Презентация на тему "Характеристики стали"

Содержание

• 
  Слайд 1
  

  Морозова И.Г. Детали машин и основы конструирования. Стали и чугуны для деталей силовых редукторов и мультипликаторов. Учебное пособие для выполнения домашних заданий и курсового проектирования. pptcloud.ru

• 
  Слайд 2
  

  В учебном пособии представлены материалы, посвященные сталям и чугунам, применяемым в общем машиностроении при производстве таких достаточно сложных конструкций, как редукторы и мультипликаторы. Подбор информации осуществлен на основе учебных программ. Пособие предназначено для студентов обучающихся по направлению 150100 «Металлургия».

• 
  Слайд 3
  

  Снижение материалоемкости конструкции - важный источник повышения эффективности общественного производства. Пути экономии материалов: выбор оптимальной схемы машины и узла; уточнение расчетов и снижение коэффициентов безопасности ; выбор оптимальных типов и конструктивных исполнений деталей; выбор оптимальных материалов и их термической обработки; применение прогрессивных технологий и приближение форм деталей к формам наиболее простых и дешевых заготовок

• 
  Слайд 4

  ОПРЕДЕЛЕНИЯ И ПОНЯТИЯ

  Легирующими элементами называют химические элементы, специально введенные в сталь для получения требуемых строения, структуры, физико-химических и механических свойств. Основными легирующими элементами в сталях являются Mn, Si, Cr, Ni, Mo, W, Co, Cu, Ti, V, Zr, Nb, Al, B. В некоторых сталях легирующими элементами могут быть также P, S, N, Se, Te, Pb, Ce, La и др. Перечисленные элементы, а также H, O, Sn, Sb, As, Bi могут быть также применены в стали. Содержание легирующих элементов в стали может колебаться от тысячных долей процента до десятков процентов. Примесями называют химические элементы, перешедшие в состав стали в процессе ее производства как технологические добавки или как составляющие шихтовых материалов. Содержание примесей в стали обычно ограничивается следующими пределами: Mn≤0,8%, Si≤0,4%, Cr≤0,3%, Ni≤0,3%, Cu≤0,3%, Mo≤0,10%, W≤0,2%, P≤0,025-0,040%, S≤0,015-0,050%. Как видно, примесями и легирующими добавками могут быть одни и те же химические элементы. Отнесение их к тому или иному признаку зависит от количества и роли в стали. Легированные стали– это сплавы на основе железа, в химический состав которых специально введены легирующие элементы, обеспечивающие при определенных способах производства и обработки требуемую структуру и свойства.

• 
  Слайд 5

  КЛАССИФИКАЦИЯ СТАЛЕЙ

  Существуют несколько признаков классификации машиностроительных сталей: по составу: углеродистые, легированные; по обработке: улучшаемые, нормализуемые, цементуемые, азотируемые, мартенситно-стареющие и т.д.; по назначению: пружинные, шарикоподшипниковые, криогенные и т.п. Нет единой классификации сталей. Существует много признаков, по которым классифицируют стали, но зачастую и они не могут быть однозначными для большого числа марок сталей.

• 
  Слайд 6

  Конструкционные стали

  Конструкционной сталью называется сталь, применяемая для изготовления различных деталей машин, механизмов и конструкций в машиностроении и строительстве и обладающая определенными механическими, физическими и химическими свойствами. Конструкционные стали подразделяют на: строительные; машиностроительные; стали и сплавы с особыми свойствами – теплоустойчивые, жаропрочные, жаростойкие, коррозионностойкие.

• 
  Слайд 7

  ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К КОНСТРУКЦИОННЫМ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫМ СТАЛЯМ

  высокая конструктивная прочность, определяемая оптимальным сочетанием прочности, вязкости и пластичности; необходимые технологические свойства – хорошая обрабатываемость давлением, резанием и свариваемость, малая склонность к образованию трещин, короблению, обезуглероживанию при термической обработке; специальные свойства: износостойкость, теплоустойчивость, определенные физические свойства и т.д.

