Поставки крепежа и инструментов оптом и в розницу

По России бесплатно

8-800-333-61-84

Металлы и сплавы, из которых изготавливается крепёж. Общий обзор

Информация

Металлы и сплавы, из которых изготавливается крепёж. Общий обзор

Часто приходится слышать, как крепежные изделия называют «метизами» — сокращение от «металлических изделий». Это, конечно, выражение бытовое, но в нем есть большая доля истины. Подавляющее большинство изделий, входящих в ассортимент ЦКИ, или их элементы, изготовлены из металла.

 

Металлы (от лат. metallum — шахта, рудник) — группа элементов, обладающая характерными металлическими свойствами, такими как высокая тепло- и электропроводность, прочность, пластичность, плотность, непроницаемость, характерный блеск.

 

Эти свойства определяются их строением. Напомним, что атомы металла имеют высокоорганизованную кристаллическую структуру – т.н. «решетку», в узлах которой располагаются ядра атомов, а пространство между ними равномерно заполняет «электронный газ», т.е. свободные электроны.

 

На практике чистые металлы используются редко, и массовое их применение происходит в виде сплавов. В сплаве соединяются несколько элементов, в основном металлы. Хотя самый массовый сплав – сталь – это соединение металла железа с неметаллом углеродом. Компонент, который имеет самую высокую долю в сплаве, называется основным, а остальные – легирующими. Число сплавов очень велико. Мы же остановимся только на тех, которые применяются при изготовлении крепежных изделий из нашего ассортимента. Их список вполне обозрим.

 

  • Cталь углеродистая конструкционная
  • Сталь пружинная
  • Чугун ковкий
  • Сталь нержавеющая аустенитная
  • Медь (чистая)
  • Латунь
  • Бронза
  • Алюминиевые сплавы

 

Углеродистая конструкционная сталь – сплав железа и углерода в различных соотношениях – получается при совместной выплавке этих основных компонентов. В качестве обязательных сопутствующих элементов присутствуют Mn и Si. Они попадают в сталь при раскислении – удалении из стали лишнего кислорода. Mn и Si связывают его в оксиды. Процесс сопровождается газовыделением СО («кипением»). Так получают стали обыкновенного качества и качественные стали.

 

Стали обыкновенного качества обозначают буквами «Ст» и условным номером марки. Чем выше номер, тем больше С и Mn содержится в стали.

 

Содержание углерода и марганца в сталях обыкновенного качества, %

 

Марка стали

Ст0

Ст1

Ст2

Ст3

Ст4

Ст5

Ст6

С %

0,23

0,06-0,12

0,09-0,15

0,14-0,22

0,18-0,27

0,28-0,37

0,28-0,49

Mn %

0,25-0,5

0,25-0,5

0,3-0,65

0,4-0,7

0,5-0,8

0,5-0,8

 

Качественные углеродистые стали своему названию обязаны в первую очередь низким содержанием примесей. Их массовый процент должен быть не более:

  • серы 0,04;

  • фосфора 0,035.

 

Содержание углерода в этих сталях изменяется в широких пределах. По этому показателю их разделяют на несколько групп. Чем выше содержание углерода в стали, тем выше ее механические свойства. Они маркируются числами 08,10, 15, 20, ..., 85, которые указывают среднее содержание углерода в сотых долях процента.
 

Механические свойства качественных углеродистых сталей

 

Марка

σв, Н/мм2

σт, Н/мм/2

Низкоуглеродистые стали (С < 0,25%)


05кп, 08, 07кп, 10 и 10кп

330-340

200-210

15, 15кп, 20 и 25

380-460

230-280

Среднеуглеродистые стали (0,3 — 0,5 % С)


30, 35, 40, 45, 50 и 55

500-610

300-360

40, 45 и 50

600-700

400-600

Стали с высоким содержанием углерода (0,6 — 0,85 %С)

 

60, 65, 70, 80 и 85

в зависимости от термообработки

в зависимости от термообработки

 

В отдельных случаях углеродистые стали легируются незначительным количеством хрома. Это обеспечивает повышенные механические свойства после соответствующей термической обработки. Весьма популярна в этом плане сталь марки 40Х.

