Э_Г_Бабенко конструкционные материалы

При решении требуется выполнить следующее.

1.Выбрать и обосновать наиболее рациональный вид термической или химико-термической обработки, дающий возможность получения требуемой твердости материала заданной детали. Изложить его сущность.

2.Подробно изложить основные этапы технологического процесса обработки:

– выбрать и обосновать необходимую температуру нагрева;

– назначить время выдержки;

– выбрать и обосновать охлаждающую среду.

3.Начертить необходимый участок диаграммы железо–цементит и нанести на нем ординату сплава заданного изделия. На ординате отметить температуры нагрева для соответствующих этапов принятого технологического процесса термообработки.

4.Начертить график разработанного технологического процесса термообработки в координатах температура–время. Масштаб времени допускается принимать условно.

5.Описать структурные превращения, происходящие в обрабатываемой стали на каждом этапе технологического процесса.

181

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Вначале XXI в. наблюдается тенденция повышения уровня требований

кматериалам, в том числе и используемым на железнодорожном транспорте. Это обусловлено повышением скоростей движения, необходимостью обеспечения высокой надежности узлов и агрегатов, реализацией требований экологической безопасности и т. д.

Для развития и совершенствования транспортных средств требуется существенное повышение физико-химических, технологических, эксплуатационных свойств; значительное снижение стоимости применяемых материалов. При этом не следует забывать, что направления технического и экономического развития должны определяться не только сегодняшними потребностями, но и стоять в прямой зависимости от тех реальных возможностей, которые предоставляет наша планета. Необходимо исходить из того, что только однажды дано нам природой. И хотя отношения между ней и человеком пока еще очень далеки от гармоничных, к ним следует стремиться. В этом наша надежда на будущее, на выживание человеческого сообщества.

Для решения отмеченных проблем выпускникам высших учебных заведений необходимы глубокие знания о конструкционных материалах, их структурах и свойствах, о прогрессивных технологиях обработки и упрочнения.

Вучебном пособии приведены основные сведения о распространенных на железнодорожном транспорте конструкционных и инструментальных материалах, о взаимодействии системы состав материала–структура– свойства–технология, областей их использования. Освоение изложенных сведений дает возможность будущим инженерам и научным работникам квалифицированно решать задачи по повышению ресурса технических устройств за счет наиболее рационального использования свойств конструкционных материалов.

182

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

ЕВРОПЕЙСКАЯ СИСТЕМА ОБОЗНАЧЕНИЯ СТАЛЕЙ

Стандарт EN 10027 регламентирует систему обозначения сталей, которая состоит из двух частей:

–часть 1 – определяет порядок наименований (присвоения сталям бу- квенно-цифровых обозначений);

–часть 2 – правила присвоения сталям порядковых номеров.

Наименования сталей

Согласно части 1 стандарта EN 10027 стали по порядку присвоения им наименований подразделяются на две группы:

–стали, наименования которых определяются их назначением и физическими или механическими свойствами;

–стали, наименования которых определяются их химическим составом. Первая группа. Наименования состоят из одной или более букв, ука-

зывающих на назначение стали, и последующих цифр, обозначающих свойства (табл. 1.1). За цифрами могут следовать символы, определяющие состояние поставки стали и ее назначение.

Таблица 1.1

Первая группа сталей по стандарту EN 10027

	Наименова-	Свойство,				Дополнительные символы
	ние стали
		обозначаемое
	(начальная			Первая подгруппа			Вторая подгруппа
	буква)	цифрами
	Конструкцион-	Например:	Работа разру-			Темпе-	С – с повышенной пластичностью в
	ные стали:	S355JO	шения при ударе			ратура	холодном состоянии;
	S;	Cвойство:					D – для нанесения покрытий в
			27	40	60	°С
	G – стальное	минимальный	Дж	Дж	Дж		горячем состоянии;
	литье (ста-	предел теку-					Е – для эмалирования;
			JR	KR	LR	+20
	вится в нача-	чести Re,					F – для ковки и штамповки;
			JO	KO	LO	0
	ле, если не-	Н/мм2 (три					L – для работы при низких температу-
	обходимо)	цифры)	J2	K2	L2	–20	рах;
			J3	K3	L3	–30
							М – термомеханически упрочненная;
			J4	K4	L4	–40
							N – нормализованная;
			J5	K5	L5	–50
							О – для шельфовых конструкций;
			J6	K6	L6	–60
							Q – термообработанная;
							S – для судостроения;
							Т – для труб;
							W – стойкая к атмосферной коррозии;
							G – другие качества (если необходи-
							мо) с одной или двумя цифрами