• 
  Слайд 8

  КЛАССИФИКАЦИЯ СТАЛЕЙ ПО КАЧЕСТВУ

  По качеству стали подразделяют на: стали обыкновенного качества; качественные стали; высококачественные стали; особовысококачественные стали. Главными качественными признаками стали являются более жесткие требования по химическому составу и прежде всего по содержанию вредных примесей, таких как фосфора и серы.

• 
  Слайд 9

  СОДЕРЖАНИЕ СЕРЫ И ФОСФОРА В СТАЛЯХ РАЗНОГО УРОВНЯ КАЧЕСТВА

  Ниже приведено предельное содержание фосфора и серы, % (не более), в сталях разной категории качества: Категория обыкновенного качества может относится только к углеродистым сталям. Все остальные категории качества могут относится к любым по степени легирования сталям.

• 
  Слайд 10

  МАРКИРОВКА СТАЛЕЙ

  В России принята буквенно-цифровая система обозначения марок сталей и сплавов. Углеродистые конструкционные к качественные стали обозначают двухзначным числом, указывающим среднее содержание углерода в сотых долях процента (например, 05; 08; 10; 15; 20; 25 ... 80; 85). Для сталей, полностью не расчисленных (при С

• 
  Слайд 11
  

  Цифры после буквы в обозначении марки стали показывают примерное количество того или иного элемента округленное до целого числа. При среднем содержании легирующего элемента до 1,5 % цифру за буквенным индексом не приводят. Содержание углерода указывается в начале марки в сотых (конструкционные стали) или десятых (инструментальные стали) долях процента. Так, конструкционная сталь, содержащая 0,42 – 0,50 % С; 0,5 – 0,8 % Mn; 0,8 – 1,0 % Cr; 1,3 – 1,8 % Ni; 0,2 – 0,3 % Mo и 0,10 – 0,18 % V, обозначается маркой 45ХН2МФ.

• 
  Слайд 12
  

  Буква «А» в конце марки указывает, что сталь относится к категории высококачественной (30ХГСА), если та же буква в середине марки, то сталь легирована азотом (16Г2АФ), а в начале марки буква «А» указывает на то, что сталь автоматная, повышенной обрабатываемости (А35Г2). Индекс «АС» в начале марки указывает, что сталь автоматная со свинцом (АС35Г2). Особовысококачественная сталь обозначается добавлением через дефис в конце марки буквы «Ш» (30ХГС-Ш или 30ХГСА-Ш). Сталь, не содержащая в конце марки букв «А» или «Ш», относятся к категории качественных (30ХГС).

• 
  Слайд 13

  Трансляция российских марок сталей

  Принятая в России система маркировки наглядна и проста. В других странах применяют другие принципы обозначения сталей.

• 
  Слайд 14

  УГЛЕРОДИСТЫЕ СТАЛИ ОБЫКНОВЕННОГО КАЧЕСТВА

  Углеродистые горячекатаные стали обыкновенного качества в зависимости от назначения и гарантируемых при поставке свойств подразделяются на три группы: А, Б, В. Стали группы Апоставляют с регламентируемыми механическими свойствами. Химический состав их не нормируется. Поэтому стали этой группы наиболее часто применяются в конструкциях, узлы которых не подвергаются горячей обработке.

• 
  Слайд 15

  Углеродистые стали обыкновенного качества

  Стали группы Б поставляют с регламентированным химическим составом, без гарантии механических свойств. Поэтому их применяют для изделий, подвергаемых горячей обработке, технология которой зависит от состава стали, а конечные механические свойства определяются самой обработкой. Стали группы Впоставляют с регламентируемыми механическими свойствами и химическим составом. Как правило, такие стали применяют для изготовления сварных металлоконструкций, так как свариваемость стали определяется составом стали, а механические свойства вне зоны сварки определены в состоянии поставки. Стали группы В дороже, чем стали группы А и Б, их применяют для ответственных изделий.

