Ковким называется чугун в отливках, изготовленных из белого чугун и подвергнутых последующему графитизирующему отжигу, в результате чего цементит распадается, а образующийся графит приобретает форму хлопьев. Ковкий чугун обладает лучшей демпфирующей способностью, чем сталь, и меньшей чувствительностью к надрезам, удовлетворительно работает при низких температурах.
Высокопрочный чугун, характеризующийся шаровидной или близкой к ней формой включений графита, получают модифицированием жидкого чугуна присадками Mg, Ce, Y, Ca и некоторых др. элементов.
Такой чугун применяется для замены стальных литых и кованых деталей (коленчатые валы двигателей, компрессоров и т.д.), а также деталей из ковкого или обычного серого чугуна.
Легированные чугуны. Для улучшения прочностных, эксплуатационных характеристик или придания чугуну особых свойств (износостойкости, жаропрочности, жаростойкости, коррозионностойкости, немагнитности и т.д.) в его состав вводят легирующие элементы (Ni, Cr, Cu, Al, Ti, W, V, Mo и др.).
Маркировка чугунов.
Маркировка обозначения марок доменных чугунов содержат буквы и цифры. Буквы указывают основное назначение чугуна: П — передельный для кислородно-конверторного и мартеновского производства и Л — литейный для чугунолитейного производства.
Литейный коксовый чугун обозначают ЛК, в отличие от чугуна, выплавленного на древесном угле (ЛД). Марки чугуна литейного производства, как правило, обозначаются буквами, показывающими основной характер или назначение чугуна: СЧ — серый чугун, ВЧ — высокопрочный, КЧ — ковкий. Для антифрикционного чугуна в начале марки указывается буква А (АСЧ, АВЧ, АКЧ).
Цифры в обозначении марок нелегированного чугуна указывают его механические свойства. Для серых чугунов приводят регламентированные показатели пределов прочности при растяжении и изгибе (в кгс/мм2), например СЧ21-40.
Для высокопрочного и ковкого чугуна цифры определяют предел прочности при растяжении (в кгс/мм2) и относительное удлинение (в %), например ВЧ60-2
Обозначение марок легированных чугунов состоит из букв, указывающих, какие легирующие элементы входят в состав чугуна, и стоящих непосредственно за каждой буквой цифр, характеризующих среднее содержание данного легирующего элемента так как в сталях.
Пример обозначения легированных чугунов:
ЧН19ХЗ — чугун, содержащий ~19% Ni и ~3% Cr.
Если в легированном чугуне регламентируется шаровидная форма графита, в конце марки добавляется буква Ш (ЧН19ХЗШ).
ЦВЕТНЫЕ МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ
Медные сплавы
Чистая медь обладает высокой пластичностью, высокими тепло- и электропроводностью. Плотность меди 8,9 г/см3, температура плавления 1083 0 С.
Марки меди: МО (99,95% Си),
Ml (99,9% Си), М2 {99,7% Си),
МЗ (99,5% Си), М4 (99,0% Си).
Чистая медь из-за низкой прочности не получила широкого применения в машиностроении. В основном применяются сплавы меди (с цинком, оловом, алюминием, кремнием и т.д.) Сплавы меди с цинком называются латунями. Латуни маркируются буквой Л — латунь, за которой стоят цифры, указывающие содержание в ней меди (Л96, Л62 и т.д.).
Кроме простых латуней применяются специальные (сложные) латуни, в которые для придания тех или иных свойств дополнительно вводят различные элементы. Специальные латуни маркируются буквой Л, после которой следуют буквы, обозначающие легирующие элементы: А — алюминий, Ж — железо, К — кремний, М — марганец, Н — никель, С — свинец и т.д. Первые две цифры, стоящие за буквами, указывают среднее содержание меди, последующие цифры — содержание легирующих элементов
Сплавы меди с оловом, свинцом, кремнием, алюминием и другими элементами называются бронзами. Маркируют бронзы буквами Бр — бронза, за которыми следуют буквы, указывающие легирующие элементы, введенные в бронзу, и далее цифры, показывающие содержание легирующих элементов в процентах (например, БрО10 означает 10% олова, остальное медь).
Алюминиевые сплавыотносится к легким металлам. Температура плавления алюминия 658°С, плотность 2,7 г/см3. Алюминий обладает высокой пластичностью и низкой прочность. Чистый алюминий хорошо сопротивляется коррозии, так как на его поверхности образуется защитная (плотная) пленка окиси алюминия.
Деформируемые алюминиевые сплавы, не упрочняемые термической обработкой, характеризуются невысокой прочностью, высокой пластичностью и высокой коррозионной стойкостью. К ним относятся сплавы
алюминий — марганец (АМц) и алюминий — магний (АМг).
