Учебное пособие для самостоятельной подготовки по учебной дисциплине «Материаловедение». Профессия 23.01.07 Машинист крана (крановщик)
учебно-методическое пособие на тему

ОГАПОУ «Белгородский машиностроительный техникум»

Учебное  пособие

для  самостоятельной подготовки  по учебной дисциплине  «Материаловедение».

Профессия 23.01.07 Машинист крана (крановщик)

 Выполнила преподаватель Шахбанова В.И

Белгород, 2018г

Содержание

Пояснительная записка…………………………………..  

1.Сталь. Классификация сталей……………………………  

2.Стали углеродистые обыкновенного качества (металлоконструкции моста,  грузовой тележки, кабины  крана)………….

3.Углеродистые конструкционные качественные стали….

 4.Назначение, конструкции и материалы деталей крана……

-валы и оси;

-подшипники качения;

-вкладыши подшипников скольжения;

-ходовые колеса;

-грузовые барабаны;

- грузовые канаты;

5. Углеродистые инструментальные стали………………….

6. Легированные стали………………………………………..

7. Смазочные материалы……………………………..

8. Список используемой литературы…………………………..

9. Заключение…………………………………………………..

Пояснительная записка

           Металловедение — наука, изучающая состав, внутреннее строение и свойства металлов и сплавов в их взаимосвязи, а также закономерности их изменения при тепловом, химическом и механическом воздействии. Эта наука не только объясняет внутреннее строение и свойства металлов и сплавов, но и устанавливает закономерную зависимость между внутренним строением сплава и его свойствами, а также определяет наилучший состав, метод изготовления и применения требуемых свойств.

Сведения о металлах и их сплавах были известны в глубокой древности и накапливались веками. Они сыграли огромную роль в развитии материальной культуры общества, так как легли в основу развития всех отраслей народного хозяйства. Однако эти сведения не были систематизированы, не носили научного характера. Подлинное развитие науки о металлах (металловедение) началось в XIX в. в связи с развитием физики, химии и других наук. В наше время металловедение тесно связано с физикой и химией. Применение точной физической и химической аппаратуры и внедрение различных методов испытаний (механических, рентгеновских, оптических) дали возможность в течение нескольких десятилетий исследовать природу металлов и их сплавов.

      Данное учебное  пособие составлено  в соответствии с рабочей программой по дисциплине «Материаловедение». Самостоятельная  подготовка  предполагает  изучение обучающимися  теоретического материала по данной учебной дисциплине.

В данном учебном  пособии  в краткой форме изложен теоретический материал по теме «Стали», рассмотрены примеры расшифровок  марок сталей, даны схемы и таблицы по определению химического состава сталей, твердых сплавов, а также других металлов и неметаллов, применяемых на кране.

1. Сталь. Классификация сталей

       Все применяемые в технике металлы делятся на черные и цветные. К черным металлам относятся сталь и чугун, а к цветным сплавы меди, свинца, олова, и т.д. Сталь и чугун – это сплавы железа с углеродом.

 Сталь – содержание углерода  до 2,14% , а также и другие элементы,  постоянные: кремний и марганец – полезные, сера и фосфор – вредные примеси: до 1,5% фосфора и серы до 0,15%. Сера повышает красноломкость; фосфор – хладноломкость.

     Классификация  сталей:

1)По степени раскисления:

-спокойная (сп)

-полуспокойная (пс)

-кипящая (кп)

2) По области применения:

-конструкционная (для деталей машин)

Инструментальная (для режущего инструмента)

3) Зависимости от примесей:

- обыкновенного качества

-качественная

-высококачественная

-особовысококачественная

4) По содержанию углерода:

- низкоуглеродистая С до 0,25%,

- среднеуглеродистая С от 0,25% до 0,65%,

-  высокоуглеродистая С от  0,7% до 1,3%

Сталь - сплав Fe с С (где С до 2,14%)
Сталь - Fe + C + примеси(Мп + Si + 2вредные S + P)

2. Стали углеродистые обыкновенного качества ГОСТ 380-94.