• 
  Слайд 16
  

  Углеродистые стали обыкновенного качества бывают спокойными (сп), полуспокойными (пс), и кипящими (кп). В их составе разное содержание кремния, %: спокойные 0,12 – 0,30; полуспокойные 0,05 – 0,17; кипящие ≤ 0,07. Каждая марка стали может иметь различную категорию в зависимости от количества нормируемых показателей химического состава и механических свойств. Обозначаются углеродистые стали обыкновенного качества буквами «Ст», за которыми следует цифра, указывающая порядковый номер марки стали, а не среднее содержание углерода в ней, хотя с повышением номера от Ст 1 до Ст 6 содержание углерода в стали увеличивается. Группы Б и В указывают впереди марки. Группа А в обозначении марки не указывается. Для обозначения степени раскисления после номера марки добавляют один из индексов сп, пс, кп, а категория нормируемых свойств (кроме категории 1) указывается последующей цифрой. Полуспокойные стали могут иметь повышенное содержание марганца (до 1,2 %). В этом случае после номера стали ставится буква «Г».

• 
  Слайд 17
  

  ВСт3сп5 означает, что сталь Ст3 спокойная, группы В, категории 5 (нормируемыми для этой категории показателями являются: химический состав, временное сопротивлении е при растяжении, предел текучести, относительное удлинение, изгиб в холодном состоянии, ударная вязкость при -20°С и после механического деформационного старения). Ст2кп означает что сталь Ст2, кипящая, группы А, категории 1 (нормируемые показатели: временное сопротивление при растяжении и относительное удлинение). БСт5Гпс2 означает, что сталь Ст5, полуспокойная, с повышенным содержанием марганца, группы Б, категории 2 (нормируется содержание C, Mn, Si, P, S, As, N, Cr, Ni, Cu).

• 
  Слайд 18
  

  ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ УГЛЕРОДИСТЫХ КОНСТРУКЦИОННЫХ СТАЛЕЙ ОБЫКНОВЕННОГО КАЧЕСТВА

• 
  Слайд 19
  

  СВОЙСТВА УГЛЕРОДИСТЫХ СПОКОЙНЫХ И ПОЛУСПОКОЙНЫХ УГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ ОБЫКНОВЕННОГО КАЧЕСТВА

• 
  Слайд 20

  Применение конструкционных углеродистых сталей обыкновенного качества

• 
  Слайд 21

  УГЛЕРОДИСТЫЕ КАЧЕСТВЕННЫЕ СТАЛИ

  В машиностроении находят применение для изготовления деталей и изделий, чаще всего неответственного назначения, дешевые углеродистые качественные стали. Свойства углеродистых сталей определяются содержанием углерода и применяемой обработкой. Горячекатаные, нормализованные и отожженные стали имеют феррито-перлитную структуру. С увеличение содержания углерода количество перлита возрастает и при ~ 0,8 % С сталь имеет полностью перлитную структуру. В заэвтектоидной стали наряду с перлитом появляется избыточный цементит. Увеличение содержания углерода (перлита) приводит к росту прочности и падению пластичности вязкости феррито-перлитной стали , при этом порог хладноломкости существенно повышается.

• 
  Слайд 22

  УГЛНЕРОДИСТЫЕ КАЧЕСТВЕННЫЕ СТАЛИ

  Марки углеродистых качественных сталей: 08; 10; 15; 20; 25; 30; 35; 40; 45; 50; 55; 60 Цифры в обозначении марки стали показывают содержание углерода в сотых долях процента. Пример химического состава (содержания углерода и примесей) качественной углеродистой стали.

