Электричество в металллах

Каждому инженеру совершенно необходимо знать  классификацию и маркировку материалов, предназначенных для изготовления деталей машин и конструкций. К числу таких материалов относятся  металлы и их сплавы, металлические  и металлокерамические порошки  пластмассы, резина, стекло, керамика, древесные и др. неметаллические вещества. Наиболее широкое распространение в качестве конструкционных материалов в настоящее время получили металлы и их сплавы, поэтому в настоящей работе будут рассмотрены только стали, чугуны и цветные металлы, и их сплавы (медь, алюминий, титан, магний и сплавы на их основе).

I Классификация и  маркировка сталей

     Сталями принято называть сплавы железа с  углеродом, содержание до 2,14% углерода. Кроме того, в состав сплава обычно входят марганец, кремний, сера и фосфор; некоторые элементы могут быть введены для улучшения физико-химических свойств специально (легирующие элементы).

      Стали, классифицируют по самым различным  признакам. Мы рассмотрим следующие:

1. Химический состав.

      В зависимости от химического состава различают стали углеродистые (ГОСТ 380-71, ГОСТ 1050-75) и легированные (ГОСТ 4543-71, ГОСТ 5632-72, ГОСТ 14959-79). В свою очередь углеродистые стали могут быть:

      A) малоуглеродистыми, т. е. содержащими  углерода менее 0,25%;

      Б) среднеуглеродистыми, содержание углерода составляет 0,25-0,60%

      B) высокоуглеродистыми, в которых концентрация углерода превышает 0,60% Легированные стали подразделяют на:

а) низколегированные  содержание легирующих элементов до 2,5%

б) среднелегированные, в их состав входят от 2,5 до 10% легирующих элементов;

в) высоколегированные, которые содержат свыше 10% легирующих элементов.

2. Назначение.

По назначению стали бывают:

1. конструкционные, предназначенные для изготовления строительных и машиностроительных изделий.
2. Инструментальные, из которых изготовляют режущий, мерительный, штамповый и прочие инструменты. Эти стали содержат более 0,65% углерода.
3. С особыми физическими свойствами, например, с определенными магнитными характеристиками или малым коэффициентом линейного расширения: электротехническая сталь, суперинвар.
4. С особыми химическими свойствами, например, нержавеющие, жаростойкие или жаропрочные стали.

3. Качество.

В зависимости  от содержания вредных примесей: серы и фосфора-стали подразделяют на:

1. Стали обыкновенного качества, содержание до 0.06% серы и до 0,07% фосфора.
2. Качественные - до 0,035% серы и фосфора каждого отдельно.
3. Высококачественные - до 0.025% серы и фосфора.
4. Особовысококачественные, до 0,025% фосфора и до 0,015% серы.

4. Степень раскисления.

По степени  удаления кислорода из стали, т. е. По степени её раскисления, существуют:

1. спокойные стали, т. е., полностью раскисленные; такие стали обозначаются буквами “сп” в конце марки (иногда буквы опускаются);
2. кипящие стали - слабо раскисленные; маркируются буквами "кп";
3. полу спокойные стали, занимающие промежуточное положение между двумя предыдущими; обозначаются буквами "пс".

      Сталь обыкновенного качества подразделяется еще и по поставкам на 3 группы:

1. сталь группы А поставляется потребителям по механическим свойствам (такая сталь может иметь повышенное содержание серы или фосфора);
2. сталь группы Б - по химическому составу;
3. сталь группы В - с гарантированными механическими свойствами и химическим составом.

      В зависимости от нормируемых показателей (предел прочности σ, относительное удлинение δ%, предел текучести δ_т, изгиб в холодном состоянии) сталь каждой группы делится на категории, которые обозначаются арабскими цифрами.

     Стали обыкновенного качества обозначают буквами "Ст" и условным номером марки (от 0 до 6) в зависимости от химического состава и механических свойств. Чем выше содержание углерода и прочностные свойства стали, тем больше её номер. Буква "Г" после номера марки указывает на повышенное содержание марганца в стали. Перед маркой указывают группу стали, причем группа "А" в обозначении марки стали не ставится. Для указания категории стали к обозначению марки добавляют номер в конце соответствующий категории, первую категорию обычно не указывают.

Например:

      Ст1кп2 - углеродистая сталь обыкновенного  качества, кипящая, № марки 1, второй категории, поставляется потребителям по механическим свойствам (группа А);

      ВСт5Г - углеродистая сталь обыкновенного  качества с повышенным содержанием  марганца, спокойная, № марки 5, первой категории с гарантированными механическими свойствами и химическим составом (группа В);

      Вст0 - углеродистая сталь обыкновенного  качества, номер марки 0, группы Б, первой категории (стали марок Ст0 и Бст0 по степени раскисления не разделяют).

