Конструкционные порошковые материалы

1. Конструкционные стали  и сплавы. 

1.1. Углеродистые конструкционные  стали.

1.2.Легированные конструкционные  стали.

1.3. Строительные низкоуглеродистые  стали.

1.4. Арматурные стали.

1.5. Стали для холодной  штамповки.

1.6. Конструкционные (машиностроительные) цементируемые (нитроцементуемые) легированные  стали.

1.7. Конструкционные (машиностроительные) улучшаемые легированные стали.

1.8. Стали с повышенной  обрабатываемостью резанием.

1.9. Мартенситно-стареющие  высокопрочные стали.

1.10. Высокопрочные стали  с высокой пластичностью 

1.11. Рессорно-пружинные стали  общего назначения.

1.12. Шарикоподшипниковые  стали.

1.13. Износостойкие стали.

1.14. Коррозионно-стойкие  и жаростойкие стали и сплавы.

1.15. Криогенные стали.

1.16. Жаропрочные стали  и сплавы.

2. Инструментальные стали  и твердые сплавы.

2.1. Стали для режущего  инструмента.

2.2. Стали для измерительного  инструмента. 

2.3. Стали для штампов  холодного деформирования.

2.4. Стали для штампов  горячего деформирования.

2.5. Твердые сплавы.

3. Стали и сплавы с  особыми физическими свойствами.

3.1. Магнитные стали и  сплавы.

3.2. Металлические стекла (амфорные сплавы).

3.3. Стали и сплавы с  высоким электрическим сопротивлением  для нагревательных элементов.

3.4. Сплавы с заданным  температурным коэффициентом линейного расширения. 

3.5. Сплавы с эффектом "памяти  формы".

4. Тугоплавкие металлы  и их сплавы.

5. Титан и сплавы на  его основе.

5.1. Титан.

5.2. Сплавы на основе  титана.

6. Алюминий и сплавы  на его основе.

6.1. Алюминий.

6.2. Классификация алюминиевых  сплавов.

6.3. Деформируемые алюминиевые  сплавы, упрочняемые термической обработкой.

6.4. Деформируемые алюминиевые  сплавы, не упрочняемые термической обработкой.

6.5. Литейные алюминиевые  сплавы.

7. Магний и сплавы на  его основе.

7.1. Магний.

7.2. Сплавы на основе  магния.

8. Медь и сплавы на  ее основе.

8.1. Медь.

8.2. Сплавы на основе  меди.

9. Антифрикционные (подшипниковые)  сплавы на оловянной, свинцовой, цинковой и

алюминиевой основах.

10. Композиционные материалы  с металлической матрицей.

11. Конструкционные порошковые  материалы.

 

 

Конструкционные стали и  сплавы

Конструкционными называются стали, предназначенные для изготовления деталей машин (машиностроительные стали), конструкций и сооружений (строи-тельные стали).

Углеродистые конструкционные  стали

Углеродистые конструкционные  стали подразделяются на стали обыкновен-ного качества и качественные.  
Стали обыкновенного качества изготавливают следующих марок Ст0, Ст1, Ст2,..., Ст6 (с увеличением номера возрастает содержание углерода).  
Стали обыкновенного качества, особенно кипящие, наиболее дешевые. Стали отливают в крупные слитки, вследствие чего в них развита ликвация и они содержат сравнительно большое количество неметаллических включений. С повышением условного номера марки стали возрастает предел прочности и текучести и снижается пластичность. Из сталей обыкновенного качества изготовляют горячекатаный рядовой прокат: балки, швеллеры, уголки, прутки, а также листы, трубы и поковки. Стали в состоянии поставки широко применяют в строительстве для сварных, клепанных и болтовых конструкций. С повышением содержания в стали углерода свариваемость ухудшается. Поэтому стали Ст5 и Ст6 с более высоким содержанием углерода применяют для эле-ментов строительных конструкций, не подвергаемых сварке.  
Качественные углеродистые стали маркируют цифрами 08, 10, 15,..., 85, которые указывают среднее содержание углерода в сотых долях процента.  
Низкоуглеродистые стали 05кп, 08, 07кп, 10, 10кп обладают высокой прочностью и высокой пластичностью. Стали без термической обработки используют для малонагруженных деталей, ответственных сварных конструкций, а также для деталей машин, упрочняе-мых цементацией.  
Среднеуглеродистые стали (0.3-0.5% С) 30, 35,..., 55 применяют после нор-мализации, улучшения и поверхностной закалки для самых разнообразных деталей во всех отраслях промышленности. Эти стали по сравнению с низкоуглеродистыми имеют более высокую прочность при более низкой пластичности. В связи с этим их следует применять для изготовления небольших деталей или более крупных, но не требующих сквозной прокаливаемости. Стали с высоким содержанием углерода (0.6-0.85% С) 60, 65,..., 85 обладают высокой прочностью, износостойкостью и упругими свойствами. Из этих сталей изготавливают пружины и рессоры, шпиндели, замковые шайбы, прокатные валки и т.д.

