Учебное пособие для самостоятельной подготовки по учебной дисциплине «Основы материаловедения». Профессия 15.01.05 Сварщик (ручной и частично механизированной сварки (наплавки).
методическая разработка на тему

ОГАПОУ «Белгородский машиностроительный техникум»

Учебное  пособие

для  самостоятельной подготовки  по учебной дисциплине  «Материаловедение».

Профессия 15.01.05 Сварщик (ручной и частично механизированной сварки (наплавки).

Выполнила преподаватель Шахбанова В.И

Белгород, 2018г

Содержание

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

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

2.Стали углеродистые обыкновенного качества …………

3.Углеродистые конструкционные качественные стали….

4.Углеродистые инструментальные стали

5.Легированные стали

6. Свариваемость сталей.

7. Электроды.

8.Сварочная проволока.

9. Список используемой литературы…………………………..

10. 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 «Основы материаловедения». 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 предприятии.

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

2.Стали углеродистые конструкционные обыкновенного качества

        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.

     Современные металлические конструкции  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 металлоконструкций, испытывающих динамическое воздействие нагрузки и местные концентрации напряжений в отдельных частях, 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 металлоконструкций 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)

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   

4.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).

5. 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.

6. Свариваемость сталей.

      Способность металлов и сплавов образовывать надежные сварные соединения с заданными свойствами называется свариваемостью.

Не все металлы обладают способностью надежно свариваться обычными методами. Наилучшей свариваемостью обладают металлы, образующие друг с другом твердые растворы. Нельзя сваривать методом плавления металлы, не растворяемые друг в друге в твердом состоянии. Для их сварки вводят промежуточный металл, способный растворяться в обоих металлах, или используют сварку давлением.

      В зависимости от группы свариваемости сталей и соответствующих технологических особенностей, характеристики сварного соединения можно корректировать с помощью последовательных температурных влияний. Выделяют 4 основных способа термообработки: закаливание, отпуск, отжиг и нормализация. Наиболее распространенными являются закалка и отпуск для твердости и одновременной прочности сварного шва, снятия напряжения, предупреждения трещинообразования. Степень отпуска зависит от материала и желаемых свойств.  Способы сварочных работ: Ручная дуговая с использованием специальных, изначально прокаленных электродов, диаметром от 2 до 5 мм. Типы: Э38 (для средней прочности), Э42, Э46 (для хорошей прочности до 420 МПа), Э42А, Э46А (для высокой прочности сложных конструкций и их работы в особых условиях). Сваривание стержнями ОММ-5 и УОНИ 13/45 совершается под действием постоянного тока. Работы с помощью электродов ЦМ-7, ОМА-2, СМ-11 проводятся током любой характеристики.

7.Электроды

Инструментом, используемым для создания и горения дуги, является электрод – стержень металлического или неметаллического происхождения. Работа может выполняться как одним, так и несколькими стержнями с возможностью создания дополнительной дуги между ними (сварка трехфазной дугой). Виды электродов для сварки определяются с учетом всех характеристик, присущих конкретному материалу.

8. Сварочная проволока

     Сварочная проволока собой изделие определенной длины, изготовленное из металла, имеющее небольшое поперечное сечение по отношению к длине. Чтобы правильно сделать выбор марки сварочной проволоки, необходимо знать основные критерии ее подбора. От этого зависит прочность и качество соединения, полученное разными видами сварки.

Классификация

Признаки, по которым классифицируется сварочная проволока, следующие:

• назначению;
• виду поверхности;
• структуре;
• хим. составу.

     По назначению изделия бывают общего и специального назначения. Проволока специального назначения предназначается для выполнения специфических работ – подводной сварки, сварки арматуры, ванной сварки и т.д. Такая проволока имеет химический состав, позволяющий упрощать вышеуказанные работы и содействовать получению сварного соединения высочайшего качества.

Проволока общего назначения предназначена для сварки, используется при проведении наплавочных работ и при изготовлении различных типов электродов (в маркировке присутствует буква Э).

По виду поверхности проволока выпускается неомедненной и омедненной (в маркировке присутствует буква О). Омедненная проволока применяется для сварки конструкций и изделий, изготовленных из углеродистой или низколегированной стали. Ее назначение – создать антикоррозионную защиту шву, а также способствовать устойчивости горения дуги. Особенно это актуально при проведении газовой сварки.

      По структуре проволока бывает сплошной, порошковой и активированной.
Обозначение проволоки

Хим. состав марок стали, из которой изготавливают проволоку, оговаривается в ГОСТ 2246-70 и согласно ему существует 6 марок, изготовленных из марок cтали с пониженным содержанием углерода, 30 марок – из легированной стали и 41 марка – из высоколегированной стали. Проволока считается низкоуглеродистой, если в ней суммарное содержание легирующих элементов составляет менее 2,5%, легированной, если суммарное содержание этих элементов находится в пределах от 2,5 до 10%, и высоколегированной – более 10%. Проволока имеет условное обозначение, которое говорит о количественном содержании различных элементов в ее составе.

Маркировка состоит из цифр и букв, где цифры это количество элементов, входящих в состав проволоки в %, а буквы — название химического элемента. Сварочная проволока может иметь в своем составе следующие элементы:

9. 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.

10. Заключение

      Данное учебное  пособие составлено с целью облегчения обучающимися изучения курса "Основы материаловедения" 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  основам материаловедения при подготовке сварщиков.