеральное	0,3

3.  Содержание отчёта

1.  Цель лабораторной работы.

2.  Эскизы образцов.

3.  Определение времени нагрева и выдержки образцов в печи.

4.  Графики термической обработки.

5.  Результаты проведения эксперимента (табл. 9).

6.  Выводы по работе.

4.  Контрольные вопросы

1.  Какие изделия подвергают термообработке?

2.  Какие превращения протекают при термической обработке?

3.  Назвать основные виды термической обработки.

4.  Что такое отжиг, закалка, нормализация, отпуск?

5.  В чем недостаток закалки в воде, по сравнению с закалкой в масле?

6.  В чем преимущества нормализации перед отжигом?

7.  Классификация способов закалки.

8.  Назвать возможные дефекты после закалки.

9.  Как определяется температура нагрева под термическую обработку? Как влияет легирование?

10.  Почему при закалке опасен нагрев выше указанных температур?

11.  Как определяется время нагрева и от чего оно зависит?

12.  Описать механизм действия закалочных сред.

13.  Внутренние напряжения: виды и причины образования.

14.  Оборудование термической обработки. Преимущества и недостатки соляных ванн.

15.  Сущность и цель обработки холодом.

Лабораторная работа № 5

Тема: маркировка основных материалов используемых в машиностроении.

Цель работы: закрепить знания о маркировке наиболее широко применяемых в машиностроении материалов.

Время, отведенное на проведение работы: 4 часа.

Необходимые материалы:

коллекции образцов черных и цветных металлов и сплавов; контрольные карточки.

1.  Теоретическая часть

1.1. Стали

1.1.1. Углеродистые стали обыкновенного качества

Марки, химический состав и степень раскисления этих сталей регламентирует ГОСТ 380-94, а механические свойства – ГОСТ 535-88.

Стали маркируют сочетанием букв «Ст» и цифрой (от 0 до 6), показывающей номер марки. Степень раскисления обозначают добавлением в спокойных сталях букв «сп», в полуспокойных – «пс», в кипящих – «кп». Например, Ст3сп, Ст3пс, Ст3кп. Спокойными и полуспокойными производят стали Ст1 – Ст6, кипящими – Ст1 – Ст4. Сталь Ст0 по степени раскисления не разделяют, в этой стали указывают только содержание углерода (С £ 0,23 %), серы (S £ 0,06 %) и фосфора (Р £ 0,07 %). В остальных марках регламентировано содержание C, Mn, Si, S, P.

Для всех сталей, кроме Ст0, определить содержание углерода в процентах можно умножив 0,07 на номер марки. Так, в стали Ст3: С (%) » 0,07*3 » 0,21 % (по ГОСТ 380-94 фактически 0,14-0,22 %).

Концентрация марганца возрастает от 0,25-0,50 % в стали Ст1 до 0,50-0,80 % в стали Ст6. Три марки стали производят с повышенным (0,80-1,1 %) содержанием марганца, на что указывает буква «Г» в марке: Ст3Гпс, Ст3Гсп, Ст5Гпс.

Содержание кремния зависит от способа раскисления стали: у кипящих – не более 0,05 %, у полуспокойных – не более 0,15 %, у спокойных – не более 0,30 %.

1.1.2. Углеродистые качественные стали

Эти стали характеризуются более низким, чем у сталей обыкновенного качества, содержанием вредных примесей и неметаллических включений. Их поставляют в виде проката, поковок и других полуфабрикатов с гарантированным химическим составом и механическими свойствами (ГОСТ 1050-88). Маркируют их двухзначными числами: 08, 10, 15, 20, …, 65, обозначающими среднее содержание углерода в сотых долях процента. Например, сталь 10 содержит в среднем 0,10 % С, сталь 45-0,45 % С и т. д.

Спокойные стали маркируют без индекса, полуспокойные и кипящие с индексами соответственно «пс» и «кп». Кипящими производят стали 08кп, 10кп, 15кп, 18кп, 20кп; полуспокойными – 08пс, 10пс, 15пс, 20пс. В отличие от спокойных кипящие стали практически не содержат кремния (не более 0,03 %); в полуспокойных его количество ограничено 0,05-0,17 %.

Содержание марганца повышается по мере увеличения концентрации углерода от 0,25 до 0,80 %. Содержание азота для сталей, перерабатываемых в тонкий лист, ограничено 0,006 %; для остальных сталей – 0,008 %.