                                     Поставляется

• гр.А - по механическим свойствам (не пишется)
• гр.Б - по химическому составу
• гр.В - по механическим свойствам и химическому составу

                                      Марки стали:

Ст 0, Ст 1, Ст 2, Ст 3, Ст 4, Ст 5, Ст 6 (чем больше цифра, тем больше углерода)

                                      Способы раскисления:

• сп - спокойный(О2 - удален) (не пишется)
• пс - полуспокойный (О2 - удален частично)
• кп - кипящий (О2 - не удален)
• Г - повышенное содержание Мn

        Углеродистые конструкционные стали обыкновенного качества в соответствии с ГОСТ 380-94 обозначаются следующим образом: Ст3сп, Ст5кп, Ст0 и др. Здесь Ст – буква, указывающие принадлежность стали к группе сталей обыкновенного качества. Следующая за ним цифра от 0 до 6 указывает на номер марки стали, чем выше цифра тем выше содержание углерода. В конце наименования стали приводятся буквы, определяющие степень ее раскисления (кп, пс, сп).

  В обозначении сталей с повешенным содержанием марганца после цифры добавляется буква Г. Например. СТ3Гсп, СТ5Гпс и др.

Металлоконструкции крана:

Используются мостовые краны для того, чтобы поднимать и перемещать тяжелые грузы больших размеров во всех сферах промышленной деятельности человека.

Современные металлические мосты выполняют из прокатной стали, содержащей от 0,1 до 0,25% углерода. При таком содержании углерода сталь хорошо поддается механической обработке, обладает вязкостью, пластичностью и способностью свариваться.

С повышением содержания углерода увеличиваются прочность и предел текучести стали. Вместе с тем уменьшается удлинение, повышается хрупкость, ухудшается способность сваривания и увеличивается трудность механической обработки металла. Поэтому для мостов, испытывающих динамическое воздействие нагрузки и местные концентрации напряжений в отдельных частях конструкции, сталь с высоким содержанием углерода не применяется.

Кроме углерода, сталь всегда содержит марганец и кремний, благоприятно влияющие на ее механические свойства. Марганец и кремний увеличивают прочность стали и повышают предел ее текучести, однако, кремний в то же время несколько понижает стойкость стали против ржавления. Полезной присадкой является медь, которая в количестве до 0,5% повышает стойкость стали против ржавления и несколько улучшает ее механические свойства.

Сталь, содержащую повышенное количество примесей, благоприятно влияющих на ее механические качества, называют легированной. При этом для мостов используют в основном так называемые низколегированные стали, содержащие сравнительно небольшой процент полезных примесей.

Сталь всегда содержит также и вредные примеси: серу, фосфор, кислород и азот. Сера, образуя с железом легкоплавкое сернистое железо, делает сталь красноломкой, плохо сопротивляющейся механическим воздействиям в горячем состоянии. Фосфор  вызывает  хладноломкость,   т . е .   хрупкость  стали  при низких температурах. Поэтому в строительных сталях и особенно в сталях, применяемых для мостов, содержание серы и фосфора строго ограничивается. Кислород так же, как и сера, делает сталь красноломкой. Азот  способствует развитию хрупкости стали с течением времени (старение). Сталь выплавляется металлургическими заводами в мартеновских или конверторных печах. Мартеновская сталь имеет более высокие механические качества, и поэтому ее предпочитают применять для металлических мостов.

В зависимости от способа выплавки различают кипящую и спок о й н у ю сталь.

3. Углеродистые конструкционные качественные стали ГОСТ 1050-88

         Качественные конструкционные стали с соответствием с ГОСТ 1050-88 обозначаются двухзначным числом, указывающим примерное содержание углерода в стали в сотых долях.   Так сталь с содержанием углерода 0,07-0,14% обозначается 10; сталь с содержанием углерода 0,42-0,50% - 45, а сталь с углеродом 0,57% – 60%.При этом для сталей с С < 0,2%, не подвергнутых полному раскислению, в обозначении добавляются буквы «кп» (для кипящей стали) и «пс» (для полустойкой стали). Для спокойных сталей буквы в концу их наименований не добавляются. Например: 08кп, 10пс, 15, 18кп, 20 и т.д.

