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 %

Mn %

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

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/мм 2

Низкоуглеродистые стали (С < 0,25%)

05кп, 08, 07кп, 10 и 10кп

15, 15кп, 20 и 25

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

30, 35, 40, 45, 50 и 55

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

60, 65, 70, 80 и 85

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

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 900-950 0 С. Для улучшения структуры затем производится двойная закалка на 800-900 0 С и последующий низкий отпуск при 160-180 0 С.

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.

📎📎📎📎📎📎📎📎📎📎