1.1.3. Легированные конструкционные стали

Такие стали производят и поставляют качественными, высококачественными и особовысококачественными. Эта группа сталей многочисленна по числу марок.

Таблица 10

Обозначение химических элементов в маркировке легированных сталей

Химический элемент	Символ в периодической системе	Обозначение в маркировке легированных сталей
Азот	N	А
Алюминий	Al	Ю
Бериллий	Be	Л
Бор	B	Р
Ванадий	V	Ф
Висмут	Bi	Ви
Вольфрам	W	В
Галий	Ga	Гл
Иридий	Ir	И
Кадмий	Cd	Кд
Кобальт	Co	К
Кремний	Si	С
Магний	Mg	Ш
Марганец	Mn	Г
Медь	Cu	Д
Молибден	Mo	М
Никель	Ni	Н
Ниобий	Nb	Б
Селен	Se	Е
Титан	Ti	Т
Углерод	C	У
Фосфор	P	П
Хром	Cr	Х
Цирконий	Zr	Ц

Марка легированных сталей состоит из сочетания букв и цифр, обозначающих ее химический состав. Обозначение легирующих элементов по ГОСТ 4543-71 приведено в табл. 10. Число, стоящее после буквы, указывает на примерное содержание легирующего элемента в процентах. Если число отсутствует, то легирующего элемента меньше или около 1 %.

Число в начале марки конструкционной легированной стали показывает содержание углерода в сотых долях процента. Например, сталь 20ХН3А в среднем содержит 0,20 % С, 1 % Cr и 3 % Ni. Буква «А» в конце марки означает, что сталь высококачественная. Особовысококачественные стали (например, после электрошлакового переплава) имеют в конце марки букву «Ш», например 30ХГС-Ш.

Нестандартные легированные стали, выплавляемые заводом «Электросталь», маркируют сочетанием букв «ЭИ» (электросталь исследовательская) или «ЭП» (П – пробная) и порядковым номером (например, ЭИ415, ЭП716 и другие). После промышленного освоения условное обозначение заменяют на марку, отражающую примерный состав стали.

1.1.4. Низколегированные строительные стали

В соответствии с ГОСТ строительные стали подразделяют

на несколько классов прочности. Маркируют их буквой «С» и числом, выражающим значение предела текучести в мегапаскалях: С235, С285,…, С590. В конце могут стоять буквы «К», «Т» или «Д», обозначающие:

«К» – отличие химического состава стали от состава стали того же класса прочности, например С345К, отличается от С345 наличием 0,08…0,15 % Al;

«Т» – упрочнение проката термической обработкой;

«Д» – введение в сталь 0,15-0,30 % Cu для повышения сопротивления атмосферной коррозии.

1.1.5. Подшипниковые стали

Для производства шариков, роликов и колец подшипников при-

меняют недорогие технологичные хромистые стали ШХ4, ШХ15, ШХ15ГС и ШХ20ГС, содержащие примерно 1 % С (ГОСТ 801-78). В обозначении марок буква «Ш» означает подшипниковую сталь; «Х» – наличие хрома; число – его содержание в десятых долях процента (например, в ШХ15 – 1,5 % Cr); «ГС» – легирование марганцем (до 1,7 %) и кремнием (до 0,85 %).

1.1.6. Углеродистые инструментальные стали

Углеродистые инструментальные стали (ГОСТ 1435-90) производят качественными У7, У8, У9, … , У13, и высококачественными У7А, У8А, У9А, …, У13А. Бука «У» в марке показывает, что сталь углеродистая инструментальная, а число указывает среднее содержание углерода в десятых долях процента.

1.1.7. Низколегированные инструментальные стали

Эти стали содержат до 5 % легирующих элементов (ГОСТ 5950-73, ГОСТ ).

В начале марки указывается однозначное число, показывающее содержание углерода в десятых долях процента. При содержании углерода более

1 %, число не указывается. Далее перечисляются легирующие элементы (табл. 10), с указанием их примерного содержания в процентах (например, в стали ХВГ – 0,9-1,05 % С; 0,9-1,2 % Сr; 1,2-1,6 % W; 0,8-1,1 % Mn).

