Мощность машин и её преобразование в механизмах 7 страница
Япония
ГОСТ
4543
ASTM
DIN
17200
JIS
A29/A29M
А304
G4104
G4052
15X
20X
35X
40X
50X
5115
5120
5132
5140
5147
-
5120H
-
-
5147H
15 Cr 3
20 Cr 4
-
-
-
SCr 415
SCr 420
-
SCr 440H
-
SCr 415H
SCr 420H
-
-
-
Механические свойства сталей можно характеризовать пределом прочности σв и пределом текучести σT, значения которых в сильной степени зависят от химического состава сталей и ее термообработки. Кроме того, для сталей характерно постоянные значения модуля упругости Е и коэффициента Пуассона μ, которые независимо от марки можно полагать равными соответственно E=2,1∙105 МПа, μ=0,3. С увеличением процентного содержания углерода повышаются характеристики прочности и снижается пластичность.
Коррозийно-стойкие стали обладают стойкостью против коррозии. Это большая группа высоколегированных сталей. В качестве легирующего элемента здесь используется хром (13...25%), иногда никель.
Материалы с высокими упругими свойствами (пружинные стали) – это углеродистые либо легированные стали, с большим содержанием углерода (0,5...1,1%).
Качество стали определяется содержанием вредных примесей, однородностью химического состава и структуры. Вредными примесями являются сера, фосфор, мышьяк, кислород, азот и водород. Неметаллические включения в виде оксидов и сульфидов существенно уменьшают пластичность, способствуют хрупкому разрушению. Крупные их частицы с размерами от 20 мкм и выше снижают прочность, контактную выносливость, являются опасными концентраторами напряжений и при знакопеременных нагрузках уменьшают сопротивление усталости деталей. Здесь вакуумирование стали снижает содержание газов, выравнивает химический состав, а электрошлаковый переплав сталей обеспечивает одинаковые механические характеристики вдоль и поперек направления прокатки.
|
|
|
С увеличением количества углерода возрастает доля цементита в структуре, что затрудняет перемещение дислокации и, соответственно, развитие сдвиговых процессов. В результате повышается прочность, но снижается пластичность.
У низколегированной стали с содержанием углерода до 0,2% после закалки и отпуска происходит упрочнение, а также уменьшается чувствительность к концентраторам напряжений.
Низколегированные стали с карбонитридным упрочнением обладают высокой прочностью, вязкостью и хладостойкостью.
Резервом повышения качества стали является производство их металлизированных окатышей, отличающихся чистотой от вредных примесей. Для улучшения обрабатываемости резанием, в стали дополнительно вводят селен, свинец, кальций и теллур.
|
|
|
Прогрессивными методами винтовой и поперечной, продольно-винтовой, холодной прокатки изготовляются детали в виде тел вращения: роторы компрессоров, шнеки мясорезательных машин, кольца и шарики подшипников, зубчатые колёса с накаткой зубьев, сверла, винты, звездочки цепной передачи, ступенчатые валы, втулки и заготовки других деталей. При этом наружные слои приобретают волокнистую структуру, ориентированную по профилю зуба, твёрдость повышается в 1,4 - 1,5 раза, прочность увеличивается до 25%, а усталостная выносливость повышается до 2,2 раза. Это намного эффективнее, чем точение и фрезерование круглой заготовки.
Разработаны процессы и оборудование для полугорячей и холодной объёмной штамповки, выдавливания, позволяющие получать точную заготовку. При этом направления волокон совпадают с направлениями нормальных напряжений.
Таблица 5. Область применения углеродистых сталей обыкновенного качества
Ст.0
Неответственные нерассчитываемые второстепенные элементы сварных конструкций, настилы,
|
|
|
ограждения, перила, кожухи, обшивки.
Ст.1
Детали высокой вязкости и низкой твердости, анкерные болты, обшивки, неответственная арматура, заклепки.
Ст.2кп
Неответственные детали, требующие повышенной пластичности или глубокой вытяжки и работающие
при положительных температурах.
Ст.2пс,
Ст.2сп
Малонагруженные элементы сварных конструкций, работающие при постоянных нагрузках.
Ст.3пс,
Ст.3сп
Несущие элементы сварных конструкций, фасонные металлопрокаты, детали, работающие
при положительных температурах.
Ст.3пс5,
Ст.3сп5,
Ст.3Гпс5
Фасонный и листовой прокат толщиной до 25 мм для несущих элементов сварных конструкций, работающих
при переменных нагрузках в интервале температур от –30 до +4250С.
