Про металлы и сплавы

По многочисленным просьбам трудящихся создана данная тема.
Здесь можно обсуждать различные марки сталей и сплавов, применяющихся в велостроении.
Специалист-металловед может громко выражать своё неодобрение нашими глупыми вопросами, не менее глупыми ответами или стилем изложения, а может и воздержаться от критики - в любом случае мир останется несовершенен.

_________________
Начало истории моих крокодилов здесь
Продолжение истории там >

На самом деле нержавеющих сталей много. Нержавеющие свойства стали придают два основных легирующих элемента - хром или никель. Или оба вместе.
Легирование примерно соответствует термину "улучшение".
Хрома должно быть не меньше 12%, никеля не меньше 8%. Меньше добавлять нет смысла, и хром потратишь и ржаветь будет.
Можно добавлять только хром, так дешевле, это "черная" нержавейка. С никелем "белая", она же пищевая.
Хром обозначается Х, никель соответственно Н.
Цифра справа от буквы показывает процентное содержание элемента.
Если справа от буквы нет цифры, то элемент присутствует в количестве примерно 1%.
Советская система маркировки сталей и по сей день является самой понятной и прогрессивной в мире.
Как говорил Николя-БабА: "Это как устав гарнизонной и караульной службы. Прочитал - и всё понятно"
Кто не верит, сравните с зарубежными системами маркировки.
Например, сталь 12Х18Н10.
В Америке эта сталь называется 304, в Германии 1.4301, во Франции 304F00, а в Швеции 2332 (вот откуда взялся телефон службы поиска привидений в мультфильме про Карлсона).
Кстати, китайцы не дураки, используют советскую систему маркировки, только с латинскими буквами.

Первой в советском обозначении марки стали стоит процент углерода. В отличие от легирующих элементов, которые обозначаются целыми процентами, углерод обозначается сотыми долями процента.
Рассмотрим похожую сталь 12Х18Н10Т.
Из обозначения видно, что в стали содержится 0,12% углерода, около 18% хрома, около 10% никеля и около 1% титана, остальное обычное железо.
Железо является основой любой стали, без него никак. Но не все его любят.

Вот армяне почему-то очень не любят железо.
Я лично слышал, как в Новороссийском порту бригадир грузчиков армянской бригады очень возмущался начальником порта:
- Опять русских поставил на сахар, а нас - жыржавел жылезо грузить!

Кроме железа и легирующих элементов в стали есть ещё несколько элементов, которые в небольшой концентрации (до 1% все вместе) не оказывают существенного влияния на свойства, поэтому в марке не указываются. Это кремний, марганец, сера, фосфор, медь.

Когда добавляются вместе хром и никель, кроме сопротивления ржавлению появляются новые свойства, например жаростойкость, жаропрочность.
Жаростойкость - сопротивление окислению при повышенных (до 450 градусов) температурах.
Жаропрочность - сохранение механических свойств при высоких (выше 450 градусов) температурах.
Понять разницу между различными марками нержавеющей стали поможет таблица.
Из неё видно, какую сталь можно использовать для велосипедных спиц.

Спицы должны иметь малый коэффициент растяжения (удлинения) и большое сопротивление разрыву, иначе их никогда не удастся натянуть.
Видите, нижние в таблице марки тянутся на 25%, а 40Х13 чуть больше 10%.
Холоднотянутая сталь на первый взгляд лучше, и наверняка есть холоднотянутые спицы, но резьба...
Спицы должны проходить закалку, резьба без закалки не удержит гайку.
Вот и получается, что подходят только две стали с термообработкой: 30Х13 или 40Х13.
20Х13 имеет худшие свойства, впрочем китайцев это никогда не смущало
Это стали мартенситного класса.
Сталь с процентным содержанием более 0,2 углерода и 12% хрома можно закалить для повышения твердости и упругости.
Сталь без хрома можно закалить при содержании углерода не менее 0,45%, это обычная сталь марки 45.
Кстати, сталь 45 после нормализации, закалки и отпуска имеет примерно такие же свойства, как сталь 40Х13. Но ржавеет
А хром дорогой и по причине экономии спицы из 40Х13 обычно не делают.