1.1.8. Быстрорежущие стали

Быстрорежущие стали обозначают буквой «Р» (от rapid – скорость), после которой стоит число, указывающее содержание (в процентах) вольфрама – основного легирующего элемента (ГОСТ ). Содержание ванадия (до 2 %) и хрома (около 4 % во всех сталях) в марке не указывается. Стали, легированные дополнительно молибденом, кобальтом или имеющие повышенное количество ванадия, содержат в марке соответственно буквы «М», «К», «Ф» и числа, показывающие их содержание в процентах (например, Р6М5, Р10К5Ф5). ГОСТ предусматривает 14 марок быстрорежущих сталей, которые по эксплуатационным свойствам делятся на две группы: нормальной и повышенной производительности.

1.2. Чугуны

Показателем механических свойств серых чугунов, в соответствии с ГОСТ 1412-85 является прочность при статическом растяжении.

Марка серого чугуна состоит из букв «СЧ» (серый чугун) и цифры, показывающей уменьшенное в 10 раз значение (в мегапаскалях) временного сопротивления при растяжении. Например, СЧ10 (sв = 100 МПа), СЧ15 (sв = 150 МПа), СЧ25 (sв = 250 МПа), СЧ35 (sв = 350 МПа).

Марка высокопрочного чугуна (ГОСТ 7293-85) состоит из букв «ВЧ» и числа, обозначающего уменьшение в 10 раз значения временного сопротивления. Например, ВЧ35 (sв = 350 МПа), ВЧ45 (sв = 450 МПа), ВЧ100 (sв = 1000 МПа).

Ковкие чугуны (ГОСТ 1215-79) маркируют буквами «КЧ» и числами,

первое из которых указывает уменьшенное в 10 раз значение временного сопротивления при растяжении – sв, второе – значение относительного удлинения – d. Например, КЧ30-6 (sв = 300 МПа, d = 6 %), КЧ60-3 (sв = 600 МПа, d = 3 %).

1.3.  Медь и ее сплавы

По ГОСТ 859-78 в зависимости от содержания примесей различают следующие марки меди: М00 (99,99 % Cu), М0 (99,97 % Сu), М1 (99,9 % Cu), М2 (99,7 % Cu), М3 (99,5 % Cu).

Медные сплавы маркируют по химическому составу, используя буквы для обозначения элементов и числа для указания их массовых долей. В медных сплавах, так же как в алюминиевых и магниевых, буквенные обозначения отличаются от обозначений, принятых для сталей. Алюминий в них обозначают буквой «А»; бериллий – «Б»; железо – «Ж»; кремний – «К»; медь – «М»; магний – «Мг»; мышьяк – «Мш»; никель – «Н»; олово – «О»; свинец – «С»; серебро – «Ср»; сурьма – «Су»; фосфор – «Ф»; цинк – «Ц»; цирконий – «Цр»; хром – «Х»; марганец – «Мц».

1.3.1. Латуни

Латуни (сплавы меди с цинком) маркируют буквой «Л». В деформируемых латунях (ГОСТ ), не содержащих кроме меди и цинка других элементов, за буквой «Л» ставится число, показывающее среднее содержание меди. В многокомпонентных латунях после «Л» ставятся буквы – символы элементов, а затем числа, указывающие содержание меди и каждого легирующего элемента. Например, латунь Л68 содержит 68 % Cu, латунь ЛАН59-3-2 содержит 59 % Cu, 3 % Al, 2 % Ni (остальное Zn). В марках литейных латуней (ГОСТ ) указывается содержание цинка, а количество каждого легирующего элемента ставится непосредственно за буквой, обозначающей его. Например, латунь ЛЦ40Мц3А содержит 40 % Zn, 3 % Mn и 1 % Al.

1.3.2. Бронзы

Бронзы (сплавы меди со всеми элементами, кроме цинка) обозначают буквами «Бр», за которыми ставятся буквы и числа. В марках деформируемых бронз (ГОСТ 5017-74) сначала помещают буквы – символы легирующих элементов, а затем числа, указывающие их содержание. Например, БрАЖ9-4 содержит 9 % Al, 4 % Fe, остальное – Cu. В марках литейных бронз (ГОСТ 613-79) после каждой буквы указывается содержание этого легирующего элемента. Например, БрО6Ц6С3 содержит 6 % Sn, 6 % Zn, 3 % Pb, остальное – Cu.