       По качеству: Обычного качества. Серы здесь содержится меньше 0,06%, фосфора – не больше 0,07%. Качественные стали. Они не содержат серы и фосфора больше 0,04%. Высококачественные. Количество серы тут не превышает 0,025%, а фосфора – не больше 0,018%.

   Примерные маркировки:

Сталь 45 - углеродистая конструкционная, качественная, 0,45% - С (среднеуглеродистая)
Сталь 55А - углеродистая конструкционная, высококачественная, 0,55% - С (среднеуглеродистая)
Сталь А 12 - углеродистая конструкционная, качественная, 0,12% - С (низкоуглеродистая)

Назначение, конструкции и материалы деталей крана.

-Валы и оси:

    Валом называют деталь (как правило, гладкой или ступенчатой цилиндрической формы), предназначенную для поддержания установленных на ней шкивов, зубчатых колес, ходовых колес, катков, грузовых барабанов и т.д., и для передачи вращающего момента.

При работе вал испытывает изгиб и кручение, а в отдельных случаях помимо изгиба и кручения валы могут испытывать деформацию растяжения (сжатия).

Некоторые валы не поддерживают вращающиеся детали и работают только на кручение. Вал имеет опоры, называемые подшипниками. Часть вала, охватываемую опорой, называют цапфой. Концевые цапфы именуют шипами, а промежуточные – шейками. Ось не передает крутящий момент.

Классификация валов и осей.

По назначению валы делят на:

- валы передач (на них устанавливают детали передач);

- коренные валы (на них устанавливают дополнительно еще и рабочие органы машины).

По геометрической форме валы делят на:

-прямые

-кривошипные

-коленчатые

-гибкие

-телескопические

-карданные

По конструктивным признакам:

-гладкие валы и оси

-ступенчатые валы и оси

-валы-шестерни

валы-червяки

По типу сечения валы и оси бывают:

-сплошные

- полые

- комбинированные

Участки  осей и валов, которыми они опираются на подшипники при восприятии осевых нагрузок, называют пятами. Опорами для пят служат подпятник.  Посадочные поверхности валов и осей под ступицы насаживаемых деталей выполняют цилиндрическими, коническими или шаровыми. Широкое распространение в машиностроении получили цилиндрические цапфы; конические и шаровые цапфы; конические и шаровые цапфы применяют редко.

При изготовлении валов и осей применяют стали марок Ст3, Ст4, Ст5, 35, 40, 45, 45, 50, 40Х, 40ХН.

-подшипники качения:

Шарикоподшипниковую сталь применяют главным образом для изготовления шариков, роликов и колец подшипников [2]. Но номенклатура марок стали данного вида достаточно широка. Это объясняется разнообразием требований к эксплуатационным свойствам подшипников со стороны традиционных, а также новых отраслей промышленности и сельского хозяйства.

Наиболее распространённые подшипниковые высокоуглеродистые стали можно классифицировать следующим образом:

• стали для подшипников, работающих в обычных условиях (хромистая, хромистая с добавкой молибдена, хромомарганцевокремнистая, хромомарганцевая с добавкой молибдена);
• стали для подшипников, работающих в агрессивных средах и при повышенной температуре (коррозионно-стойкая, теплостойкая) [1].

К первым относятся стали марок ШХ15, ШХ15СГ, ШХ20СГ, ШХ4, ШХ6, ШХ9 и т.д.[3] В результате проведенной в 60 г. унификации две последние марки были заменены сталью ШХ15. Названия аналогичных марок в других странах - 52100, 100C6, SKF-24, SUJ2 и т.д.