• 
  Слайд 23

  МЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СТАЛЕЙ ДЛЯ ДЕТАЛЕЙ МЕХАНИЗМОВ

• 
  Слайд 24

  Применение конструкционных углеродистых качественных сталей

• 
  Слайд 25

  ШАРИКОПОДШИПНИКОВЫЕ СТАЛИ

  Шарикоподшипниковая сталь прежде всего должна обладать высокой твердостью, поэтому применяют высокоуглеродистые стали типа инструментальной (иногда низкоуглеродистые в цементованном состоянии). Чтобы шарикоподшипниковая сталь легко принимала закалку (т.е. итмела низкую критическую скорость закалки) и в качестве закалочной среды для нее можно было бы применять масло, сталь легируют (обычно) хромом. Государственный стандарт предусматривает четыре основные марки шарикоподшипниковой стали.

• 
  Слайд 26

  МАРКИ ШАРИКОПОДШИПНИКОВЫХ СТАЛЕЙ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ

• 
  Слайд 27

  СВОЙСТВА ЛЕГИРОВАННЫХ КОНСТРУКЦИОННЫХ СТАЛЕЙ

• 
  Слайд 28

  Примеры применения конструкционных легированных сталей

• 
  Слайд 29

  ЧУГУНЫ

  Белый чугун – название получил по матово-белому цвету излома; структура в не нагретом состоянии: Ц + П(Ф + Г); т.е. весь углерод находится в форме цементита; свойства: высокая твердость и износостойкость, хрупкость, практически не поддается обработке режущим инструментом; марки: ИЧХ3, ИЧХ5, ИЧХ15… (износостойкий хромистый чугун с содержанием хрома 3%, 5%, 15% соответственно…); применение: детали, работающие в условиях интенсивного износа без ударных нагрузок(например, линейки направляющих, детали шаровых мельниц); не нашел широкого применения в общем машиностроении.

• 
  Слайд 30

  Процесс графитизации

  При определенных кинетических условиях и диффузионных процессах при охлаждении вместо цементита образуется графит (Г). Диаграмма Fe – C называется стабильной, а Fe – Ц – метастабильной. Образование графита из жидкости или аустенита происходит в узком интервале температур между линиями стабильной и метастабильной диаграмм то есть в условиях малых переохлаждений и, следовательно при малых скоростях охлаждения G Q P S C L E A 0,8 2,14 Ф 2,11 0,7 4,43 4,26 Е' С' S' 1147 1153 738 727 F' F K' K А+Г Ф+Г Кроме того, образование графита возможно при нагреве цементита (Ц – неустойчивое соединение) с образованием А + Г или Ф + Г. Е'С'F‘ (1153°) – линия фазового равновесия L↔А + Г. P'S'K‘ (738°) - линия фазового равновесия А ↔ Ф + Г

• 
  Слайд 31

  ЧУГУНЫ

  Излом серого чугуна имеет матовый серый цвет. Обладает хорошими литейными свойствами. В структуре присутствует графит, количество, форма и размеры которого изменяются в широких пределах. По строению металлической основы серые чугуны разделяют на: серый перлитный чугун (1) ; серый феррито-перлитный чугун (2); серый ферритный чугун (3). В обычном сером чугуне графит имеет пластинчатую форму (1 – 3). 1 п П Г 2 П Ф Г 3 Ф Г

• 
  Слайд 32
  

  В высокопрочном сером чугуне графит находится в форме шаровидного графита, который принимает такую форму благодаря присадке магния или церия (модификаторов) (1). В ковком сером чугуне углерод находится в форме хлопьевидного графита (углерода отжига)(2), который образуется в процессе отжига белого чугуна. 1 Ф Г 2 Ф Г

• 
  Слайд 33

  МАРКИ СЕРЫХ ЧУГУНОВ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ

  σв- предел прочности при растяжении; δ% - относительное удлинение после разрыва; σи – предел прочности при изгибе.

