Классификация металлов
презентация к уроку

Слайд 1

КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТАЛЛОВ Преподаватель спецдисциплин : Беляева Татьяна Сергеевна ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНО ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ МОСКОВСКОЙ ОБЛАСТИ «ЧЕХОВСКИЙ ТЕХНИКУМ»

Слайд 2

Металлы делятся на черные и цветные. Черные металлы отличает высокая температура плавления, плотность и повышенная твердость. Цветные металлы, в большинстве случаев, плавятся при более низких температурах и обладают повышенной электро и теплопроводимостью .-

Слайд 3

Ч ерные металлы делят на 5 основных подгрупп: Железные металлы. Сюда входят марганец, кобальт, никель, и конечно, железо. Наиболее распространенная в природе группа, используемая в сплавах как основной компонент. Тугоплавкие. Элементы, имеющие высокую температуру расплавления. В качестве эталона принята мера в 1539 градусов по Цельсию. Редкоземельные. Дорогостоящие в плане добычи и обработки элементы, к которым относят неодим, европий, самарий и другие металлы, используемые в качестве присадок к основному сплаву. Способны даже при небольшом проценте вмешательства существенно повысить или полностью изменить характеристики сплава. Щелочные. Особая группа, практически не применяемая в чистом виде. Чаще всего используются в атомной энергетике. Сюда относят: литий, барий, радий и другие. Урановые. Торий, уран, плутоний. Применяются исключительно в атомной энергетике.

Слайд 4

Классификация металлов По стандарту качества металлы делятся на: Стали, Чугуны, Сплавы на основе цветных металлов. Каждая группа имеет деление на подгруппы. У стали это: углеродистая, легированная, специальная.

Слайд 5

Сталью называется сплав железа с углеродом, в котором массовая доля углерода составляет 2,14 %. На практике концентрация углерода составляет не более 1,5 %. С увеличением концентрации углерода повышаются прочность и твердость, снижаются пластичность и ударная вязкость сталей. Кроме углерода в стали находятся постоянные примеси: кремний, марганец, сера, фосфор и другие химические элементы.

Слайд 6

К полезным примесям относятся марганец( Mn ), кремний ( Si ), к вредным сера (S), фосфор (Р), кислород (О), азот (N), водород (Н). Азот и кислород повышают порог хладноломкости и снижают сопротивление хрупкому разрушению, а так же могут значительно понизить предел выносливости и вязкость. Сера (ее содержание не более 0,05%) и кислород (не более 0,06%) вызывают красноломкость (образование трещин и разрушение стали при горячей обработке давлением). Фосфор ( до 0,09%) снижает пластичность и приводя к хладноломкости стали (разрушению при холодной пластической деформации).

Слайд 7

В то же время фосфор и сера , несколько снижая механические свойства сталей, улучшают их обрабатываемость резанием. Стали с повышенным содержанием S и Р называются автоматными . Очень вреден водород , который приводит к водородной хрупкости (приводит к образованию трещин в катаных заготовках и поковках, в сварных соединениях). Водород из поверхностного слоя удаляется при нагреве до 150—180 °С в вакууме.

Слайд 9

Углеродистые стали являются наиболее широко используемыми в промышленности (80%). По содержанию углерода различают: низкоуглеродистые (до 0,25% С); такие стали дешевы, недефицитны, пластичны, хорошо свариваются, имеют удовлетворительные литейные свойства и коррозионную стойкость;

Слайд 10

среднеуглеродистые (0,3—0,7% С) имеют более высокую прочность, но хуже свариваются и обрабатываются давлением; улучшение механических свойств достигается термообработкой; высокоуглеродистые (0,8—1,4% С) — непластичны, хрупки, имеют высокую твердость.

Слайд 11

По назначению углеродистые стали делятся на: Конструкционные стали содержат до 0,6% углерода и образуют две группы: строительные (до 0,25% С) — имеют невысокую прочность и хорошую пластичность; машиностроительные (0,3—0,6% С) — имеют более высокую прочность по сравнению со строительными сталями. Инструментальные стали (0,6—1,4% С) применяют для изготовления, например, режущего инструмента, штампов и т. д.

Слайд 12

По качеству: ( Количественным показателем качества сталей является содержание в них серы и фосфора ). Стали обыкновенного качества содержат 0,04—0,06% S, 0,04—0,08% Р и составляют три группы: группа А : сталь гарантируется по механическим характеристикам, химический состав не гарантирован, поэтому ее нельзя подвергать горячей обработке. Маркируется буквами Ст и цифрами: СтО , Ст1, Ст2,.... Чем больше цифра, тем выше прочность;

Слайд 13

группа Б : сталь поставляется по гарантированному химическому составу, ее можно подвергать горячей обработке. Маркируется БСтО , БСт1, БСт2, ... . Чем больше цифра, тем выше содержание углерода; группа В : сталь применяется для сварных изделий с гарантированным химическим составом и механическими свойствами. В обозначение марки вводится буква В: ВСт1, ВСт2.....

