Жестяницкие работы. Выбор материалов
Шрифт:
Кроме того, учитывая специфические свойства эксплуатации таких изделий, как воздуховоды и вентиляционные системы, материал должен быть:
Огнестойким.
Морозостойким.
Атмосферостойким.
Указанным требованиям наиболее полно удовлетворяют металлы и их сплавы, а также некоторые неметаллические материалы. При этом требуемый уровень качества изделия может быть обеспечен при использовании для изготовления изделия различных материалов. В этой связи возникает задача оптимизации выбора материала для конкретных условий изготовления и эксплуатации изделия.
При выборе материала для жестяницких изделий учитывают:
Требования к массе и габаритным размерам проектируемого изделия.
Соответствие механических и физико-химических свойств материала готового изделия (с учетом изменений этих свойств в процессе предшествующей обработки и покрытий) главному критерию работоспособности (жесткости, коррозионной стойкости, прочности, износостойкости и т.п.) и требуемому сроку службы (долговечности).
Специфические условия работы изделий (запыленность, повышение температуры и т.п.).
Соответствие технологических свойств материала (свариваемость, обрабатываемость на станках, штампуемость и т.п.) конструктивной форме, предлагаемому способу получения заготовки и готового изделия и требуемым параметрам качества поверхности.
Стоимость и дефицитность материала.
Требования эстетики.
Возможность унификации материала данной модели материалу других деталей проектируемого изделия.
Окончательное решение о выборе того или иного материала принимается на основе технико-экономического расчета с учетом возможности экономии материала и повышения эффективности производства.
Для изготовления жестяницких изделий используют черные сплавы (прежде всего, стали), которые обладают высокой прочностью (особенно после термохимической, механической и термической обработки), износостойкостью, огнестойкостью и морозостойкостью, жескостью, имеющие достаточно хорошие технологические свойства и невысокой стоимости, при этом.
Основными недостатками черных сплавов являются их низкая коррозионная стойкость (кроме специальных сталей) и большая плотность.
Цветные металлы и их сплавы применяют, прежде всего, для жестяницких изделий, к которым предъявляют требования высокой коррозионной стойкости и взрывопожарной безопасности в различных средах.
Большинство сплавов цветных металлов имеют хорошие и удовлетворительные технологические свойства. Основной недостаток цветных сплавов – сравнительно высокая стоимость.
Неметаллические материалы (резину, пластмассы, асбест и др.) широко используют при изготовлении систем вентиляции.
Современное развитие химии высокомолекулярных соединений позволяет получать пластмассы, которые обладают такими ценными свойствами, как прочность, стойкость, против действия агрессивных сред, теплоизоляционная и электроизоляционная способность, легкость и т.п.
Практически все пластмассы имеют хорошие технологические свойства. Эти материалы формуют при невысоких температурах и давлениях, что позволяет получить из пластмасс изделия любой сложной формы высокопроизводительными методами: штамповкой, вытяжкой и т.п.
Технико-экономическая эффективность применения пластмасс определяется в основном значительным снижением массы изделий и повышением их эксплуатационных качеств, а также экономией сталей и легких сплавов. Замена металла на пластмассу позволяет значительно снизить себестоимость и трудоемкость изделий.
Основным недостатком пластмасс является их склонность к так называемому старению, выражающемуся в постепенном изменении механических характеристик и размеров изделий в процессе эксплуатации.Характеристики конструкционных материалов
Условные обозначения основных элементов в марках металлов и сплавов:
Черных: А – азот, Ви – висмут, Кд – кадмий, К – кобальт, Ш – магний, С – углерод, П – фосфор, Х – хром, Н – никель, С – кремний, Г – марганец, М – молибден, Ю – алюминий, Д – медь, Р – бор, В – вольфрам, Ф – ванадий, Т – титан.
Цветных: А – алюминий, Ж – железо, Кд – кадмий, Кр – кремний, Мг – магний, Мц (Мр) – марганец, М – медь, Н – никель, О – олово, С – свинец, Ср – серебро, Ф – фосфор, Х (Хр) – хром, Ц – цинк.Основные характеристики материалов, используемых для жестяницких изделий
Для изготовления жестяницких изделий применяют различные материалы, в том числе сплавы черных и цветных металлов и неметаллы.
Стали. Основным конструкционным материалом для жестяницких изделий является сталь. Сталью называют сплав железа с углеродом и другими элементами.
Стали подразделяют:
По химическому составу – на углеродистые и легированные.
По способу получения – на бессемеровские, мартеновские, конверторные, электростали и т.д.
По качеству – на обыкновенного качества, качественные, повышенного качества и высококачественные.
По методам придания формы – литые, кованые, катаные (прокат), при этом различают холоднокатаные и горячекатаные стали.
Жестяницкие изделия изготовляют, в основном, из углеродистых сталей обыкновенного качества, используемых в виде проката. В технически обоснованных случаях применяют качественные углеродистые и легированные стали.
Таблица 1.
Согласно ГОСТ 380 – 71 углеродистя сталь обыкновенного качества делится на три группы:
А – поставляемую по механическим свойствам (см. таблицу 1) и применяемую в основном в тех случаях, когда изделия из нее не подвергаются горячей обработке (ковке, сварке и т.п.), которая может изменить регламентируемые механические свойства.
Б – поставляемую по химическому составу и применяемую для деталей, подвергаемых такой обработке, при которой механические свойства меняются, а уровень их, кроме условий обработки, определяется химическим составом.
В – поставляемую по механическим свойствам и химическому составу для деталей, подвергаемых сварке.
По способу раскисления различают сталь: кипящую (кп), полуспокойную (пс), спокойную (сп).
Кипящая сталь (не подвергаемая раскислению в ковше) дешевле других сталей примерно на 12%, но такая сталь содержит пузырьки газов и менее однородна.