183

			Продолжение прил. 1
			Продолжение табл. 1.1
	Наименование	Свойство,	Дополнительные символы
	стали
		обозначаемое
	(начальная			Вторая
		цифрами	Первая подгруппа
	буква)			подгруппа
	Стали для кот-	Например: Р265В	М – термомеханически упрочненная;	Н – высокая
	лов и сосудов	Свойство: минималь-	N – нормализованная;	температура;
	высокого дав-	ный предел текучести	Q – термообработанная;	L – низкая тем-
	ления:	Re, Н/мм2 (три цифры)	В – баллоны со сжатым газом;	пература;
	Р;		S – обычные сосуды под давлением;	R – комнатная
	G – стальное		G – другие качества, (при необходи-	температура
	литье (ставится		мости) с одной или двумя цифрами
	вначале, если
	необходимо)
	Стали для	Например: L360Q	М – термомеханически упрочненная;	Буква и цифра,
	трубопроводов:	Свойство: минималь-	N – нормализованная;	если необходи-
	L	ный предел текучести	Q – термообработанная;	мо
		Re, Н/мм2 (три цифры)	G – другие качества (при необходимо-
			сти) с одной или двумя цифрами
	Стали для ма-	Например: Е 295	G – другие качества (при необходимо-
	шиностроения:	Свойство: минималь-	сти) с одной или двумя цифрами	–
	Е	ный предел текучести
		Re, Н/мм2 (три цифры)
	Арматурные	Например: В 500 N	N – нормальной вытяжки;
	стали:	Свойство: минималь-	Н – высокой вытяжки;	–
	В	ный предел текучести	G – другие качества (при необходимо-
		Re, Н/мм2 (три цифры)	сти) с одной или двумя цифрами
	Стали для	Например: Y1770 C	С– холоднотянутая проволока;
	предваритель-	Свойство: минималь-	Н – горячекатаные или предваритель-
	но напряжен-	ное временное сопро-	но напряженные прутки;
	ных конструк-	тивление Rm, Н/мм2	Q – термообработанная проволока;	–
	ций:	(четыре цифры)	S – тонкий трос;
	Y		G – другие качества (при необходимо-
			сти) с одной или двумя цифрами
	Рельсовые	Например: R0880Mn	Mn – высокое содержание марганца;	Q – термообра-
	стали:	Свойство: минималь-	Cr – легированная хромом;	ботанная про-
	R	ное временное сопро-	G – другие качества (при необходи-	волока
		тивление Rm, Н/мм2	мости) с одной или двумя цифрами
		(четыре цифры, воз-
		можен ноль впереди)

184

		Продолжение прил. 1
		Окончание табл. 1.1
Наименование		Дополнительные символы
стали	Свойство, обозначаемое
(начальная	цифрами	Первая подгруппа		Вторая
буква)				подгруппа
Холоднокатаный	Например: Н420М	М – термомеханически упрочненная;
листовой прокат	Свойство: минимальный	В – закаленная в печи;
из высокопроч-	предел текучести Re,	Р – легированная фосфором;
ных сталей для	Н/мм2 (три цифры);	Х – двухфазная;		–
холодной штам-	НТ 510 В	Y – с малым содержанием элементов
повки:	Свойство: минимальное	внедрения (С и N) ;
Н – если уста-	временное сопротивле-	G – другие качества (при необходимо-
новлен предел	ние Rm, Н/мм2 (три	сти) с одной или двумя цифрами
текучести;	цифры)
НТ – если уста-
новлено времен-
ное сопротивле-
ние
Листовой прокат	Например: DC12EK	D – для нанесения покрытий в горя-
для холодной	Свойство:	чем состоянии;
штамповки:	С – холоднокатаный;	ЕК – для эмалирования;
D	D – горячекатаный;	DK – для безгрунтового эмалирования;		–
	Х – состояние проката	G – другие качества (при необходимо-
	(две буквы или цифры)	сти) с одной или двумя цифрами
Электротехниче-	Например: М400-50А	Для магнитной индукции от 1,5 Тл (при
ские стали:	Свойство: предельно	50 Гц):
М	допустимые потери на	А – с неориентированным зерном;
	перемагничивание,	D – нелегированные, без заключи-
	Вт/кг, в сотых долях (три	тельного отжига;
	цифры)	Е – легированные, без заключитель-
		ного отжига;		_
		N – с нормальными потерями на пе-
		ремагничивание.
		Для магнитной индукции от 1,7 Тл (при
		50 Гц):
		S – с ориентированным зерном и ог-
		раниченными потерями на перемагни-
		чивание;
		Р – с ориентированным зерном и низ-
		кими потерями на перемагничивание

