Порядок выполнения работы и содержание отчета

↑

▷ Содержание

⇐ ПредыдущаяСтр 28 из 38Следующая ⇒

Классификация по назначению

По назначению инструментальные стали делятся на следующие группы:

– для режущего инструмента (углеродистые, низколегированные и быстрорежущие стали);

– для штампового инструмента при холодной деформации;

– для штампового инструмента при горячей деформации;

– для измерительного инструмента.

В данной лабораторной работе рассматриваются стали для режущего инструмента (рис. 11.2).

По теплостойкости стали материалы для режущего инструмента под- разделяются: 1) на углеродистые и низколегированные (Т до 250 °С); 2) вы- соколегированные (быстрорежущие) (Т до 650 °С).

Их используют только после закалки и отпуска (вид отпуска опреде- ляется степенью легирования стали), когда стали имеют:

– высокую твердость в режущей кромке HRC 62–68;

– высокую износостойкость, для сохранения размеров и формы режу- щей кромки;

– прочность и вязкость для предупреждения поломки инструмента;

– теплостойкость при работе с повышенной скоростью.

Углеродистые стали не обладают теплостойкостью. Их используют для изготовления режущего инструмента, работающего без разогрева режу- щей кромки.

Для деревообрабатывающего инструмента: стамесок, ножей, пил, но- жовок, сверл по дереву применяют стали марок У9, У9А.

Рис. 11.2. Требования к инструменту

Для слесарного инструмента: напильников, шаберов, ручных метчи- ков используют стали марок У10, У10А, У11, У12, У12А.

Для гравировального инструмента используют стали марок У13,

У13А.

После отжига углеродистые стали имеют в структуре зернистый пер-

лит (НВ 185–215).

Невысокая твердость позволяет обрабатывать эти стали резанием и давлением, изготавливать инструмент накаткой и насечкой.

Из–за низкой прокаливаемости углеродистые стали применяются для инструмента с поперечным сечением до 25 мм с незакаленной сердцевиной (метчики, напильники) Несквозная закалка уменьшает деформацию инстру- мента и увеличивает устойчивость к ударам. Инструмент из заэвтектоидных подвергают неполной закалке и низкому отпуску для получения структуры мартенсит и цементит.

Режущие инструменты из низколегированных сталей изготавливаются больших размеров и сложной формы. По структуре они относятся к сталям перлитного класса.

Их подвергают неполной закалки и низкому отпуску. Структура –

мартенсит и карбиды.

Как углеродистые инструментальные стали, низколегированные не обладают теплостойкостью, хорошо обрабатываются резанием и давлением.

Пилы, метчики, шаберы из сталей 9ХФ, 11ХВ, 13Х, В2Ф получают лучшую прокаливаемость и закаливаемость.

Теплостойкость сталей обеспечивается введением большого количе- ства вольфрама (W) совместно с молибденом (Mo), хромом (Cr) и ванадием (V). Введение этих легирующих элементов в сталь формирует класс высоколеги- рованных быстрорежущих сталей, работающих при скорости резания 40–60 м/мин.

Увеличение количества легирующих элементов (11.3) снижает опас- ность растрескивания и коробления, а прокаливаемость составляет:

9Х1, 9ХС – 35 мм; ХВГ – 45 мм; ХВСГФ – 100 мм.

Рис. 11.3. Увеличение прокаливаемости при возрастании степени легирования

Эти стали характеризуются малой деформацией при закалке, исполь- зуют для изготовления длинных стержневых инструментов – сверла, разверт- ки, протяжки.

Хром способствует образованию с W и Мо сложного карбида М₆С, растворяющегося в аустените и задерживающего распад мартенсита.

Карбид VC выделяется из мартенсита при отпуске, усиливая дисперс- ное твердение стали.

Повышению теплостойкости способствует кобальт. Он не образует карбидов, но уменьшает размеры карбидных частиц других элементов.

В результате комплексного легирования инструмент из быстрорежу- щих сталей сохраняет высокую твердость до 560–640 °С.

Существует достаточно много марок быстрорежущих сталей. Они де- лятся на две группы:

1) группа сталей нормальной производительности включает: вольфрамовые стали Р18, Р12, Р9; вольфрамомолибденовые стали Р6М5, Р6М3.

Их твердость не ниже 58 HRC до Т = 620 °С.

Из них изготавливают сверла, зенкеры, развертки, метчики, протяжки, фрезы, фасонные резцы для обработки сплавов с твердостью НВ 210–280.