Качественные  стали маркируют следующим образом:

1. в начале марки указывают содержание углерода цифрой, соответствующей его средней концентрации;

а) в  сотых долях процента для сталей, содержащих до 0,65% углерода;

      05кп  – сталь углеродистая качественная, кипящая, содержит 0,05% С;

      60 – сталь углеродистая качественная, спокойная, содержит 0,60% С;

б) в  десятых долях процента для индустриальных сталей, которые дополнительно снабжаются буквой "У":

      У7 – углеродистая инструментальная, качественная сталь, содержащая 0,7% С, спокойная (все инструментальные стали хорошо раскислены);

      У12 - углеродистая инструментальная, качественная сталь, спокойная содержит 1,2% С;

2) легирующие  элементы, входящие в состав стали,  обозначают русскими буквами: 

А – азот К – кобальт Т – титан Б – ниобий М – молибден Ф- ванадий 

В – вольфрам Н – никель Х – хром Г – марганец

П – фосфор Ц – цирконий Д – медь Р – бор  Ю – алюминий

Е – селен С – кремний Ч – редкоземельные металлы 

     Если  после буквы, обозначающей легирующий элемент, стоит цифра, то она указывает  содержание этого элемента в процентах. Если цифры нет, то сталь содержит 0,8-1,5% легирующего элемента, за исключением молибдена и ванадия (содержание которых в солях обычно до 0,2-0,3%), а также бора (в стали с буквой Р его должно быть не менее 0,0010%).

Примеры:

      14Г2  – низко  легированная  качественная  сталь,  спокойная,  содержит приблизительно 14% углерода и до 2,0% марганца.

      03Х16Н15М3Б  - высоко легированная качественная  сталь, спокойная содержит 0,03% C, 16,0% Cr, 15,0% Ni, до З,0% Мо, до 1,0% Nb.

Высококачественные  и особовысококачественные стали.

      Маркируют, так же как и качественные, но в конце марки высококачественной стали ставят букву А, (эта буква  в середине марочного обозначения  указывает на наличие  азота,  специально  введённого  в  сталь),  а  после  марки особовысококачественной - через тире букву "Ш".

Например:

      У8А - углеродистая инструментальная высоко качественная сталь, содержащая 0,8% углерода;

      30ХГС-III – особовысококачественная среднелегированная сталь, содержащая 0,30% углерода и от 0,8 до 1,5% хрома, марганца и кремния каждого.

Отдельные группы сталей обозначают несколько иначе.

      Шарикоподшипниковые стали маркируют буквами "ШХ", после которых указывают содержание хрома в десятых долях процента:

      ШХ6 - шарикоподшипниковая сталь, содержащая 0,6% хрома;

      ШХ15ГС - шарикоподшипниковая сталь, содержащая 1,5% хрома и от 0,8 до 1,5% марганца и кремния.

      Быстрорежущие стали (сложнолегированные) обозначают буквой "Р", следующая за ней цифра указывает на процентное содержание в ней вольфрама:

Р18-быстрорежущая  сталь, содержащая 18,0% вольфрама;

Р6М5К5-быстрорежущая  сталь, содержащая 6,0% вольфрама 5,0% молибдена 5,0% кобольта.

Автоматные  стали обозначают буквой "А" и цифрой, указывающей среднее содержание углерода в сотых долях процента:

      А12 - автоматная сталь, содержащая 0,12% углерода (все автоматные стали имеют повышенное содержание серы и фосфора);

      А40Г - автоматная сталь с 0,40% углерода и  повышенным до 1,5% содержанием марганца.

II Классификация и маркировка чугунов.

      Чугунами  называют сплавы железа с углеродом, содержащие более 2,14% углерода. Они содержат те же примеси, что и сталь, но в большем количестве. В зависимости от состояния углерода в чугуне, различают:

     Белый чугун, в котором весь углерод находится в связанном состоянии в виде карбида, и чугун, в котором углерод в значительной степени или полностью находится в свободном состоянии в виде графита, что определяет прочностные свойства сплава, чугуны подразделяют на:

1) серые - пластинчатая или червеобразная форма графита;

2) высокопрочные - шаровидный графит;

3) ковкие - хлопьевидный графит. Чугуны маркируют двумя буквами и двумя цифрами,

соответствующими  минимальному значению временного сопротивления δ_в при растяжении в МПа^-10. Серый чугун обозначают буквами "СЧ" (ГОСТ 1412-85), высокопрочный - "ВЧ" (ГОСТ 7293-85), ковкий - "КЧ" (ГОСТ 1215-85).

      СЧ10 - серый чугун с пределом прочности  при растяжении 100 МПа;

      ВЧ70 - высокопрочный чугун с сигма  временным при растяжении 700 МПа;

      КЧ35 - ковкий чугун с δ_в растяжением примерно 350 МПа.

      Для работы в узлах трения со смазкой  применяют отливки из антифрикционного чугуна АЧС-1, АЧС-6, АЧВ-2, АЧК-2 и др., что расшифровывается следующим образом: АЧ - антифрикционный чугун:

С - серый, В - высокопрочный, К - ковкий. А цифры  обозначают порядковый номер сплава согласно ГОСТу 1585-79.

III классификация и маркировка цветных сплавов.

1. Медь и её сплавы.

     Технически  чистая медь обладает высокими пластичностью  и коррозийной стойкостью,   малым   удельным   электросопротивлением  и   высокой теплопроводностью. По чистоте медь подразделяют на марки (ГОСТ 859-78): 

 

      После обозначения марки указывают  способ изготовления меди: к - катодная, б – бес кислородная, р - раскисленная. Медь огневого рафинирования не обозначается.

      МООк - технически чистая катодная медь, содержащая не менее 99,99% меди и серебра.