Слайд 14

Углеродистые стали обыкновенного качества предназначены для изготовления различных металлоконструкций, слабонагруженных деталей машин и приборов. Используют, когда работоспособность деталей и конструкций обеспечивается жесткостью. Широко применяются в строительстве при изготовлении железобетонных конструкций.

Слайд 15

Способностью к свариванию и холодной обработке давлением отвечают стали групп Б и В номеров 1—4, поэтому из них производят сварные фермы, рамы и строительные металлоконструкции, а также крепежные изделия, часть из которых подвергается цементации.

Слайд 16

Качественные стали содержат до 0,04% S и до 0,035% Р и поставляются потребителю после термообработки или горячей обработки давлением (прокат). Имеют лучшее сочетание прочности и пластичности. Углеродистые качественные стали — дешевые материалы, в машиностроении используются для изготовления деталей разного, чаще всего неответственного назначения. Поставляются в виде проката, поковок, профилей различного назначения с гарантированным химическим составом и механическим свойствами.

Слайд 17

Маркируются двузначными цифрами 05, 08, 10, 15, 20,..., 75, 80, 85, обозначающими среднее содержание углерода в сотых долях процента. Например, сталь 45 содержит 0,45% С. К углеродистым относят также стали с повышенным содержанием марганца (0,7—1%) марок 15Г, 20Г, 25Г, ..., 70Г.

Слайд 18

Стали 10, 15, 20 и 25 относятся к низкоуглеродистым сталям , они пластичны, хорошо свариваются и штампуются. В нормализованном состоянии их используют в основном для изготовления крепежных деталей. Для увеличения поверхностной прочности этих сталей их цементуют (насыщают поверхность углеродом) и применяют для деталей небольшого размера, например слабонагруженных зубчатых колес, кулачков и т. д.

Слайд 19

Среднеуглеродистые стали 30, 35, 40, 45, 50 и аналогичные с повышенным содержанием марганца 30Г, 40Г и 50Г в нормализованном состоянии отличаются повышенной прочностью, но меньшими вязкостью и пластичностью. В зависимости от условий работы деталей из этих сталей к ним применяют различные виды термообработки: нормализацию, улучшение, закалку с низким отпуском и др. Среднеуглеродистые стали используют для изготовления небольших валов, шатунов, зубчатых колес и деталей, испытывающих циклические нагрузки. В крупногабаритных деталях больших сечений из-за плохой прокаливаемое™ механические свойства значительно снижаются.

Слайд 20

Высокоуглеродистые стали 60, 65, 70, 75, 80 и 85, а также с повышенным содержанием марганца 60Г, 65Г и 70Г в основном используют для изготовления пружин, рессор, высокопрочной проволоки и других изделий с высокой упругостью и износостойкостью. Их подвергают закалке и среднему отпуску на структуру троостит в сочетании с удовлетворительной вязкостью и хорошим пределом выносливости.

Слайд 21

Углеродистые инструментальные стали маркируют буквой У, следующая за ней цифра показывает содержание углерода в десятых долях процента. Для изготовления инструмента применяют углеродистые качественные стали марок У7—У13 и высококачественные стали марок У7А—У13А. Высококачественные стали содержат не более 0,02% серы и фосфора, качественные — не более 0,03%.

Слайд 22

Углеродистые инструментальные стали являются наиболее дешевыми. Как правило, их применяют для изготовления малоответственного режущего инструмента, работающего при малых скоростях резания, не подвергаемого разогреву во время эксплуатации.

Слайд 23

По назначению различают углеродистые стали для работы при ударных нагрузках и для статически нагруженного инструмента. Стали марок У7—У9 применяют для изготовления инструмента при работе с ударными нагрузками, от которого требуется высокая режущая способность (зубила, клейма по металлу, деревоотделочный инструмент, в частности пилы, топоры и т. д.).

Слайд 24

Из сталей марок У10—У13 производят режущий инструмент, не испытывающий при работе толчков, ударов и обладающий высокой твердостью (напильники, шаберы, острый хирургический инструмент и т. п.). Из стали этих марок также изготавливают простые штампы холодного деформирования.

Слайд 25

Высококачественные стали содержат не более 0,025% S и 0,025% Р, а особо высококачественные соответственно до 0,015% S и до 0,025% Р. Маркируются аналогично качественным инструментальным углеродистым сталям, в конце марки ставится буква А для обозначения высокого качества.