Сталь обозначается буквами Ст и цифрами 0, 1, 2…, 6. Увеличение номера указывает на содержание углерода и временного сопротивления (сигма)в. После цифр следуют буквы: кп, пс, сп. Слева от букв Ст ставят букву Б или В, которой обозначена группа стали (группа А в обозначении марки не указывается).Качественная углеродистая конструкционная сталь по методам придания формы делится на горячекатаную и кованую, калиброванную круглую со специальной отделкой поверхности.
В зависимости от назначния горячекатаную и кованую сталь делят на подгруппы: а – для горячей обработки давлением; б – для холодной обработки резанием (обточки, фрезерования и т.п.) по всей поверхности; в – для холодного волочения (подкат).
Категории углеродистой качественной конструкционной стали.По требованиям к испытанию механических свойств сталь подразделяется на категории: 1, 2,…, 5.
По состоянию материала поставляют сталь: без термической обработки; термически обработанную (Т); нагатованную [Н для калиброванной стали и со специальной отделкой поверхности (серебрянки)].
В обозначении марки стали двузначные числа указывают на среднее содержание углерода в сотых долях процента, буква Г указывает содержание марганца (около 1%).
Марки стали: 08, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 58, 60, 60Г.
Легированная конструкционная сталь.
Существенный недостаток углеродистой стали – резкое уменьшение пластичности и вязкости с увеличением содержания углерода, который увеличивает ее твердость.
Вводимые в сталь легирующие элементы изменяют ее механические, физические и химические свойства.
Для легирования стали, чтобы улучшить ее свойства применяют хром, никель, марганец, кремний, вольфрам, молибден, ванадий, кобальт, титан, алюминий, медь и другие элементы.
По отношению к углероду легирующие элементы разделяются на две группы:
Элементы, образующие с углеродом устойчивые химические соединения, такие как карбиды (хром, марганец, молибден, вольфрам ванадий, титан); карбиды могут быть простыми и сложными. Они обычно тверже карбида железа и менее хрупки.
Элементы не образующие в стали карбидов и входящие в твердый раствор – феррит (никель, кремний, кобальт, алюминий, медь).
Маркировка легированной стали по ГОСТу для обозначения легирующих элементов приняты следующие буквы: Х – хром, Н – никель, Г – марганец, С – кремний, В – вольфрам, М – молибден, Ф – ванадий, К – кобальт, Т – титан, Ю – алюминий, Д – медь, П – фосфор, Р – бор, Б – ниобий, А – азот, Е – селен, Ц – цирконий.
По методам придания формы сталь делят на горячекатаную и кованую диаметром (толщиной) до 250 мм.
В зависимости от назначения горячекатаную сталь подразделяют на подгруппы:
А – Для горячей обработки давлением и холодного волочения (подкат).
Б – Для механической обработки.
По состоянию материала сталь поставляют: без термической обработки и в термически обработанном состоянии (отожженную, нормализованную и высокоотпущенную).
В зависимости от химического состава и свойств сталь подразделяют на категории: качественную, высококачественную – А и особо высококачественную – Ш.
В обозначении марки стали двузначные числа слева указывают на среднее содержание углерода в сотых долях процента, буквы – на основные легирующие элементы. Цифры после букв означают примерное процентное содержание соответствующего компонента в целых единицах.
Отсутствие цифр свидетельствует о содержании легирующего элемента до 1.5%. Буква А в конце обозначения означает высококачественную сталь.
К высоколегированным относятся стали и сплавы:
Коррозионно-стойкие, обладающие стойкостью против коррозии (химической, электрохимической и т.п.);
Жаростойкие (окалиностойкие), обладающие стойкостью против химического разрушения в газовых средах при температуре более 50`С, работающие в ненагруженном и слабонагруженном состоянии;
Жаропрочные, работающие в нагруженном состоянии в течение определенного времени и обладающие при этом достаточной жаростойкостью.Термическая, химико-термическая и термомеханическая обработка стали.
Термическая обработка заключается только в термическом воздействии на сплав. Основными видами такой обработки являются отжиг, закалка, отпуск и старение.
Отжиг – термическая обработка, заключающаяся в нагреве до определенной температуры, выдержке и последующем медленном охлаждении с целью получения более равновесной структуры (состава сплава).
Вызывает уменьшение прочности и твердости стали, повышение пластичности и снятия остаточных напряжений. Используют несколько видов и разновидностей отжига сплава [13].
Для жестяницких изделий с рекристаллизацию целью ускорения наклепа, вызванного пластичной деформацией и затрудняющего дальнейшее деформирование, выполняют рекристаллизационный отжиг. Он используется как промежуточный между операциями холодного деформирования.
Температура рекристаллизационного отжига для различных материалов используемых при изготовлении жестяницких изделий,`С: стали 600-700; меди 450-500; латуни 400-500; алюминия 250-350; титана 540-760.
Закалка – термическая операция, заключающаяся в нагреве до определенной температуры, выдержке в течение определенного времени при этой температуре и последующем охлаждении с определенной скоростью в закалочной среде.
Цель закалки – повышение прочности и износостойкости ( за счет увеличения твердости) изделий.
Закалка может быть объемной (нагрев и превращения по всему объему изделия) и поверхностный (нагрев, например, токами высокой частоты и превращения в поверхностном слое).
Отпуск – окончательная термическая обработка, состоящая в нагреве сплава, предварительно подвергнутого закалке, до определенной температуры, выдержке и охлаждении. Цель отпуска – получение заданной структуры и требуемых свойств.
Разновидности отпуска стали: низкий (150-250 `С), средний (350-480 `С) и высокий (400-600`C). Закалку стали с последующим высоким отпуском называют улучшением.