Ко вторым относят стали марок 95Х18-Ш (где буква "Ш" указывает на то, что сталь выплавлена методом электрошлакового переплава, а вакуумно-дуговой переплав стали электрошлакового переплава обозначается "ШД"), 11Х18М-ШД, ЭИ760, ЭИ347 (8Х4В9Ф2), 8Х4М4ВФ1-Ш, 8DCV40, M50, Z80WDCV6, 80MoCrV4216 и др.

-вкладыши подшипников скольжения

    Вкладыши выполняют из следующих материалов:

1) Бронзовые вкладыши широко используют при средних скоростях и больших нагрузках. Наилучшими антифрикционными свойствами обладают оловянные бронзы (БрО10Ф1, Бр05Ц5С5 и др.). Алюминиевые (БрАЭЖЗА и др.) и свинцовые (БрСЗО) бронзы вызывают повышенное изнашивание цапф валов, поэтому применяются в паре с закаленными цапфами. Свинцовые бронзы используют при знакопеременных ударных нагрузках.

2) Вкладыш с баббитовой заливкой применяют для ответственных подшипников при тяжелых и средних режимах работы (дизели, компрессоры и др.). Баббит является одним из лучших антифрикционных материалов для подшипников скольжения. Хорошо прирабатывается, стоек против заедания, но имеет невысокую прочность, поэтому баббит заливают лишь тонким слоем на рабочую поверхность стального, чугунного или бронзового вкладыша. Лучшими являются высокооловянные баббиты Б86, Б83.

3)Чугунные вкладыши без заливки применяют в неответственных тихоходных механизмах. Наибольшее применение получили антифрикционные чугуны АЧС-1

4) Металлокерамические вкладыши изготовляют прессованием и последующим спеканием порошков меди или железа с добавлением графита, олова или свинца. Особенностью этих материалов является большая пористость, которая используется для предварительного насыщения горячим маслом. Вкладыши, пропитанные маслом, могут долго работать без подвода смазочного материала. Их применяют в тихоходных механизмах в местах, труднодоступных для подвода масла.

5) Неметаллические материалы для вкладышей применяют антифрикционные самосмазывающие пластмассы (АСП), древеснослоистые пластики, твердые породы дерева, резину и др. Неметаллические материалы устойчивы против заедания, хорошо прирабатываются, могут работать при смазывании водой, что имеет существенное значение для подшипников гребных винтов, насосов, пищевых машин и т. п.

Латуни

Легирующие добавки: 

О-олово                Мг-магний           Ср-серебро

С-свинец                Ти- титан             Внм-вольфрам                                

Ж-железо                Н-никель              Ви-висмут

Мц-марганец                             Су-сурьма            Мш-мышьяк        

А-алюминий                               В-ванадий             Ф-фосфор                                            

Примерные маркировки латуней:

Л 56 –латунь: 56% - меди,  остальное Zn

ЛМцСО-60-2-3-1- латунь: 60% -Cu, 2%-Mn, 3%-Pb,  1%Sn остальноеZn                                                                                                                  

Бронзы

Бронза - сплав Cu + Mn + Al + Fe +Pb+Be и тд.

Примерные маркировки бронз

Бр А Мц Ж -10-2-2–бронза: 10%-Аl, 2% -Mn, 2% -Fe, остальное Cu.

-ходовые колеса

      Ходовые колеса механизмов передвижения и тележек мостовых кранов должны быть установлены таким образом, чтобы исключалась возможность схода колес с рельсов. Крановые колеса изготовляют двух типов: ЮР — одноребордные и К2Р — двухребордные штампованные, кованые и катаные с цилиндрической поверхностью катания. Устанавливают такие колеса на валах или осях механизмов передвижения кранов и их грузовых тележек.

Одноребордные ходовые колеса можно применять для тележек мостовых кранов при условии, что ширина обода за вычетом реборды должна превышать ширину головки рельса не менее чем на 30 мм. В специальных мостовых кранах часто используют безребордные ходовые колеса. Горизонтальные ролики исключают возможность схода их с рельсов.

Ходовые колеса электрических мостовых кранов изготовляют из стали разных марок в зависимости от нагрузки на каждое колесо.