Расшифровка примеров марок сталей, приведенных в табл. 1.1:

S 355 JO – конструкционная сталь с минимальным пределом текучести 355 Н/мм2 и работой разрушения при ударе 27 Дж, измеренной при температуре 0 °С;

Р 265 В – сталь для баллонов со сжатым газом и минимальным пределом текучести 265 Н /м2;

L 360 Q – сталь для магистральных трубопроводов, термообработанная, с минимальным пределом текучести 360 Н/мм2;

185

Продолжение прил. 1

Е 295 – машиностроительная сталь с минимальным пределом текучести 295 Н/мм2;

В 500 N – арматурная сталь с пределом текучести 500 Н/мм2 нормальной вытяжки;

Y 1770 C – холоднотянутая проволока из стали для предварительно напряженных конструкций с минимальным временным сопротивлением

1770 Н/мм2;

R 0880 Mn – рельсовая сталь с высоким содержанием марганца и минимальным временным сопротивлением 880 Н/мм2;

Н 420 М – листовая высокопрочная сталь для холодной штамповки,

термомеханически упрочненная и с минимальным пределом текучести

420 Н/мм2;

НТ 510 В – листовая высокопрочная сталь для холодной штамповки, закаленная в печи с минимальным временным сопротивлением 510 Н/мм2; DC12 EK – холоднокатаная листовая сталь для холодной штамповки,

для эмалирования; М 400-50 А – электротехническая сталь с предельно допустимыми по-

терями на перемагничивание 4 Вт/кг для магнитной индукции от 1,5 Тл при частоте 50 Гц с неориентированным зерном.

Вторая группа. В эту группу включены стали, наименования которых определяются их химическим составом. Группа 2 разделена на подгруппы в зависимости от назначения и содержания легирующих элементов

(табл. 1.2).

Таблица 1.2

Вторая группа сталей по стандарту EN 10027

	Наименование стали	Свойство,
		обозначаемое	Дополнительные символы
	(начальная буква)
		цифрами
	Нелегированные стали	Например:	Е – заданное максимальное содержание серы в сотых
	со средним содержани-	С 35 Е 4	долях;
	ем Mn<1% (кроме авто-	Первое число –	R – заданный интервал содержания серы в сотых до-
	матных):	среднее содер-	лях;
	С;	жание углерода в	D – для тянутой проволоки;
	G – стальное литье (при	сотых долях про-	С – с повышенной пластичностью;
	необходимости ставится	цента	S – пружинная;
	впереди)		Т – инструментальная;
			W – для сварочной проволоки;
			G – другие качества (при необходимости) с одной или
			двумя цифрами