Слайд 26

Сталь 20 корозионно неустойчива и подвержена влиянию химических веществ - это ее главный недостаток. К достоинствам можно отнести: хорошую свариваемость без особых требований к процедуре; несклонность к отпускной хрупкости; нечувствительность к флокенам ; соотношение цена-качество; плотность материала; умеренную прочность. Сталь 20 - это черный металл с простым составом без дорогих легирующих добавок. Сплав производится давно, процесс производства хорошо изучен, оптимизирован, отработан ; нет никаких особых условий или требований, поэтому металл не отличается высокой стоимостью. Расшифровка маркировки Маркировка стали 20 указывает на химический состав сплава, в частности ; на долю углерода в составе. Так как сталь 20 считается высококачественной, к точности ее химического состава предъявляются более высокие требования. Химический состав в % материала 20 Легированная сталь — это сталь, содержащая специальные легирующие добавки, которые позволяют в значительной степени менять ряд ее механических и физических свойств.

Слайд 27

По содержанию в составе стали углерода идет разделение на: низкоуглеродистые (до 0,25% углерода); среднеуглеродистые (до 0,25% до 0,65% углерода); высокоуглеродистые (более 0,65% углерода).

Слайд 28

В зависимости от общего количества в их составе легирующих элементов, которые содержит легированная сталь, она может принадлежать к одной из трех категорий: низколегированная (не более 2,5%); среднелегированная (не более 10%); высоколегированная (от 10% до 50%).

Слайд 29

По своему практическому применению легированные конструкционные стали могут быть: конструкционные (подразделяются на машиностроительные или строительные), инструментальные , стали с особыми свойствами.

Слайд 30

Назначение конструкционных легированных сталей: Машиностроительные — служат для производства деталей всевозможных механизмов, корпусных конструкции и тому подобного. Отличаются тем, что в подавляющем большинстве случаев проходят термическую обработку. Строительные — чаще всего используются при изготовлении сварных металлоконструкций и термической обработке подвергаются в редких случаях. 09Г2С, 14Г2, 15ГФ, 15ХСНД, 10ХНДП, 10Г2С1, 17ГС, 12Г2СМФ

Слайд 31

Классификация машиностроительных легированных сталей: Жаропрочные стали активно используются для производства деталей, предназначенных для работы в сфере энергетики (например, комплектующие паровых турбин), а также из них делают особо ответственный крепеж. В качестве легирующих добавок в них используют хром, молибден, ванадий. Жаропрочные относятся к среднеуглеродистым, среднелегированным, перлитным сталям.

Слайд 32

Улучшаемые (из категорий среднеуглеродистых, низко- и среднелегированных) стали, при производстве которых используют закалку, применяются для изготовления сильно нагруженных деталей, испытывающих нагрузки переменного характера. Отличаются чувствительностью к концентрации напряжения в рабочей детали. 30Х, 40Х, 50Х, 40ХФА, 20ХГС, 25ХГС, 30ХГС, 40ХН, 50ХН, 40ХН2МА

Слайд 33

Цементуемые (из категорий низкоуглеродистых, низко- и среднелегированных) стали, как можно понять по названию, подвергаются цементации и следующей после нее закалке. Их применяют для изготовления всевозможных шестерен, валов и других похожих по назначению деталей. 12ХН3А, 12Х2Н4А, 15Х, 20Х, 20ХФ, 18ХГТ, 25ХГТ, 25ХГМ, 12ХН3А, 12Х2Н4А

Слайд 34

Инструментальная легированная сталь широко используется при производстве разнообразного инструмента. Они имеют более высокие твердость и прочность, но у них более высокая хрупкость. Поэтому для инструмента, с ударным нагрузкам, такие стали не всегда подходят.

Слайд 35

Быстрорежущая сталь имеет высокую твердость и красностойкость до температуры 600 градусов. Такая сталь способна выдерживать нагрев при высокой скорости резания, что позволяет увеличить скорость работы металлообрабатывающего оборудования и продлить срок его службы.

Слайд 36

К отдельной категории относятся легированные конструкционные стали, наделенные особыми свойствами: нержавеющие, с улучшенными электрическими и магнитными характеристиками. От того, какие элементы, а также в каких количествах преимущественно содержатся в них, они могут быть хромистыми, никелевыми, хромоникельмолибденовыми. Также они делятся на трех-, четырех- и более компонентные по числу содержащихся в них легирующих добавок.

Слайд 37

Легирующие элементы и их влияние на свойства сталей Маркировка легированных сталей указывает на то, какие добавки в ней содержатся, а также на их количественное значение. Но также важно знать и то, какое именно влияние на свойства металла оказывает каждый из этих элементов в отдельности. Хром Добавка хрома увеличивает коррозионную стойкость, повышает прочность и твердость, является основным компонентом при создании нержавеющей стали .