Любой из нас иногда отжигает... не по децки... когда всё достало.
Сталь не является исключением, ей тоже не всегда комфортно быть закалённой и твёрдой.
При нагревании выше 700 градусов закалённая спица становится мягче, это называется отжиг.
Происходит структурное преобразование - мартенсит переходит в феррит и аустенит, это виды частиц из которых состоит сталь, они имеют разную твердость.
Мартенсит самый твердый, феррит самый мягкий, аустенит посередине.
Чем больше процент углерода, тем больше мартенсита образуется после закалки.
Если углерода меньше определённого предела (см.выше), мартенсит не образуется. Это стали ферритного и аустенитного классов.
В аустенитных сталях твердость при отжиге снижается очень незначительно, в основном за счёт снижения внутренних напряжений, которые остались от деформаций при изготовлении детали.

_________________
Начало истории моих крокодилов здесь
Продолжение истории там >

Предлагаю к ТИТУЛУ добавить: "ПОЗИТИВНЫЙ журналист - юморист, приятель Жванецкого..."

_________________
Носки, дырявые на подошве - рваными НЕ СЧИТАЮТСЯ...!
Ибо - "В действительности всё не так, как на самом деле..." (с)

Вот и вопрос задам еще раз, надо бы раскрыть тему цементации на деталях велосипеда, вал каретки, чашки, конуса.
Интерес практический, насколько можно снимать/полировать метал на этих деталях, что бы оставаться в зоне цементации.

_________________
Старт Шоссе 1985 год
фестивальный велосипед с настроением
Спорт 1975 года дилемма
концепции)
Велосипеды для семьи 25
шт

О спицах и нержавейке.
Ползая по китайском таобао, набрёл на продавца, который выпячивал то, что его спицы из SS304, а не из SS204, как у других.
что можете сказать об этом?

Далее. Всем известные SAPIM Laser http://www.sapim.be/spokes/butted/laser имеют аж Strength on middle section: 1500 N/mm2 - из чего такое наворотить можно? По моей практике, сапимы даже простой серии Leader намного жёстче на изгиб, чем всякий китайский/тайваньский ноунейм (и купленные тут, и с ибеев)


AFAIK зависит от того, на какую глубину цементировали - чем толще слой цементации, тем дольше идёт процедура. Поскольку время-деньги, то стоит у брендовой продукции ожидать более глубоких слоёв, чем у китайцев с базара.
Лично я бы больше чем на 1мм не рассчитывал.

да и то миллиметр - весьма шикарно будет.

ANDYBAZ
Вы мне льстите.

HENK75
Ваш вопрос достаточно интересный.
Давайте немного углубимся в историю, совсем чуть-чуть, на глубину слоя цементации, так сказать.
Чтобы всем было ясно, для чего собственно хорошие детали погружают в цемент.

Сначала определимся с терминами и действующими лицами.
Всякую сталь получают из чугуна, он же в народе "чугуний".
Чугуний является первоисточником любого сплава на основе железа.
Сам чугуний (это уважительное именование с моей стороны патриарха металлопроизводства) делается из руды, которая не обладает какими либо интересными промышленности особенностями, кроме массовой доли железа. Наличие в руде примесей пока не рассматриваем - это специфический случай и не для этой истории, потом к нему вернёмся.

Раньше, в довелосипедную эпоху, всё было просто с чугунием.
В печах его варили и пили всей семьёй на древесном угле и был он чист, быстр, тяжёл, крепок и блестящ.
Из него делали даже рельсы (железную дорогу раньше называли чугУнкой). Делали пушки и ядра. Делали и прочее, в том числе сталь.
Сталь получалась неплохая, главное - не сильно ржавела.
Благородный налёт тончайшего слоя атмосферной коррозии на старинных мостах выглядит мило и по сей день. Стимпанк и всё такое, да...

Но потом малютки-медовары металлурги оглянулись и сопритюкнулись - а лЕса то вокруг и не осталось. Почесали репу и перешли на каменный уголь.
И тут началось...