Ст.3пс2,
Ст3кп2,
Ст3пс4,
Ст3сп4
Уголки равнополочные и не равнополочные, швеллеры и фасонные профили.
Ст5пс,
Ст5сп
Детали клепанных конструкций, болты, гайки, ручки, тяги, рычаги, упоры, стержни,
пальцы и другие детали, работающие при температуре 0...4250С.
Низкоуглеродистые стали Сталь 05кп, 08кп, 08пс, 08, 10кп, 10пс, 10, 15кп, 15пс, 15, 20кп, 20пс, 20, 25, 15Г, 20Г, 25Г (ГОСТ 1050-74) применяются для изготовления шайб, заклепок, крышек, болтов, фланцев, вилок, муфт, втулок, косынок, штуцера теплообменных аппаратов. После цементации и цианирования применяют для изготовления втулок, осей звеньев цепи, болтов, гаек, винтов, шестерен, червяков, шпинделей, звездочек и других деталей с высокой твердостью и износостойкостью поверхностей.
|
|
|
Износостойкие цементируемые стали 15Х, 15ХА, 20Х, 15ХФ, 18ХГ, 20ХН, 12ХН2, 12ХН3А, 20ХН3А, 12Х2Н4А, 20Х2Н4А, 18Х2Н4МА, 14Х2Н3МА, 20ХН2М, 15Н2М, 20Н2М (ГОСТ 4543-71) применяются для изготовления червячных, шлицевых и распределительных валов, зубчатых колес, втулок, шпилек, осей, вал-шестерен, валов редукторов.
Углеродистые стали 5пс и 5сп (ГОСТ 380-88) применяются для изготовления болтов и гаек.
Стали с добавками титана 18ХГТ, 25ХГМ, 25ХГТ, 30ХГТ, 15ХГН2ТА, 15Х2ГН2ТА, 15Х2ГН2ТРА, 20ХГНТР, 25Х2ГНТА (ГОСТ 4543-71) применяются для изготовления зубчатых колес коробок передач, червячных валов, зубчатых венцов, осей, тяжелонагруженных зубчатых колес, трансмиссий транспортных машин. После азотирования – ходовых валиков и винтов станков и др. деталей, от которых требуется минимальная деформация.
Стали с микродобавками бора 20ХГР, 27ХГР, 20ХНР, 20ХГНР (ГОСТ 4543-71) применяются для изготовления зубчатых колес, кулачковых муфт, вал-шестерен, червяков, пальцев, валиков, втулок.
Углеродистые и легированные стали 30, 35, 30Г, 35Г, 40, 45, 40Г, 45Г, 50Г, 50, 55, 40Г2, 30Х, 35Х, 40Х, 45Х, 50Х, 30ХРА, 33ХС, 38ХС, 40ХС, 20ХГСА, 25ХГСА, 30ХГС, 30ХГСА,35ХГСА (ГОСТ 1050-74) и 30ХН2МА, 38Х2Н2МА (ГОСТ 4543-71) с различной термической и химико-термической обработкой применяются для изготовления осей, валиков, винтов, штифтов, упоров, колец, шайб, втулок, тяг, траверс, шатунов, валов, шпинделей, вилок переключения передач, маховиков, гаек, болтов, зубчатых венцов, зубчатых колес, шпонок, храповиков, фрикционных дисков, плунжеров, муфт, зубчатых реек, шлицевых и шестеренных валов, анкерных болтов, муфт сцепления коробок скоростей, полуосей, деталей сварных соединений, ответственных деталей, подвергающихся вибрационным и динамическим нагрузкам. После закалки с отпуском – тяг, траверс, рычагов, цилиндров прессов, крепежных деталей, валов, шпинделей высокой прочности
Высокопрочные стали 38ХН3МФА, 30ХН2МФА, 38ХН3МА, 34ХН1М, 34ХН1МА, 34ХН3М, 34ХН3МА, 35ХН1М2ФА (ГОСТ 4543-71) применяются для изготовления деталей редукторов, болтов, шпилек, валов, осей, зубчатых колес, муфт, особо ответственных деталей компрессорных машин, роторов, полумуфт и др. особо ответственных тяжелонагруженных деталей.