Слайд 38

Никель Добавление никеля повышает пластичность, вязкость стали и коррозионную стойкость. Титан Титан уменьшает зернистость внутренней структуры, повышая прочность и плотность, улучшает обрабатываемость и коррозионную стойкость. Ванадий Присутствие ванадия уменьшает зернистость внутренней структуры, что повышает текучесть и порог прочности на разрыв. Молибден Добавка молибдена дает возможность улучшить прокаливаемость, повысить коррозионную устойчивость и снизить хрупкость.

Слайд 39

Вольфрам Вольфрам повышает твердость, не дает зернам увеличиваться при нагреве и снижает хрупкость при отпуске. Кремний При содержании до 1-15% кремний повышает прочность, сохраняя вязкость. При увеличении процента содержания кремния повышается магнитопроницаемость и электросопротивление. Также данный элемент увеличивает упругость, стойкость к коррозии и сопротивляемость к окислению, но также повышает хрупкость.

Слайд 40

Кобальт Введение кобальта увеличивает ударопрочность и жаропрочность. Алюминий Добавление алюминия способствует повышению окалиностойкости .

Слайд 41

Углерод Оказывает на свойства стали очень значительное влияние. Если его содержится до 1,2%, то углерод способствует повышению твердости, прочности, предела текучести металла. Превышение указанного значения способствует тому, что начинает значительно ухудшаться не только прочность, но и пластичность. Марганец Если количество марганца не превышает 0,8%, то он считается технологической примесью. Он призван повысить степень раскисления, а также противостоять негативному влиянию серы на сталь.

Слайд 42

Сера При превышении содержания серы выше 0,65% механические свойства стали существенно снижаются, речь идет об уменьшении уровня пластичности, коррозионной стойкости, ударной вязкости. Также высокое содержание серы негативно влияет на свариваемость стали. Фосфор Даже незначительное превышение содержания фосфора выше необходимого уровня чревато повышением хрупкости и текучести, а также снижением вязкости и пластичности стали.

Слайд 43

Азот и кислород При превышении определенных количественных значений в составе стали вкрапления данных газов повышают хрупкость, а также способствуют понижению ее выносливости и вязкости. Водород Слишком большое содержание водорода в стали ведет к увеличению ее хрупкости.

Слайд 44

Маркировка легированных сталей Если маркировка легированных сталей начинается с букв «Ж», «Х» или «Е» — перед нами сплав нержавеющей, хромистой или магнитной группы. Сталь, которая относится к нержавеющей хромоникелевой группе, обозначается буквой «Я» в ее маркировке. Сплавы, относящиеся к категории шарикоподшипниковых и быстрорежущих инструментальных, обозначаются буквами «Ш» и «Р».

Слайд 45

Стали, относящиеся к легированным, могут принадлежать к категории высококачественных, а также особо высококачественных. В таких случаях в конце их марки ставится буква «А» или «Ш» соответственно. Стали, которые обладают обычным качеством, таких обозначений в своей маркировке не имеют. Специальное обозначение также имеют сплавы, которые получены прокатным методом. В таком случае в маркировке присутствует буква «Н» ( нагартованный прокат) или «ТО» (термически обработанный прокат).

Слайд 46

Точный химический состав любой легированной стали можно посмотреть в нормативных документах и справочной литературе, но получить такую информацию позволяет и умение разбираться в ее маркировке. Первая цифра позволяет понять, сколько углерода (в сотых долях процента) содержит легированная сталь. После этой цифры в марке перечисляются буквенные обозначения легирующих элементов, которые содержатся дополнительно.

Слайд 47

После каждой такой буквы проставляется количественное содержание указанного элемента. Выражается это содержание в целых долях. После буквы, обозначающей элемент, может не стоять никакой цифры. Означает это то, что его содержание в стали не превышает 1,5%. Государственный стандарт 4543-71 регламентирует обозначение легирующих добавок, входящих в состав легированной стали: А — Азот, Б — Ниобий, В —Вольфрам, Г — Марганец, Д — Медь, К — Кобальт, М — Молибден, Н — Никель, П — Фосфор, Р — Бор, С — Кремний, Т — Титан, Ц — Цирконий, Ф — Ванадий, Х — Хром, Ю — Алюминий .

Слайд 48

Использование легированных сталей Сегодня сложно найти сферу жизни и деятельности, в которых бы не использовалась легированная сталь. Из инструментальных и конструкционных сталей производится практически любой инструмент: резцы, фрезы, штампы, измерительные устройства, шестерни, пружины, подвески, растяжки и многое другое. Нержавеющие легированные стали активно используются и в быту, из них изготавливают посуду, корпуса и другие элементы многих видов бытовой техники.

Слайд 49

Легированные стали по причине их высокой стоимости используются только для производства самых ответственных конструкций и деталей, где изделия из других металлов просто не смогут выполнить возложенные на них задачи.