Жестяницкие работы. Выбор материалов

Мельников Илья

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.

* Выбирают в зависимости от толщины заготовки.

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.