 

Химический состав в % материала 40Х

 

С Si Mn Ni S P Cr Cu

0,36-0,44

0,17-0,37

0,5-0,8

до 0,3

до 0,035

до 0,035

0,8-1,1

до 0,3

 

 

Следует иметь в виду, что наряду с химическим составом важнейшую роль в формировании структуры, а следовательно, и в обеспечении заданных свойств сплава, играет термообработка. В углеродистых сталях применяется схема закалка + отпуск. Закалка – это термообработка, направленная на получение в сплаве максимально неравновесной структуры и соответственно аномального уровня свойств. Любая закалка включает в себя нагрев до высокой заданной температуры, выдержку и последующее быстрое резкое охлаждение. Атомы, перестроившиеся в другую структуру при нагреве, при резком охлаждении не успевают вернуться на прежние места. В случае углеродистых сталей эта новая зафиксированная структура стали называется мартенсит. Следует понимать, что эта структура может возникнуть только при достаточно высоком содержании углерода в стали. В стали с низкой концентрацией углерода последнего может попросту не хватить для организации мартенситной структуры. Если же мартенсит образовался, то его состояние будет крайне неустойчивым, как у любой напряженной структуры. Поэтому, чтобы перевести металл в более устойчивое состояние, сохранив при этом необходимые уровни прочности и пластичности, применяют дополнительную термообработку, которую называют отпуск. Отпуск – термообработка, направленная на уменьшение внутренних напряжений в сплавах после закалки. При отпуске сталь нагревают до температур более низких, чем при закалке, что вызывает выделение т.н. вторичных фаз и как следствие снижение внутренних напряжений в стали.

 

Еще один вид термической обработки, а точнее – химико-термической обработки, встречающийся при производстве крепежных изделиях, это цементация. Так называется насыщение поверхности деталей углеродом с целью повышения ее твердости и износостойкости. Насыщение проводят либо из твердой, либо из газовой фазы, и оно длится до 10 часов при температуре 900-9500С. Для улучшения структуры затем производится двойная закалка на 800-9000С и последующий низкий отпуск при 160-1800С.

 

Цементацию применяют для деталей, в которых высокая твердость поверхности должна сочетаться с вязкой сердцевиной, хорошо выдерживающей ударную нагрузку. При этом содержание углерода не должно превышать 0,1-0,25%. В крепежных изделиях нашего ассортимента цементация широко применяется при производстве саморезов по металлу.

 

Сталь пружинная

 

Некоторые крепежные детали изготавливаются из специальной пружинной стали. Это различного рода шайбы, кольца, разрезные штифты и т.п.

Их изготавливают из конструкционной стали с повышенным содержанием углерода: приблизительно в пределах 0,5—0,7% С, часто с добавками марганца и кремния. Широко применяется для этих целей сталь марки 65Г.

 

Химический состав в % материала 65Г

 

C

Si

Mn

Ni

S

P

Cr

Cu

0.62 — 0.7

0.17 — 0.37

0.9 — 1.2

до   0.25

до   0.035

до   0.035

до   0.25

до 0.2

 

 

Основная особенность пружинной стали – способность выдерживать многократные упругие деформации, не превосходящие предел текучести. Увеличение этой характеристики достигается специальной термообработкой.

 

Чугун ковкий

 

Чугун, как и сталь, – это сплав железа с углеродом. Содержание углерода в чугуне не менее 2,14%. Углерод в чугуне может содержаться в разных формах. В зависимости от этого выделяют: белый, серый, ковкий и высокопрочные чугуны.

 

Ковкий чугун содержит графит в хлопьевидной форме и получил свое название из-за повышенной пластичности. Кроме того, ковкий чугун обладает повышенной прочностью при растяжении и высоким сопротивлением удару.