186

			Продолжение прил. 1
			Окончание табл. 1.2
	Наименование стали	Свойство,
		обозначаемое	Дополнительные символы
	(начальная буква)
		цифрами
	Нелегированные стали с		Легирующие элементы:
	содержанием	Например:	буквы – символы химических элементов;
	Mn> 1%, нелегирован-	13 Cr Mo 4–5	цифры – отделенные тире, соответствуют среднему
	ные автоматные стали,	Первое число –	содержанию элемента, умноженному на следующие
	легированные стали	среднее содержа-	коэффициенты
	(кроме быстрорежущих)	ние углерода в со-
	с содержанием каждого	тых долях процента
	легирующего элемента	(до трех цифр)	Элемент	Коэффициент
	до 5%:
			Cr, Co, Mn, Ni, Si, W	4
	без буквы;
	G – стальное литье (при
			Al, Be,Cu, Mo, Nb, Pb, Ti, Ta, V, Zr	10
	необходимости ставится
	впереди)		Ge, N, P, S	100
			B	1000
	Легированные стали
	(кроме быстрорежущих)	Например:	Легирующие элементы:
	со средним содержани-	Х5 Cr Ni 18–10	буквы – символы химических элементов, выстроен-
	ем по меньшей мере	Первое число –	ные по убыванию их содержания (при одинаковом
	одного легирующего	среднее содержа-	содержании – в алфавитном порядке);
	элемента более 5%:	ние углерода в со-	цифры – соответствуют среднему содержанию эле-
	Х;	тых долях процента	мента ( отделены тире).
	G – стальное литье (при	(до трех цифр)
	необходимости ставится
	впереди)
		Например:
	Быстрорежущие стали:	HS 2–9–1–8	Дополнительные символы не предусмотрены
	HS	Числа, отделенные
		тире – содержания
		легирующих эле-
		ментов в следую-
		щем порядке:
		W–Mo–V–Co

Расшифровка примеров марок сталей, приведенных в табл. 1.2:

С 35 Е 4 – нелегированная сталь со средним содержанием углерода 0,35 % и содержанием марганца менее 1 %. Максимальное содержание серы 0,04 %;

13 Cr Mo 4-5 – нелегированная сталь со средним содержанием: углерода 0,13 %; хрома 1 %; молибдена 0,5 % и марганца более 1 %;

Х5 Cr Ni 18-10 – легированная сталь со средним содержанием: углеро-

да 0,05 %; хрома 18,0 %; никеля 10,0 %;

HS 2-9-1-8 – быстрорежущая сталь со средним содержанием: углерода 0,9…1,0 %; вольфрама 2,0 %; молибдена 9,0 %; ванадия 1,0 %; кобальта

8,0 %.

187

Окончание прил. 1

Порядковые номера

Европейский стандарт EN 10027 (часть 2) устанавливает следующую систему присвоения сталям порядковых номеров. Номер стали представляется в виде 1.ХХХХ, где цифра 1. показывает, что данный материал относится к сталям. В дальнейшем при расширении принятой системы нумерации предполагается использовать последующие цифры для обозначения других материалов (например, в немецкой системе нумерации, являющейся прообразом Европейской, символ О. используется для обозначения чугунов, 2. – для обозначения жаропрочных сплавов на основе никеля и кобальта, 3. – для обозначения цветных металлов и сплавов). Следующие две цифры после 1. определяют номер группы сталей, а две последние – порядковый номер стали в группе, по которому можно определить, к какому типу относится та или иная сталь.

В табл. 1.3 показаны интервалы номеров, используемых для различных типов сталей. Более подробная классификация приведена непосредственно в стандарте EN 10027 (часть 2).

Таблица 1.3

Нумерация сталей по стандарту EN 10027

		Стали	Порядковые
			номера
		Обыкновенного качества	1.00ХХ
	Нелегированные	Качественные	1.01ХХ –	1.09ХХ
		Высококачественные	1.10ХХ –	1.13ХХ
		Инструментальные	1.15ХХ –	1.18ХХ
		Инструментальные	1.20 ХХ –	1.28 ХХ
		Быстрорежущие	1.32 ХХ –	1.33 ХХ
		Износостойкие	1.34 ХХ
		Подшипниковые	1.35 ХХ
	Легированные	Материалы со специальными свойствами	1.36 ХХ –	1.39 ХХ
		Коррозионно-стойкие	1.40 ХХ –	1.45 ХХ
		Жаростойкие и жаропрочные	1.46 ХХ –	1.49 ХХ
		Высококачественные конструкционные	1.50 ХХ –	1.85 ХХ
		Свариваемые высококачественные	1.87 ХХ –	1.89 ХХ

188

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

СИСТЕМЫ МАРКИРОВКИ СТАЛЕЙ В США

В США используется несколько систем обозначения сплавов, связанных с существующими организациями по стандартизации, из которых наиболее известными являются:

AISI – Американский институт чугуна и стали; ACI – Американский институт литья;

ANSI – Американский национальный институт стандартизации; AMS – Спецификация аэрокосмических материалов

ASME – Американское общество инженеров-механиков; ASTM – Американское общество испытания материалов; AWS – Американское общество сварщиков;

SAE – Общество инженеров-автомобилистов.