Легированные конструкционные  стали

Легированные стали широко применяют в тракторном и сельскохозяйственном машиностроении, в автомобильной промышленности, тяжелом и транспортном машиностроении в меньшей степени в станкостроении, инструментальной и других видах промышленности. Это стали применяют для тяжело нагруженных металлоконструкций. Стали, в которых суммарное количество содержание легирующих элементов не превышает 2.5%, относятся к низколегированным, содержащие 2.5-10% - к легированным, и более 10% к высоколегированным (содержание железа более 45%). Наиболее широкое применение в строительстве получили низколегированные стали, а в машиностроении - легированные стали.  
Легированные конструкционные стали маркируют цифрами и буквами. Двухзначные цифры, приводимые в начале марки, указывают среднее содержание угле-рода в сотых долях процента, буквы справа от цифры обозначают легирующий элемент. Пример, сталь 12Х2Н4А содержит 0.12% С, 2% Cr, 4% Ni и относится к высококачественным, на что указывает в конце марки буква А .

Строительные низколегированные  стали

Низко легированными называют стали, содержащие не более 0.22% С и  сравнительно небольшое количество недефицитных легирующих элементов: до 1.8% Mn, до 1,2% Si, до 0,8% Cr и другие. К этим сталям относятся стали 09Г2, 09ГС, 17ГС, 10Г2С1, 14Г2, 15ХСНД, 10ХНДП и многие другие. Стали в виде листов, сортового  фасонного проката применяют  в строительстве и машиностроении для сварных конструкций, в основном без дополнительной термической обработки. Низколегированные низкоуглеродистые стали хорошо свариваются. Для изготовления труб большого диаметра применяют сталь 17ГС.

Арматурные стали

Для армирования железобетонных конструкций применяют углеродистую или низкоуглеродистую сталь в виде гладких или периодического профиля стержней.

Стали для холодной штамповки

Штампуемость стали тем  хуже, чем больше в ней углерода. Кремний, повышая предел текучести, снижает штампуемость, осо-бенно  способность стали к вытяжке. Поэтому для холодной штамповки  более ши-роко используют холоднокатаные кипящие стали 08кп, 08Фкп (0.02-0.04% V) и 08Ю (0.02-0.07% Al).

Конструкционные (машиностроительные) цементируемые (нитроцементуемые) легированные стали