До наших дней не дошли сведения, чем ходили по большому и малому динозавры, но что-то в залежах древнего леса, из которого образовался каменный уголь, пошло не так.
Каменный уголь насыщен серой и фосфором по самое не могу.
Наверное определённое влияние оказывает близость преисподней или другие причины, мне неизвестные - но факт налицо.
Сталь, выплавленная из чугуния, выплавленного на каменном угле ржавеет почём зря.
Благодаря примеси серы ржавеет.
Там образуется серная кислота при контакте с водой.
А благодаря фосфору трескается при нагревании.
И при морозе тоже трескается.

И принялись инженеры всякие думать, чего делать.
Некоторые пошли по пути Сизифа. Сначала он создавал себе трудность, закатывая камень в гору, а потом с ней боролся - от камня того убегал.
Эти начали серу и фосфор всячески из стали удалять.

Другие поступили как в фильме "Кавказская пленница"- кто нам мешает, тот нам и поможет.
И добавили фосфора побольше, и сталь стала называться автоматная. И стала стружка с той стали сыпаться порошком, а не завиваться спиралью, что для автоматической обработки хорошо, а вот для прочности не очень.

И вот тут мы и подошли к нашей цементации.
Цементация от слова цементит. Это насыщенный углеродом твёрдый раствор железа так называется.

Клинья для оси велосипеда и конусы - детали довольно маленькие.
Токарю с ними возится не сильно удобно, другое дело автомат.
Вставил пруток в зажим и иди курить, робот сам всё нарежет с высокой точностью.
Только будут те клинья и конусы мягкие.

Но с этим бороться совсем просто.
Прочность, твёрдость и упругость стали придают легирующие элементы.
Углерод - главный легирующий элемент.
Ценность его в том, что он уже есть в чугунии и надо не добавлять его, а убирать лишний.
Это несложно.
Сложно другое - мягкая автоматная сталь или обычная сталь марок 15 или 20 не закаливается.
А подшипник имеет закалённые шарики из стали ШХ15.
И на мягкий конус их можно поставить только для прикола.

Решение назревает само собой - внедрить в поверхность детали углерод и потом закалить этот слой.
Так и делают. Готовые детали засыпают древесным углём либо заливают мазутом, либо помещают в газовую среду - и нагревают до 900-950 градусов.
Через несколько часов поверхностный слой насыщается углеродом и становится восприимчив к закалке.
А середина остаётся мягкой.
Потом индукционная закалка, полируют и всё.

Толщина слоя цементации составляет по ГОСТ от 0,5 до 1,2 мм при выдержке соответственно от 7 до 11 часов.
А теперь представьте китайца, который 11 часов терпеливо ждёт готовности детали.
Представили?
Вот и у меня не сильно получается.

_________________
Начало истории моих крокодилов здесь
Продолжение истории там >

За стиль и слог апплодирую стоя!

П.С.: Сам я тоже с металлургическим образованием - сварочным. Языкоплётством тоже не обделён, но тут.. И стиль, и смысл и слог!

Да ну НАХ, "льстите"... Все СПРАВЕДЛИВО. Вот и коллеги подтверждают...
"Какой текст, какие слова..." (с) С удовольствием прочитал, спасибо!
На "Дискавери" тебе надо - объяснять народу "Как это работает..."
ИМХО на форуме, как в бане, дОлжно быть - со всеми "на ТЫ"...

_________________
Носки, дырявые на подошве - рваными НЕ СЧИТАЮТСЯ...!
Ибо - "В действительности всё не так, как на самом деле..." (с)

SergeyVLZ
Спасибо, просто в кои то веки моя специальность кому-то пригодилась. Вот и радуюсь.