Использование различными организациями той или иной системы обозначений регламентируется их историческим развитием и развитием конкретных отраслей промышленности. Наиболее популярными из систем являются: AISI, ASTM и универсальная UNS.

Система обозначений AISI

Углеродистые и легированные стали обозначаются четырьмя цифрами: первые две показывают номер группы, а две последние – среднее содержание углерода в сотых долях процента (табл. 2.1).

Таблица 2.1

Обозначения углеродистых и легированных сталей в системе AISI

Обозначение	Группа сталей
	Углеродистые стали
10 ХХ	Нересульфированные: Mn < 1 %
11 ХХ	Ресульфированные
12 ХХ	Рефосфорированные и ресульфированные
15 ХХ	Нересульфинированные: Mn > 1 %
	Легированные стали
13 ХХ	1,75 % Mn
40 ХХ	0,2; 0,25 % Mo или 0,25 % Mo и 0,042 % S
41 ХХ	0,50; 0,80 или 0,95 % Cr и 0,12; 0,20 или 0,30 % Mo
43 ХХ	1,83 % Ni; 0,50…0,80 % Cr; 0,25 % Mo
46 ХХ	0,85 или 1,83 % Ni и 0,20 или 0,25 % Mo
47 ХХ	1,05 % Ni; 0,45 % Cr и 0,20 или 0,35 % Mo

189

	Продолжение прил. 2
	Окончание табл. 2.1
Обозначение	Группа сталей
48 ХХ	3,50 % Ni и 0,25 % Mo
51 ХХ	0,80; 0,88; 0,93; 0,95 или 1,00 % Cr
51 ХХХ	1,03 % Cr
52 ХХХ	1,45 % Cr
61 ХХ	0,60 или 0,95 % Cr и 0,13 % min или 0,15 % min V
86 ХХ	0,55 % Ni; 0,50 % Cr и 0,20 % Mo
87 ХХ	0,55 % Ni; 0,50 % Cr и 0,25 % Mo
88 ХХ	0,55 % Ni; 0,50 % Cr и 0,35 % Mo
92 ХХ	2,00 % Si или 1,40 % Si и 0,70 % Cr
50 ВХХ	0,28 или 0,50 % Cr
51 ВХХ	0,80 % Cr
81 ВХХ	0,30 % Ni; 0,45 % Cr и 0,12 % Mo
94 ВХХ	0,45 % Ni; 0,40 % Cr и 0,12 % Mo

Примеры обозначения сталей:

1045 – сталь относится к группе 10 ХХ качественных конструкционных нересульфинированных с содержанием углерода 0,45 % и марганца менее

1 %;

4032 – легированная сталь (группа 40 ХХ) со средним содержанием: углерода 0,32 % и 0,2 или 0,25 % молибдена;

8625 – легированная сталь (группа 86 ХХ) со средним содержанием: углерода 0,25 %; 0,55 % никеля; 0,5 % хрома и 0,2 % молибдена.

Кроме четырех цифр, в наименованиях сталей могут встречаться и буквы. Буквы В и L означают, что сталь легирована соответственно бором (0,0005…0,03 %) или свинцом (0,15…0,35 %). Буквы ставятся между второй и третьей цифрой обозначения, например, 51 В 60 или 15 L 48. Буквы М и Е ставятся впереди наименования стали и означают, что сталь предназначена для производства неответственного сортового проката (буква М) или выплавлена в электропечи (буква Е). В конце наименования может присутствовать буква Н, означающая, что сталь имеет высокую прокаливаемость.

Коррозионно-стойкие стали обозначаются тремя цифрами и следующими за ними одной, двумя или более буквами. Первая цифра показывает класс стали. Так, например, аустенитные коррозионно-стойкие стали начинаются с цифр 2 ХХ и 3 ХХ, а ферритные или мартенситные – 4 ХХ. Последние две цифры определяют порядковый номер стали в группе.

190