Для изготовления деталей, упрочняемых  цементацией, применяют низкоуг-леродистые (0.15-0.25% С) стали. Содержание легирующих элементов в сталях не должно быть слишком высоким, но должно обеспечить требуемую прокаливаемость поверхностного слоя и сердцевины.  
Хромистые стали 15Х, 20Х предназначены для изготовления небольших из-делий простой формы, цементируемых на глубину 1.0-1.5мм. Хромистые стали по сравнению с углеродистыми обладают более высокими прочностными свойствами при некоторой меньшей пластичности в сердцевине и лучшей прочности в цементируемом слое, чувствительна к перегреву, прокаливаемость невелика.  
Хромованадиевые стали. Легирование хромистой стали ванадием (0.1-0.2%) улучшает механические свойства (сталь 20ХФ). Кроме того, хромованадиевые стали менее склонны к перегреву. Используют только для изготовления сравнительно небольших деталей.  
Хромоникелевые стали применяются для крупных деталей ответственного значения, испытывающих при эксплуатации значительные динамические нагрузки. Повышенная прочность, пластичность и вязкость сердцевины и цементированного слоя. Стали малочувствительны к перегреву при длительной цементации и не склонны к перенасыщению поверхностных слоев углеродом  
Хромомарганцевые стали применяют во многих случаях вместо дорогих хромоникелевых. Однако они менее устойчивы к перегреву и имеют меньшую вязкость по сравнению с хромоникелевыми. В автомобильной и тракторной промышленности, в станкостроении применяют стали 18ХГТ и 25ХГТ.  
Хромомарганцевоникелевые стали. Повышение прокаливаемости и прочности хромомарганцевых сталей достигается дополнительным легированием их нике-лем.  
Стали, легированные бором. Бор увеличивает прокаливаемость стали, делает сталь чувствительной к перегреву. В промышленности для деталей, работающих в условиях износа при трении, применяют сталь 20ХГР, а также сталь 20ХГНР.

Конструкционные (машиностроительные) улучшаемые легированные стали

Стали имеют высокий предел текучести, малую чувствительность к концен-траторам напряжений, в  изделиях, работающих при многократном приложении нагрузок, высокий предел выносливости и достаточный запас  вязкости. Кроме того, улучшаемые стали  обладают хорошей прокаливаемостью и малой чувствительностью к отпускной хрупкости. При полной прокаливаемости сталь имеет лучшие механические свойства, особенно сопротивление хрупкому разрушению - низкий порог хладноломкости, высокое значение работы развития трещины КСТ и вязкость разрушения К1с.  
Хромистые стали 30Х, 38Х, 40Х и 50Х применяют для средненагруженных деталей небольших размеров. С увеличением содержания углерода возрастает прочность, но снижаются пластичность и вязкость. Прокаливаемость хромистых сталей невелика.  
Хромомарганцевые стали. Совместное легирование хромом (0.9-1.2%) и мар-ганцем (0.9-1.2%) позволяет получить стали с достаточно высокой прочностью и прокаливаемостью (40ХГ). Однако хромомарганцевые стали имеют пониженную вязкость, повышенный порог хладноломкости (от 20 до -60 С), склонность к отпускной хрупкости и росту зерна аустенита при нагреве.  
Хромокремнемарганцевые стали. Высоким комплексом свойств обладают хромокремнемарганцевые стали (хромансил). Стали 20ХГС, 25ХГС и 30ХГС обладают высокой прочностью и хорошей свариваемостью. Стали хромансил применяют также в виде листов и труб для ответственных сварных конструкций (самолетостроение). Стали хромансил склонны к обратимой отпускной хрупкости и обезуг-лероживанию при нагреве.  
Хромоникелевые стали обладают высокой прокаливаемостью, хорошей прочностью и вязкостью. Они применяются для изготовления крупных изделий сложной конфигурации, работающих при динамических и вибрационных нагруз-ках.  
Хромоникелемолибденовые стали. Хромоникелевые стали обладают склон-ностью к обратимой отпускной хрупкостью, для устранения которой многие детали небольших размеров из этих сталей охлаждают после высокого отпуска в масле, а более крупные детали в воде для устранения этого дефекта стали дополнительно легируют молибденом (40ХН2МА) или вольфрамом.  
Хромоникелемолибденованадиевые стали обладают высокой прочностью, пластичностью и вязкостью и низким порогом хладноломкости. Этому способству-ет высокое содержание никеля. Недостатками сталей являются трудность их обра-ботки резанием и большая склонность к образованию флокенов. Стали применяют для изготовления наиболее ответственных деталей турбин и компрессорных ма-шин.