ANDYBAZ
Не обращайте внимания, на вы - это привычка по работе. С клиентами, с начальством, чтоб форму не терять так и говорю и пишу.
Разумеется удобнее на ты

_________________
Начало истории моих крокодилов здесь
Продолжение истории там >

Прекрасно, надо еще тему покрытия металлических деталей хромом обсудить высоким слогом
Хочу немного в прикладное русло направить автора, ну и само обсуждение

_________________
Старт Шоссе 1985 год
фестивальный велосипед с настроением
Спорт 1975 года дилемма
концепции)
Велосипеды для семьи 25
шт

Прочность на разрыв. В принципе, немало. Но это вполне рядовой показатель для высокопрочной стали. Сплавы с такими данными появились в технике еще в 1970-е годы. Сейчас полно марок стали с большей прочностью. Есть вдвое прочнее.
Кроме того, сама по себе прочность бессмысленна, если забыть о других свойствах (начиная с относительного удлинения).

Я не знаю, что это за стали, доступа в техническую библиотеку нет. Но могу предполагать, исходя из принципов маркировки.
Давайте предположим, что чем больше углерода - тем больше число в названии стали.
Обычно это так и есть.

Вот китайский сертификат качества, его выдают в техническом отделе металлургического завода на каждую плавку.

И теперь сравним эту сталь с американской 302 и советской 12Х18Н9

Сталь 302 по AISI
Химический состав:
C ________ Cr _____ Ni ___Si ______ Mo _____ Mn ____ P ________ S
0.15 Max __ 17–19 __8–10 _1.0 Max _1.0 Max _ 2.0 Max _ 0.045 Max _ 0.03 Max
Прочность на разрыв 100,000 – 180,000 psi

Примерный аналог 12Х18Н9 ГОСТ 5632-72, возможно есть и более похожий, но некогда искать.
C ______ Cr ____ Ni ____ Si _____ Mn ____P _______ S
до 0.12 _ 17-19 _ 8-10 __ до 0.8 __ до 2 __ до 0.035 _ до 0.02
Прочность на разрыв 640-880 МПа, это примерно 93,000-116,000 psi
Повышение прочности американской стали даёт молибден.

Обратите внимание на содержание серы и фосфора в буржуйской стали. У нас бы такая плавка ушла в брак, а им как бы и ничего.
И приятно удивляет чистота китайской стали по сере и фосфору.
Прочность на разрыв у китайской стали ниже, в чём тут дело, неясно - может повышенное содержание углерода влияет так.
И с этой точки зрения сталь SS204 может оказаться более тягучая и тогда продавец прав, у него лучше

На самом деле конечно нужно посмотреть на химсостав SS304 и SS204 но я не нашел пока

_________________
Начало истории моих крокодилов здесь
Продолжение истории там >

andr

Совершенно верно, коллега

_________________
Начало истории моих крокодилов здесь
Продолжение истории там >

Мы с покойным тестем так делали, и получилось неплохо.
Для ручной тележки были использованы задние колеса от детского велосипеда, но родные оси нельзя было использовтаь потому тчо они тонкие: расчитаны на установку в вилку, а у меня они должны были работать консольно. Поэтому всю начинку из втулок вынул (да она уже и была там совсем негодная) и выточили новые оси больше диаметром, и новые конуса на оси навинчивающиеся. Сталь была использована котельнная Ст-20 те.е мягкая, и поэтому сделали так. Конуса не имели беговой дорожки под шарики, а просто сделали фаску под 45 и делу конец. Когда конуса навинтили и потянули тележку с грузом, то шарики стали продавливать себе на этой фаске дорожку, и приходилось брать с собой ключи и прямо в дороге подтягивать. Сначала это продавливнаие дорожек шло быстро, потом все медленнее и медленнее, и в конце концов металл под шариками так нагартовался что продавливание остановилось, и потом мы этой тележкой в саду много лет пользовались.

То есть при нужде и на велосипедах можно так вытачивать конуса каких-то нестандартных размеров, но только надо помнить что первое время такой подшипник нужно часто подтягивать.

_________________
Складной грузовоз: http://xt.ht/phpbb/viewtopic.php?f=31&t=226335
Устройство задней втулки "Школьника": viewtopic.php?f=31&t=323801
Белорусский "Аист": viewtopic.php?f=31&t=338736