 

 

Маркируется ковкий чугун двумя буквами и двумя числами, например КЧ 370-12. Буквы КЧ означают ковкий чугун, первое число — предел прочности (в МПа) на разрыв, второе число — относительное удлинение (в процентах), характеризующее пластичность чугуна.

 

В нашем ассортименте изделия из ковкого чугуна представлены, например, гайкой-барашком и струбциной TKN.

 

 

 

Сталь легированная. Нержавеющая сталь

 

Выше мы говорили только о низколегированных конструкционных сталях. На практике же легирование стали используется в промышленности очень широко.

 

Стали, в которых суммарное содержание легирующих элементов не превышает 2,5%, относятся к низколегированным, содержащие 2,5 — 10% — к легированным, и более 10% — к высоколегированным (содержание железа не более 45%).

 

Чаще всего при легировании используют сравнительно недорогие и недефицитные элементы — марганец, кремний и хром, добавочно легируют титаном, ванадием и бором. Однако для изготовления сталей со специальными требованиями или для особо ответственного применения, легирование проводят значительно более дорогими и дефицитными элементами, такими как никель, молибден, вольфрам, ниобий и другие.

 

Маркировка легированных конструкционных сталей

 

буква

элемент

буква

элемент

буква

элемент

А

азот

К

кобальт

Т

титан

Б

ниобий

Н

никель

Ф

ванадий

В

вольфрам

М

молибден

Х

хром

Г

марганец

П

фосфор

Ц

цирконий

Д

медь

Р

бор

Ч

редкоземельный

Е

селен

С

кремний

Ю

алюминий

 

Первые две цифры в российской маркировке легированной стали соответствуют среднему содержанию углерода в сотых долях процента. Содержание легирующих элементов, если оно превышает 1,5%, отмечается следуемой за буквой элемента цифрой, величина которой указывает содержание элемента в стали в целых числах. Если же содержание элемента менее 1,5%, то цифра не ставится. Буква А в конце маркировки означает, что сталь высококачественная.

В маркировке по стандартам DIN две цифры после буквы X соответствуют среднему содержанию углерода в сотых долях процента. Далее идут символы легирующих элементов, а следом – их доли в % (для основных).

 

Нержавеющие марки стали

 

СНГ (ГОСТ)

Евронормы (EN)

Германия ( DIN)

США (AISI)

Группа аустенитных сталей

08Х18Н10Т

1.4301

X5 CrNi18-10

304

А2

10Х17Н13М2

1,4401

X5 CrNiMo 17-12-2

316

А4

 

 

Низколегированная стала получила наиболее широкое применение в строительстве, легированная – в машиностроении, а высоколегированная – в специальных областях техники.

 

На крепежном рынке можно встретить всего несколько высоколегированных сталей. Это стали группы А аустенитного класса и сталь группы С мартенситного класса.

Ближайшими отечественными аналогами аустенитных нержавеющих сталей являются:

  • для стали А2 – 08Х18Н10 или 08Х18Н10Т,

  • для стали А4 – 08Х17Н13М2Т или 08Х17Н14М3.

 

В зависимости от технологии пластической обработки предел прочности на разрыв / предел текучести составляет 500…700 / 200…450 Н/мм2.

 

Крепёж из аустенитной стали обычно немагнитен. Тем не менее после холодной пластической обработки может наблюдаться некоторая намагниченность. В этом отношении сталь А4 менее чувствительна, чем А2.

 

Сталь А2 находит наиболее широкое применение в пищевой промышленности и химической аппаратуре. Хорошо свариваема. Однако непригодна для кислот, хлорсодержащих сред (например, плавательных бассейнов и морской воды).

 

Сталь А4 имеет существенно лучшую коррозионную стойкость, например может эксплуатироваться в кипящей серной кислоте (отсюда и ее название «кислотостойкая»), пищевой промышленности, судостроении. Хорошо свариваема.

 

Стали А2 и А4 устойчивы при температурах до 400о С и противостоят окислению вплоть до 800оС. Также выдерживают и пониженные температуры: А2 до -196оС и А4 до -60оС.