• 
  Слайд 34

  АСПЕКТЫ ВЫБОРА МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ МАШИН

  Механические (конструкционные) свойства материалов. Технологические свойства материалов. Это часть общих физико-химических свойств, по которым на основании практического опыта проектируют и реализуют процесс получения узлов и деталей макшин с наилучшими служебными свойствами. Методы определения технологических свойств стандартизованы.К числу важнейших относятся: свариваемость, паяемость, упрочняемость, обрабатываемость резанием, литейные свойства и технологическая деформируемость. Экономические параметры, связанные с затратами на изготовление деталей.

• 
  Слайд 35

  Механические свойства металлических материалов и методы их определения

  Детали должны выдерживать (передавать) различные нагрузки: статические, динамические, циклические, тепловые и др. Способность материала в конструкции сопротивляться внешним воздействиям, (т.е. свойства материала), принято оценивать механическими характеристиками. Один и тот же материал при различных внешних условиях (температура, скорость нагружения и т.д.) может иметь различные механические свойства. Количественная оценка механических свойств материалов производится путем испытаний образцов в специальных испытательных машинах при определенных условиях. Размеры образцов и методики проведения испытаний стандартизованы.

• 
  Слайд 36

  Испытание на растяжение

  Разрушение образца из пластичного материала l0 d0 Образец для испытаний d1 F F «шейка» l1 Относительное удлинение сужение

• 
  Слайд 37

  Диаграмма растяжения с площадкой текучести

  σпц, σуп и σт– пределы пропорциональности, упругости и текучести; σв – временное сопротивление; σр – напряжение в момент разрыва. Закон Гука σ = E·ε

• 
  Слайд 38

  Диаграмма растяжения без площадки текучести

  σ0,2 – условный предел текучести σр,ист – истинное напряжение в момент разрыва σ0,2 0,2% εост εуп σр,ист σр σв

• 
  Слайд 39

  Испытание на сжатие

  d0 h0 Образец для испытаний Деформация образца из пластичного материала из хрупкого материала F F

• 
  Слайд 40
  

  Диаграммы растяжения и сжатия пластичного (например, стали) и хрупкого (например, чугуна) материалов

   ВС > ВР F Разрушение образца из хрупкого материала вс  вр F тр тс ТС ≈ТР

• 
  Слайд 41
  

  Кривая усталости σr - предел выносливости - максимальное значение напряжения цикла изменения напряжений, при котором разрушение не происходит после практически неограниченного числа циклов изменения напряжений. Цикл изменения напряжений – совокупность последовательных значений переменных напряжений за один период их изменения.

• 
  Слайд 42

  Методы определения твердости материалов.

  Измерение твердости – упрощенный метод определения прочности. Твердость – одна из характеристик сопротивления деформации. Метод Бринелля: в испытуемый материал под действием силы Р внедряется шарик (индентор) диаметром D; число твердости по Бринеллю – НВ = Р/ S, где S – сферическая поверхность отпечатка с диаметром d. Метод Роквелла: индентор – алмазный конус или стальной шарик; числом твердости считают величину обратную глубине вдавливания h; прибор имеет три шкалы: HRB – при вдавливании стального шарика; HRA и HRC при вдавливании алмазного конуса ( с различной нагрузкой). Метод Виккерса: индентор – алмазная пирамида; критерий числа твердости HV – диагональ отпечатка d.

• 
  Слайд 43
  

  Методы HB и HRB применяют для мягких материалов; HRC - для твердых материалов (например, закаленных сталей); методы HVи HRA - для тонких слоев (листов). Между различными методами существует примерная корреляция. По соответствующим таблицам можно перевести значение твердости, полученное одним из методов в значения твердости соответствующие другим методам. Число твердости по Бринеллю приблизительно в три раза больше чем предел прочности: НВ ≈ σв / 3. Метод определения микротвердости Н применим для определения твердости отдельных структурных составляющих. Индентор – алмазная пирамида при очень небольшой нагрузке (до 100г). Метод Шора - экспресс-метод определения твердости (HSD) крупных изделий в условиях производства по отскоку стального шарика