-грузовые канаты:

       Стальные канаты являются сложным и ответственным видом проволочных изделий. Они имеют большое число типов и конструкций и различаются по форме поперечного сечения как самого каната, так и его элементов, а также по физико-механическим характеристикам проволок и сердечников.

Обозначение канатов:

Углеродистые инструментальные стали ГОСТ 1435-74.

   Качественные углеродистые стали обозначаются буквой «У» и цифрой, указывающей среднее содержание углерода в стал, умноженное на 10. Так сталь У7 содержит 0,65-0,74% углерода, сталь У10 – 0,95-1,04%, а сталь У12 1,10-1,39%

   В обозначении высококачественных сталей добавляется буква «А». Например У8А, У12А и т.д. Кроме того, в обозначении как качественных, так и высококачественных может присутствовать буква Г, указывающая на повешенное содержание марганца: У8Г/ У8ГА.

Примерные маркировки:

У7, У8, У9, У10, У11, У12, У13

У 7А, У 8А, У 9А , У 10А, У 11А, У 12А, У 13А

У7 - углеродистая инструментальная, качественная, 0,7% - С (высокоуглеродистая)

У11А - углеродистая инструментальная, высококачественная, 1,1% - С (высокоуглеродистая).

Легированные стали ГОСТ 4547-71.

       Легированная сталь – это сталь, где кроме постоянных примесей (марганец, кремний, сфера, фосфор) содержатся легирующие элементы.

 Классификация легированных сталей:

1. В зависимости от области применения:

- конструкционные

- инструментальные

- стали с особыми свойствами    

2) в зависимости от содержания легирующих элементов:

- низколегированные (до 2,5%)

- среднелегированные (от 2,5% до 10%)

- высоколегированные(свыше 10% до 50%)

3) по содержанию вредных примесей:

- качественные;

- высококачественные;

- особо качественные.

 Влияние легирующих элементов на свойства стали

Углерод – с повешением до 1,2% увеличивается твердость, прочность и упругость стали, но пластичность и сопротивление удару уменьшается, обрабатываемость резанием и свариваемость ухудшается.

Х –хром – повышает прочность и твердость, коррозийную стойкость. Много хрома – сталь нержавеющая.

Н – никель – повышает коррозийную стойкость, сопротивление удару.

В – вольфрам - увеличивает твердость и красностойкость. Металл дорогой, дефицит.

Ф – ванадий – повышает твердость и прочность

С – кремний – повышает прочность, упругость, плотность слитка.

Г – марганец до 1% - увеличивает твердость , износостойкость, стойкость против ударных нагрузок, улучшает обрабатываемость.

М– молибден – увеличивает упругость, антикоррозийные свойства, сопротивление окислению при высоких температурах.

Т – титан – повышает прочность и твердость, сопротивление коррозии.

S – сера – вредная примесь, приводит к красноломкости.

Газы – кислород, азот, водород– снижают прочность, ударную вязкость.

                                         Конструкционные легированные стали.

        В России, как и в других странах СНГ, принята буквенно-цифровая система обозначения марок сталей. Буква указывают на основные легирующие элементы, Включенные в сталь. Цифры после каждой буквы обозначают примерное процентное содержание соответствующего элемента, округленного до целого числа (при содержании легирующего элемента до 1% цифра за соответствующей буквой не ставится). Процентное содержание углерода, умноженное на 100, ставится вначале наименований стали.

Обозначение основных легирующих элементов.

Примерные маркировки:

Сталь 12ХН -0,09-0,015% углерода 0,4-0,7% хрома, 0,5-0,8% никеля. Для того чтобы показать, сто в стали ограниченно содержание серы и фосфора (S<0,03% P<0,03%) и сталь относится к высококачественным, в конце ее обозначения ставят букву «А». Особовысококачественные стали, подвергнутые электротрошлаковому переплаву, обеспечивающему эффективную отчистку от сульфидов и оксидов, обозначают через тире в конце наименования стали букву «Ш».