Конструкционные углеродистые литейные стали 25Л, 30Л, 40Л, 45Л, 50Л, 55Л, 35ГЛ, 30ГСЛ, 40ХЛ, 35ХМЛ, 35ХГСЛ (ГОСТ 977-75) применяются для изготовления станин прокатных станов, шкивов, траверс, корпусов подшипников, зубчатых колес, корпусов редукторов, кронштейнов, балок, маховиков, тормозных дисков, шестерен, кожухов, вилок, звездочек, вилок компрессора, деталей лебедки, стяжных колец плавающих головок подогревателей и теплообменников, муфт подъемно-транспортных машин, ходовых колес, валиков крупно-, средне- и мелкосортных станов для прокатки мягкого металла, дисков, зубчатых венцов, крестовин, ступиц, валов, кулачковых муфт, цапф, щек дробилок, рычагов, ходовых колес, толкателей, осей и др. деталей общего машиностроения.
Высоколегированные коррозионно-стойкие литейные стали 20Х13Л, 15Х13Л, 09Х16Н4БЛ, 09Х17Н3СЛ, 40Х24Н12СЛ, 10Х18Н11БЛ, 12Х18Н12М3ТЛ, 15Х23Н18Л, 35Х18Н24С2Л (ГОСТ2176-77) применяются для изготовления лопаток компрессоров, шнеков, крепежных деталей, деталей, подвергающихся действию слабых агрессивных сред (влажный пар, водные растворы солей органических кислот), деталей повышенной прочности для пищевой промышленности.
Коррозионно-стойкие стали 30Х13, 40Х13, 14Х17Н2, 12Х17, 15Х17АГ14, 10Х14Г14Н4Т, 08Х17Т, 08Х18Т1, 15Х25Т, 15Х28, 08Х22Н6Т, 08Х18Г8Н2Т, 10Х17Н13М2Т, 10Х17Н13М3Т, 08Х17Н15М3Т, 03Х17Н14М3, 03Х16Н15М3, 03Х16Н15М3Б, 08Х17Н13М2Т, 11Х11Н2В2МФ, 16Х11Н2В2МФ, 13Х11Н2В2МФ, 31Х9Н9МВБ (ГОСТ 5632-72) применяются для изготовления режущих инструментов, дисков, валов, втулок, оборудования заводов пищевой промышленности, консервных заводов, мясо - молочной промышленности, труб теплообменной аппаратуры, деталей компрессорных машин.
Жаростойкие стали 08Х18Н10, 12Х18Н9, 08Х18Н10Т, 12Х18Н10Т, 12Х18Н9Т, 40Х9С2, 12Х17, 08Х17Т, 08Х18Т1, 15Х18СЮ, 15Х25Т, 15Х28 (ГОСТ 5632-72) применяются для изготовления теплообменников, адсорбционных башен.
Азотируемая сталь 38Х2МЮА (ГОСТ 4543-71) применяется для изготовления втулок, зубчатых колес.
Улучшаемые стали 40, 50 (ГОСТ 8479-70) применяются для изготовления тяг, серьг, крюков, траверс, осей, муфт, звездочек, цилиндров, рычагов.
Низколегированная сталь 14Г2АФ (ГОСТ 19282-73) применяются для изготовления подкрановых ферм для мостовых кранов.
Таблица 6. Физико-механические характеристики
углеродистой и легированной конструкционной стали
Марка стали
σв, МПа
σm, МПа
HB
Сталь углеродистая обыкновенного качества
Ст2
Ст3
Ст4
Ст5
Ст6
340
380
420
500
600
220
240
260
280
310
133
132
152
160
200
Сталь углеродистая качественная конструкционная
10
15
20
25
30
35
40
45
50
333
373
412
451
490
490
530
580
590
206
226
245
275
294
260
265
290
310
137
143
156
170
179
187
190
200
210
Отливки из углеродистой стали
35Л
40Л
45Л
50Л
55Л
490
520
540
569
589
274
294
314
333
343
>143
>147
>153
>174
155-217
Сталь легированная конструкционная
30ХГС
35Х
40Х
40ХН
981-795
934-686
981-686
981-736
835-637
736-441
785-441
785-550
229-215
241 — 190
241-190
250-220
Чугуны
Чугун – сплав железа Fe и углерода С (свыше 2,14%), содержащие постоянные примеси марганца, кремния, фосфора и серы, а также при необходимости легирующие элементы. Повышенное содержание углерода улучшает его литейные свойства при одновременном увеличении хрупкости. Благодаря хорошим литейным свойствам и низкой стоимости чугун используется для изготовления конструкций сложных конфигураций. Из-за своей относительно низкой стоимости чугун применяется для изготовления массивных деталей, например, корпусных, и различного рода станин, а также для маховиков при окружной скорости не выше 30 м/с. Не рекомендуется применять серый чугун при действии на детали машин больших крутящих моментов. В случае ударов, больших усилий, необходимости экономии массы и т. п. при изготовлении деталей машин отливкой переходят от серого чугуна к высокопрочному чугуну или к стальному литью. Высокопрочный чугун значительно прочнее серого чугуна и с успехом может заменять стальное литье и поковки из углеродистой стали.