Стали с повышенной обрабатываемостью  резанием

Наиболее часто применяют  автоматные стали А12, А20, А40, имеющие  по-вышенное содержание серы (0.08-0.3%), фосфора (< =0.05%) и марганца (0.7-1.0%). Сталь 40Г содержит 1.2-1.55% Mn. Фосфор, повышая твердость, прочность и охрапчивая сталь, способствует образованию ломкой стружки и получению высокого качества поверхности. Стали обладают большой анизотропией механических свойств, склонны к хрупкому разрушению, имеют пониженный предел выносливости. Поэтому сернистые автоматные стали применяют лишь для изготовления неответственных изделий - преимущественно нормалей или метизов.

Мартенсито-стареющие высоко прочные стали

Широкое применение в технике  получила высокопрочная мартенсито-стареющая  сталь Н18К9М5Т (<=0.03% С, ~18% Ni, ~9% Co, ~5% Mo, ~0.6 Ti). Кроме стали Н18К9М5Т нашли  применение менее легированные мартенси-то-стареющие стали: Н12К8М3Г2, Н10Х11М2Т, Н12К8М4Г2, Н9Х12Д2ТБ. Мартенсито-стареющие стали применяют в авиационной промышленности, в ракетной технике, в судостроении, в приборостроении для упругих элементов, в криогенной технике и т.д. Эти стали дорогостоящие.

Высокопрочные стали с  высокой пластичностью (ТРИП- или  ПНП-стали)

Метастабильные высокопрочные  аустенитные стали называют ТРИП-сталями  или ПНП-сталями. Эти стали содержат 8-14% Cr, 8-32% Ni, 0.5-2.5% Mn, 2-6% Mo, до 2% Si (30Х9Н8М4Г2С2 и 25Н25М4Г1). Характерным для это  группы сталей является высокое значение вязкости разрушения и предела выносливости. Широкому применению ПНП-сталей препятствует их высокая легированность, необходимость  использования мощного оборудования для деформации при сравнительно низких температурах, трудность сварки. Эти стали используют для изготовления высоконагруженных деталей, проволоки, тросов, крепежных деталей и др.

Рессорно-пружинные стали  общего назначения

Рессорно-пружинные стали  предназначены для изготовления пружин, упругих элементов и рессор различного назначения. Они должны обладать высоким со-противлением малым  пластическим деформациям, пределом выносливости и релаксационной стойкостью при достаточной пластичности и вязкости. Для пружин малого сечения применяют углеродистые стали 65, 70,75, 85. Более часто для изготовления пружин и рессор используют легированные стали. Стали 60С2ХФА и 65С2ВА, имеющие высокую прокаливаемость, хорошую прочность и релаксационную стойкость применяют для изготовления крупных высоконагруженных пружин и рессор. Когда упругие элементы работают в условиях сильных динамических нагрузок, применяют сталь с никелем 60С2Н2А. Для изготовления автомобильных рессор широко применяют сталь 50ХГА, которая по техническим свойствам превосходит кремнистые стали. Для клапанных пружин рекомендуется сталь 50ХФА, не склонная к перегреву и обезуглероживанию.

Шарикоподшипниковые стали.

Для изготовления тел качения  и подшипниковых колец небольших  сечений обычно используют высокоуглеродистую хромистую сталь ШХ15 (0.95-1.0% С и 1.3-1.65% Cr), а больших сечений - хромомарганцевую сталь ШХ15СГ (0.95-1.05% С, 0.9-1.2% Cr, 0.4-0.65% Si и 1.3-1.65% Mn), прокаливающуюся на большую глубину. Стали обладают высокой твердостью, износостойкостью и сопротивлением контактной усталости. К сталям предъявляются высокие требования по содержа-нию неметаллических включений, так как они вызывают преждевременное усталостное разрушение. Недопустима также карбидная неоднородность. Для изготовления деталей подшипников качения, работающих при высоких динамических нагрузках, применяют цементуемые стали 20Х2Н4А и 18ХГТ. После газовой цементации, высокого отпуска, закалки и отпуска детали подшипника из стали 20Х2Н4А имеют на поверхности 58-62 HRC и в сердцевине 35-45 HRC.