1.4. Алюминий и его сплавы

В зависимости от содержания примесей первичный алюминий подразделяют на три класса: особой чистоты А999 (£0,001 % примесей), высокой чистоты А995, А99, А97, А95 (0,005 – 0,05 % примесей) и технической чистоты А85, А8 и др. (0,15 – 1 % примесей).

В начале маркировки алюминиевых сплавов (ГОСТ 4784-74, ГОСТ 1583-89) указывается их тип: «Д» – сплавы типа дуралюминов; «А» – технический алюминий; «АК» – ковочные алюминиевые сплавы; «В» – высокопрочные сплавы; «АЛ» – литейные сплавы. Далее указывается условный номер сплава. За ним следует обозначение, характеризующее состояние сплава: «М» – мягкий (отожженный); «Т» – термически обработанный (закалка, старение); «Н» – нагартованный; «П» – полунагартованный.

При введении в сплавы, не упрочняемые термической обработкой марганца или магния, это указывается в обозначении индексами «Мц» и «Мг» (например, а АМг3П).

1.5. Магний и его сплавы

В зависимости от содержания примесей установлены следующие марки магния (ГОСТ 804-73): Мг96 (99,96 % Mg), Мг95 (99,95 % Mg), Мг90 (99,90 % Mg).

Химический состав и механические свойства деформируемых магниевых сплавов (МА5, МА11, МА14, МА19) регламентирует ГОСТ , литейных (МЛ5, МЛ12, МЛ15 и др.) – ГОСТ 2856-79.

В обозначениях буква «А» показывает, что сплав деформируемый, «Л» – литейный. Следующие за ними цифры указывают условный номер сплава.

1.6. Титан и его сплавы

Титановую губку – сырье для производства монолитного титана (ГОСТ ) маркируют по твердости специально выплавленных из нее образцов (ТГ-100, ТГ-110 и т. д.).

Технический титан маркируют в зависимости от содержания примесей ВТ1-00 (сумма примесей £ 0,10 %), ВТ1-0 (сумма примесей £ 0,30 %).

Химический состав, структуру и механические свойства промышленных титановых сплавов регламентирует ГОСТ .

По способу производства различаются деформированные титановые сплавы (ВТ9, ВТ18) и литейные (ВТ21Л, ВТ31Л).

1.7. Припои

В приборостроении для низкотемпературной пайки применяются оловянно-свинцовые и оловянно-цинковые припои (ГОСТ ). Обозначают «ПОС» («ПОЦ») и цифрой, указывающей содержание олова. Например, ПОС-61 (61 % Sn, 39 % Pb), ПОЦ-90 (90 % Sn, 10 % Zn).

Высокотемпературные припои – медно-цинковые. Цифра указывает содержание меди. Например, ПМЦ-54 (54 % Cu, 46 % Zn).

2.  Порядок выполнения работы

1.  Записать в отчет цель работы.

2.  Изучить теоретическую часть работы.

3.  Ознакомиться со справочной литературой.

4.  Рассмотреть предложенную преподавателем коллекцию материалов;

5.  Записать в отчет сведения о материалах, указанных в карточках, выданных преподавателем (вид сплава, его химический состав, свойства и др.).

3.  Содержание отчёта

1.  Цель лабораторной работы.

2.  Сведения о материалах, указанных в карточках.

3.  Выводы по работе.

Список используемой литературы

1.  , , и др. Материаловедение: Учеб. для вузов / Под ред. , . – М.: МГТУ, 2002.– 648 с.

2.  , Леонтьева : Учеб. для высших техн. учеб. заведений; – 3-е изд., перер. и доп. – М.: Машиностроение, 1990. – 528 с.

3.  , , Кунявская : Учебник для техникумов.– М.: Металлургия, 1990. – 416 с

4.  , , и др.; Технология металлов и конструкционные материалы: Учебник для машиностроительных техникумов / Под общ. Ред. . – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1989. – 496 с.

5.  , Москалев конструкционных материалов и материаловедение. Учебник для вузов. – М.: Высшая школа, 1990. – 447 с.

6.  Физико-механические испытания металлов, сплавов и неметаллических материалов. ­ М.: Машиностроение, 1990

7.  Технология конструкционных материалов: Учебное пособие для вузов / Под ред. – 2-е изд. перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1990. – 352 с.