Жуков - Машиностроительные материалы (1967)

В справочнике приведены основные характеристики стандартизованных, а также некоторых новых  машиностроительных материалов, их состав,  физико-механические свойства, а в необходимых случаях — стойкость в агрессивных средах, технологические и  эксплуатационные свойства, области применения. Даны общие принципы выбора основных материалов и ссылки на более полные источники информации.

Справочник предназначен для конструкторов,  технологов и мастеров машиностроительных заводов и  ремонтных предприятий. Он может быть полезен также  студентам высших и средних технических учебных заведении.

Глава I  ЧЕРНЫЕ МЕТАЛЛЫ И МЕТАЛЛОКЕРАМИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ

Черными металлами называют сплавы, содержащие не менее 45% железа. Железо создает основу твердых  растворов — феррита (с объемно центрированной решеткой) и аустенита (с гранецентрированной решеткой) и входит в большинство соединений (с углеродом — цементит Fe3C, с азотом — нитриды и т. п.).

Технически чистое железо при комнатной температуре состоит практически из одного феррита. С повышением  содержания углерода увеличивается доля перлита (тонкая смесь феррита и цементита). В углеродистых сталях, содержащих 0,7—0,8% С, присутствует одни перлит, а с более высоким содержанием углерода — вторичный цементит.

При нагреве до температур выше критических все эти структурные составляющие переходят в аустенит. При  медленном охлаждении они вновь выделяются (с размельчением зерна при оптимальных режимах отжига и  нормализации), при быстром — появляются новые типы структур (мартенсит, бейнит, троостит, сорбит). Отпуск приводит к возврату к структурам типа исходных, но с лучшим  расположением частиц и зерен, поэтому закалку и высокий отпуск называют улучшением.

Под влиянием некоторых компонентов (никеля,  марганца) аустенит становится стабильным при комнатной и более низких температурах. Аустенитные стали и чугуны  немагнитны.

В отличие от сталей чугуны не могут приобрести при  нагреве чисто аустенитную структуру. Еще до полного  растворения высокоуглеродистой фазы наступает начало плавления. Высокоуглеродистой фазой в чугунах может быть цементит (первичный и входящий в состав  ледебурита) в случае белых чугунов и графит — в серых.

Феррит имеет невысокую прочность и твердость, но  высокую пластичность. Перлит тверже, но менее пластичен, ледебурит тверд, но хрупок. Мартенсит и бейнит  обладают высокой прочностью и твердостью. Графит не прочен и хрупок, но имеет хорошие антифрикционные свойства.

Максимальным модулем упругости обладает феррит, с повышением содержания перлита в стали модуль упругости немного снижается.

Закаленные на мартенсит высокопрочные стали имеют наинизший модуль упругости. Модуль упругости чугунов колеблется от 8000 кг/мм2 (серый чугун с крупным пластинчатым графитом) до 17 000 кг/мм2 (высокопрочный чугун с шаровидным графитом). Объемный вес феррита составляет 7,8 г/см3, аустенитных сталей до 8 г/см3, высокоуглеродистых сталей ~7,6 г/см3 (закаленных на мартенсит ~7,5 г/см3), чугунов 7,0— 7,4 г/см3.

Теплопроводность и электропроводность — максимальные у феррита и снижаются с легированием углеродом и другими элементами.

Сталь

Сталями называют сплавы железа, содержащие до 2% С (за исключением нескольких марок, например Х12, с большим содержанием С). Марки углеродистых сталей обыкновенного качества начинаются с обозначения Ст., после которого следует номер (от 0 до 7). Приставка М в начале марки означает мартеновскую сталь (например, МСт.З), Б — бессемеровскую, К — конвертерную (с продувкой кислородом). Приставка кп в конце марки обозначает кипящую сталь, пс — полуспокойную, сп — спокойную.

Марки качественных углеродистых конструкционных сталей, а также легированных конструкционных сталей начинаются с обозначения содержания углерода в сотых долях процента, например, сталь 08 содержит в среднем 0,08% С, легированная сталь 38ХМЮА содержит в  среднем 0,38% С.

Углеродистые марки инструментальной стали  обозначают буквой У, после которой указывается среднее  содержание углерода в десятых долях процента. Легированные марки начинаются либо с обозначения содержания углерода в десятых Долях процента, либо сразу с буквенных обозначений легирующих элементов, без указаний на содержание углерода; примеры: У7 с 0,7% С; 9Х с 0,9% С; ХВГ. Некоторые инструментальные стали, применяемые иногда так же, как конструкционные, имеют марки с  обозначением содержания углерода в сотых долях процента, например 55Х, 60ХГМ и др.

В марках высоколегированных сталей содержание  углерода обычно не отражается. Когда оно играет  существенную роль, то обозначается в начале марки цифрами 0, 1, 2, 3 или 4, соответствующими среднему содержанию углерода в десятых долях процента.

Буква А в конце марки обозначает высококачественную сталь, буква Л — литейную марку, а буква К — сталь для котлостроения; примеры: У7А, 1Х13Л, 22К. Буква А в начале марки относится к автоматным сталям;  например А12.

Легирующие элементы обозначают буквами: азот — А (в этом случае буква А ставится внутри; например, Х17АП4), алюминий — Ю, бор — Р, ванадий—Ф, вольфрам — В, кремний —С, кобальт— К, марганец — Г, медь — Д, молибден — М, никель — Н, ниобий — Б, селен — Е, титан — Т, фосфор — П, хром — X,  цирконий — Ц. Цифры после буквенных обозначений  легирующих элементов соответствуют среднему содержанию последних в процентах. При содержании около 1% элемента или меньше (а в случае таких модификаторов, как титан, азот, бор, при содержании десятых, сотых и тысячных долей процента) после буквенного символа цифр не ставят.

Марка быстрорежущих сталей начинается с буквы Р и цифрового обозначения содержания вольфрама в  процентах (без приведения буквы В); например, сталь Р18К5Ф2 содержит в среднем 18% W, 5% Со и 2% V. Из приведенных правил обозначения марок стали  существует большое количество исключений.