Чугун можно рассматривать как сталь, пронизанную графитом, который играет роль надрезов, ослабляющих металлическую основу структуры. В этом случае механические свойства чугуна зависят от характера распределений включений графита и от их величины. Чем меньше графитовых включений и чем они мельче, тем выше прочность чугуна. Таким образом, можно сказать, что для чугуна характерно нарушение сплошности, и это обстоятельство делает его мало чувствительным к всевозможным концентраторам.
В отличие от стали чугун не подвержен остаточному пластическому деформированию, следовательно, не имеет предела текучести. Для чугунов характерным является только предел прочности, причем предел прочности при сжатии σbc оказывается существенно выше, чем предел прочности при растяжении σbt.
Важной механической характеристикой любого материала является модуль упругости. Для чугунов его величина может быть рассчитана по формуле E=(4,5…5)100σb, если предел прочности σb находится в границах σb =100…300 МПа.
Для этих материалов не в полной мере справедлив закон прямой пропорциональной зависимости деформации от нагрузки. По этой причине решения, полученные методами теории упругости, применительно к чугунам могут иметь значительно большие погрешности, чем при расчете других материалов.
В зависимости от структуры и состояния, в котором находится углерод (свободный или химически связанный), различают серые, белые и ковкие чугуны. Чугуны также классифицируют в зависимости от назначения – на конструкционные и со специальными свойствами; и от химсостава – на легированные и нелегированные.
Как конструкционный материал наиболее широко применяются серые чугуны, в которых весь углерод находится в свободном состоянии в виде включений графита пластинчатой формы. Они обладают средней прочностью, хорошими литейными и другими технологическими свойствами (жидкотекучестью, малой линейной усадкой, обрабатываемостью резанием), мало чувствительны к концентрации переменных напряжений, антифрикционны. Эти чугуны являются наиболее дешевыми (что определяет их широкое применение), однако имеют малую механическую прочность.
Созданы также чугуны, имеющие повышенную по отношению к другим маркам прочность. Эти марки в качестве легирующих добавок имеют Cr, Mg и некоторые другие компоненты. Такие чугуны допускают закалку поверхности и упрочнение ее наклепом.
Некоторые марки чугуна (при добавлении к ним легирующих элементов, таких как Mg, Cu, Si и т.д.) обладают антифрикционными свойствами, для которых характерно низкое значение коэффициента трения, и малая скорость износа поверхностного слоя. Эти чугуны рекомендуется использовать как материал для изготовления деталей, работающих в условиях относительного скольжения, трущиеся поверхности которых допускают процедуру закалки.
В белых чугунах избыточный углерод, не растворившийся в твердом растворе железа, присутствует в виде карбидов железа. Вследствие низких механических свойств – высокой хрупкости и твердости, плохой обрабатываемости резанием – белые чугуны не применяются в качестве конструкционных материалов.
Ковкий чугун получают из белого путем последующего отжига до распада графита в виде хлопьев. Детали из него могут подвергаться незначительным деформациям. Они обладают меньшей по сравнению с деталями из серого чугуна хрупкостью, но стоят на 30 … 100% дороже.
Высокопрочный чугун характеризуется шаровидной или близкой к ней формой включений графита, которую получают модифицированием жидкого чугуна присадками магния. Шаровидный графит в наименьшей мере ослабляет металлическую основу, что приводит к высоким механическим свойствам. Высокопрочный чугун обладает хорошими литейными и эксплуатационными свойствами.
Для улучшения прочностных характеристик и получения особых эксплуатационных свойств: износостойкости, немагнитности, коррозионной стойкости и т.д., в состав чугунов вводят легирующие элементы (никель, хром, медь, алюминий, титан и др.). Легирующими элементами могут служить также марганец (при содержании более 2%) и кремний (более 4%).
Дата добавления: 2019-01-14; просмотров: 232; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!