Дюралюминий — это сплав
AI-Cu-Mg—Мп. Маркируется дюралюминий буквой Д —дюралюминий, за которой следуют цифры, указывающие условный номер. Дюралюминий хорошо деформируется в горячем и холодном состояниях. Дюралюминий поставляется в виде профилей, прутков, листов и др.
Сплавы авиаль (Al-Mg-Si-Cu) уступают по прочности дюралюминию, но обладают лучшей пластичностью в горячем и холодном состояниях. Из авиаля изготовляют листы, трубы и другие изделия.
Для ковки и штамповки применяют алюминиевые сплавы АК (АК1, АК6, АК8 и т.д.), обладающие высокой пластичностью при температурах ковки. Литейные сплавы алюминия — сплавы системы А1—Si — называются силуминами. Маркируются силумины буквами АЛ, за которыми следуют условные цифры.
Твердые сплавы
Промышленностью выпускаются три группы твердых сплавов: вольфрамовые - ВК, титановольфрамовые – ТК, титанотанталовольфрамовые —ТТК.
Твердые сплавы выпускаются в виде пластинок различных форм и размеров, получаемых методом порошковой металлургии (прессованием и спеканием).
Для обозначения марок используются буквы:
В - карбид вольфрама, К - кобальт, первая буква Т -карбид титана, вторая буква Т - карбид тантала. Цифры после букв указывают примерное содержание компонентов в процентах. Остальное в сплаве (до 100%) - карбид вольфрама. Буквы в конце марки означают:
В -крупнозернистую структуру,
М - мелкозернистую,
ОМ - особомелкозернистую.
Пример:
ВК2-2 % кобальта, остальное карбиды вольфрама,
Т5К10- 5% карбиды титана,
10% кобальта, остальное карбиды вольфрама,
ТТ7К12-7% карбидов титана и тантала,
12% кобальта, остальное карбиды вольфрама.
Минералокерамические материалы
В целях экономии дорогостоящих и редких материалов, входящих в состав твердых сплавов, создан минералокерамический материал - микролит марки ЦМ332 на основе корунда (оксида алюминия - AL2O3) в виде пластинок белого цвета. Разработаны более прочные керамические материалы, в частности марки ВЗ, в виде многогранных неперетачиваемых пластинок черного цвета.
Сверхтвердые инструментальные материалы
Природные (А) и синтетические (АС) алмазы представляют собой кристаллическую модификацию чистого углерода. Они обладают самой большой из всех известных в природе материалов твердостью. Вместе с тем алмазы характеризуются хрупкостью и
интенсивностью изнашивания при резании черных металлов.
Для обработки резанием цветных металлов создан новый синтетический материал - кубический нитрид бора (КНБ). Такие материалы выпускаются с размерами заготовок 4-8 мм под общим названием композиты трех марок: композит 01 (эльбор Р), композит 05 и композит 10 (гексанит Р).
Термическая обработка
Цель термической обработки — получение в заготовке или детали необходимого комплекса свойств (механических, физических, химических) за счет образования необходимой структуры металла.
Таким образом, цель — изменение свойства материала, а не размеров и формы заготовки в отличие от других технологий (литье, сварка, обработка давлением и резанием).
Термическая обработка может быть разупрочняющей или упрочняющей. Разупрочняющая — для придания заготовке необходимых технологических свойств (например, обрабатываемость резанием выше, если твердость и прочность материала низкие). Упрочняющая — для получения необходимых эксплуатационных свойств детали.
Термическая обработка состоит из нагрева до определенной температуры, выдержке при этой температуре и охлаждения.
Отжиг — разупрочняющая обработка. Основные цели отжига: перекристаллизация стали (измельчение зерна), снятие внутренних напряжений, снижение твердости и улучшение обрабатываемости.
Нормализацией называется нагрев доэвтектоидной стали до температуры выше Ас3, а заэвтектоидной — выше Аст на 50—60°С с последующим охлаждением на воздухе. При нормализации происходит перекристаллизация стали, устраняющая крупнозернистую структуру, полученную при литье или ковке
Закалка — упрочняющая термическая обработка. Повышение твердости и прочности обеспечивается за счет получения структуры мартенсита. Закалка не является окончательной операцией. После нее выполняют отпуск.
Отпуск и старение стали.
Отпуск — окончательная операция термической обработки, формирующая свойства металла.Отпуск — это нагрев стали до температуры ниже Ас1, выдержка при заданной температуре и последующее охлаждение с заданной скоростью (обычно на воздухе). При отпуске достигаются уменьшение внутренних напряжений и получение более равновесной структуры.
Старение — это процесс изменения свойств сплавов без заметного изменения микроструктуры. Известно два вида старения: термическое и деформационное.
Поверхностное упрочнение
химико-термической обработкой называется процесс поверхностного насыщения стали различными элементами путем их диффузии из внешней среды при высокой температуре. Цель химико-термической обработки — поверхностное упрочнение металлов и сплавов и повышение их стойкости против воздействия внешних агрессивных сред при нормальной и повышенных температурах.