2) группа сталей повышенной производительности включает стали, содержащие кобальт и повышенное количество ванадия (Р6М5К5, Р9М4К8, Р9К5, Р10К5Ф5).

Твердость до 64 HRC они сохраняют до Т = 640 °С. Отличаются высо- кой стоимостью. Предназначены для обработки высокопрочных сталей, кор- розионностойких и жаропрочных сталей, труднообрабатываемых сплавов.

Особенности технологии изготовления инструмента и его термиче- ской обработки целесообразно рассмотреть на примере стали Р18 (рис. 11.4). В литом состоянии структура изделий из Р18 – ледебурит.

Рис. 11.4. Микроструктура быстрорежущей стали Р18 (состояние литое), х400

Ледебуритная (скелетная) эвтектика, увеличивающая хрупкость, уст- раняется горячей деформацией – ковкой. Кованные изделия из Р18 подвер- гаются изотермическому отжигу для снижения твердости до 200–250 НВ.

Структура отожженной стали – сорбитообразный (мелкозернистый) перлит, а также первичные и вторичные карбиды в количестве 22–25 %. Кар- биды содержат 80–95 % (W + V) и 50 % Cr. Остальная часть легирующих элементов растворена в феррите.

Высокие эксплутационные свойства инструменты из быстрорежущих сталей приобретают после закалки и трехкратного отпуска (рис. 11.5). Мел- кие инструменты охлаждают на воздухе, крупные в масле.

Степень легирования аустенита возрастает с повышением температуры закалки и растворения в нем карбидов легирующих элементов. При 1 300 °С аустенит предельно насыщается легирующими элементами, оставаясь мелко- зернистым, первичные карбиды WC, VC тормозят рост его зерен. При охла- ждении легированный аустенит превращается в теплостойкий мартенсит.

Но закалкой не достигается максимальная твердость сталей, из–за присутствия 30–40 % остаточного аустенита, т. к. температуры конца мар- тенситного превращения снижаются.

Рис. 11.5. Схема термообработки сталей Р6М5 и Р18

Рис. 11.6. Быстрорежущая сталь Р18 после закалки и трехкратного отпуска. х500

Остаточный аустенит превращают в мартенсит при отпуске (550–570 °С),

выделяя дисперсные карбиды М₆ С, в составе которых хром и вольфрам.

Мартенсит при отпуске также выделяет карбиды, повышающие твер- дость стали.

Для снижения количества аустенита до 3–5 % применяют 3-кратный отпуск (рис. 11.6).

Краткие теоретические сведения

Таблица 11.1

Химический состав сталей для определения вида термической обработки

Марка стали

Химический состав, в процентах

Номер образца

Вид термической обработки

Твердость, НВ

C

Mn

Si

Cr

Ni

Mo

W

V

У12

1,15–1,24

0,15–0,35

0,15

0,2

0,25

Отжиг 750 °С

1 830

Отжиг 800 °С

1 900

9ХС

0,85–0,95

0,6–0,9

1,2–1,6

0,95–1,25

0,25

Отжиг 850 °С

1 960

Закалка 850–870 °С

Отпуск 180 °С

6 270

ХВГ

0,9–1,05

0,8–1,1

0,15–0,35

0,9–1,2

0,25

1,2–1,6

Горячекатаная

2 070

Закалка 820–840 °С

6 670

Р18

0,7–0,8

0,4

0,4

3,8–4,4

0,3

0,3

17,5–19,0

1,0–1,4

Отожженая

1 790

Закалка 1 260–1 280 °С

Отпуск 550–580 °С

6 800

1. Рассмотреть под микроскопом все шлифы коллекции.

2. Определить микроструктуру образцов всей коллекции сведения об этих образцах приведены в табл. 11.1. Сопоставить их структуру с видами термической обработки, которым подвергался каждый образец коллекции.

3. Зарисовать структуры в кружке диаметром 50 мм. Подписать на- именование структурных составляющих за пределами кружка и соединить их стрелками с соответствующими частями рисунка.

4. Определить виды сталей, представленных в коллекции в зависимо- сти от содержания в них углерода.

5. Сделать выводы о влиянии степени легирования на структуру и свойства режущих сталей.

6. Ответить на вопросы в соответствии с индивидуальным заданием.

Познавательные статьи:



Формы дистанционного обучения

Передача мяча двумя руками снизу

Значение правильной осанки для жизнедеятельности человека

Основные ошибки при выполнении передач мяча на месте