Например: 18ХГ-Ш.

Сталь 10 Х14 Н13МА - легированная, конструкционная, высококачественная,

 0,1% - С, 14% - хрома, 13% никеля, 1% молибдена (высоколегированная)

Инструментальные легированные стали

       Правила обозначения инструментальных легированных сталей ГОСТ 5950 в основном то же, что и для конструкционных легированных. Различие заключается лишь в цифрах, указывающих на массовую долю углерода в стали. Процентное содержание углерода  так же указывается в начале наименования марки стали, но при этом умножается на 10. Если в инструментальной легированной стали содержание углерода около 1,0% то цифру в начале ее наименования не указывают.

Примерные маркировки:

4ХВ5МФ содержит 0,3-0,4% углерода,2,2-3% хрома, 4,5-5% вольфрама, 0,6-0,9% молибдена , 0,6-0,9% ванадия.

ХВГ содержит 0,9-1,05% углерода, 0,9-1,2% хрома, 1,2-1,6% вольфрама, 0,8-1,1% марганца.

9Х 12Ф - легированная, инструментальная, качественная, 0,97% С, 12% - хрома, 1% - ванадия, (высоколегированная)

ХВГ - легированная, инструментальная, качественная, 1% - С, 1% - хрома, 1% - вольфрама, 1% - марганца.

                   Смазочные материалы:

                            Для смазывания механизмов крана используют время приема — сдачи смены или внутрисменные перерывы в работе. При эксплуатации кранов следует строго придерживаться карты смазывания, разработанной заводом-изготовителем крана. Периодичность смазывания, (в часах машинного времени работы крана) должна составлять:

При смазывании полости подшипниковых опор следует заполнять на 2/3 их объема, а картеров редукторов — на 1/3 объема. Смазочный материал надо наносить на очищенные поверхности. Новый кран следует смазывать обильнее, чем бывший в эксплуатации. Запрещается смазывать и обтирать детали при работе механизмов крана.

В течение первых 10—15 дней кран следует смазывать каждую смену. Первую замену смазочного материала в редукторах проводить через 20 ч работы, вторую — через 120 ч, а далее — в соответствии с картон смазывания завода-изготовителя крана. При смене смазочного материала необходимо промывать подшипники и зубчатые колеса в керосине или дизельном топливе.

Грузовые канаты смазывают перед первоначальной установкой на кран путем погружения на сутки в бак с минеральным смазочным материалом или в разогретую до 50—60 °С канатную мазь. В процессе эксплуатации смазочный материал наносят на канат кистью или лопаткой.

Жидкие смазочные материалы перед употреблением следует профильтровать. Хранить смазочные материалы рекомендуется в закрытых емкостях отдельно по видам и сортам.

Список используемой литературы:

          1. Адаскин А.М., Зуев В.М. Материаловедение (металлообработка): 10-е изд., стер.-М.:

             Академия, 2015. – 288с.

            2.Барановский Г.Г. , Справочное пособие по материаловедению (металлообработка), 4-е изд.,-           М.: Академия, 2015.

                 3.Заплатин В.Н., Справочное пособие по материаловедению  (металлообработка), 4-е изд., перераб.-М.: Академия, 2015.-256 с.

 Заключение

      Данное учебное  пособие составлено с целью облегчения обучающимися изучения курса "Материаловедение" при сокращенном количестве аудиторных часов. Курс представлен в виде опорных конспектов, логических схем и таблиц, где материал расположен в порядке изучения основополагающих тем. Предполагается, что данное учебное  пособие будет являться дополнительным материалом к лекционному курсу по данной дисциплине, при выполнении курсового проекта, дипломной работы, а также на уроках спецподготовки..

          Такие учебные  пособия расширяют рамки обычной работы с конспектом или учебной литературой, т е увеличивается возможность развития творческих способностей каждого обучающегося и использования межпредметных  знаний.

Учебное пособие может  быть рекомендовано  для использования в профессиональных  образовательных организациях СПО по  материаловедению при подготовке машинистов кранов.