 

Медь

 

Простое вещество медь – это металл золотисто-розового цвета (розового – при отсутствии оксидной плёнки). Медь обладает высокой пластичностью, тепло- и электропроводностью (занимает второе место по электропроводности после серебра). Эти свойства меди и определяют ее применение в качестве материала для различного рода уплотнений и электромонтажных деталей. Очень широко медь применяется в сплавах: латуни — с цинком, бронзы — с оловом и другими элементами.

 

Медь в ассортименте ЦКИ представлена:

 

  • шайбами

 

 

Латунь

 

Латунь — двойной и многокомпонентный медный сплав, в котором основной легирующий компонент — цинк. По сравнению с медью латунь обладает более высокой прочностью, коррозионной стойкостью, литейными свойствами. Это наиболее дешевый медный сплав.

 

Основные легирующие элементы в специальных латунях — алюминий, железо, кремний, марганец, мышьяк, никель, олово, свинец. Свинец, практически не растворимый в медной основе, работает как своеобразная смазка, уменьшающая износ инструмента при обработке резанием латуни. Это позволяет получать латунные изделия с низкой шероховатостью.

­

 

Латунь в ассортименте ЦКИ представлена:

 

 

Бронза

Бронза — двойной и многокомпонентный медный сплав, в котором основной легирующий компонент — олово. От прибавки олова медь становится более легкоплавкой, твердой, упругой, а следовательно звучной, способной к полировке, но менее тягучей. Поэтому изделия из бронзы чаще всего производятся по литейной технологии. Для машиностроения особенно ценными оказались антифрикционные свойства бронз. Из них изготавливают втулки подшипников, золотники паровых машин, различные шестерни, арматуру и т.п.

 

Применяется также дополнительное легирование свинцом, марганцем, фосфором, кремнием и др. в небольших количествах. Специальные бронзы имеют свои названия: марганцовистая бронза, фосфористая бронза и т.д.

 

В промышленности в настоящее время используется большое число марок машинных бронз, содержавших до 10-15% олова, до 5-10% цинка, а также небольшие добавки свинца и фосфора.

 

Бронза в ассортименте ЦКИ благодаря их упругости представлена заклёпками и шайбами пружинными.

 

 

Алюминий и алюминиевые сплавы

 

Простое вещество алюминий – лёгкий, парамагнитный металл серебристо-белого цвета, легко поддающийся формовке, литью, механической обработке. Алюминий обладает высокой тепло- и электропроводностью, стойкостью к коррозии за счёт быстрого образования прочных оксидных плёнок, защищающих поверхность от дальнейшего взаимодействия. В качестве конструкционного материала в чистом виде используется редко.

 

Алюминиево-магниевые сплавы (Al-Mg) характеризуются сочетанием удовлетворительной прочности, хорошей пластичности, очень хорошей свариваемости и коррозионной стойкости. Кроме того, эти сплавы отличаются высокой вибростойкостью.

 

Алюминиево-марганцевые сплавы (Al-Mn) обладают хорошей прочностью, пластичностью и технологичностью, высокой коррозионной стойкостью и хорошей свариваемостью.

 

Алюминиево-медные сплавы (Al-Cu и Al-Cu-Mg) обладают высокими механическими свойствами, сравнимыми со свойствами низкоуглеродистых сталей. Эти сплавы высокотехнологичны. Однако у них есть существенный недостаток — низкое сопротивление коррозии, что приводит к необходимости использовать защитные покрытия.

 

Сплавы системы Al-Zn-Mg (Al-Zn-Mg-Cu) отличаются очень высокой прочностью и хорошей технологичностью. Представитель системы — сплав 7075 является самым прочным из всех алюминиевых сплавов. Однако существенным недостатком этих сплавов является крайне низкая коррозионная стойкость под напряжением.

 

Алюминиево-кремниевые сплавы (силумины) лучше всего подходят для изготовления деталей по литейной технологии. Из них часто отливают корпуса разных механизмов.

 

В ассортименте ЦКИ алюминиевые сплавы представлены: