Вход

Инструментальные стали для быстрорежущего инструмента

Реферат по металлургии
Дата добавления: 11 марта 2012
Язык реферата: Русский
Word, docx, 244 кб (архив zip, 219 кб)
Реферат можно скачать бесплатно
Скачать
Данная работа не подходит - план Б:
Создаете заказ
Выбираете исполнителя
Готовый результат
Исполнители предлагают свои условия
Автор работает
Заказать
Не подходит данная работа?
Вы можете заказать написание любой учебной работы на любую тему.
Заказать новую работу

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ



Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Белгородский государственный национальный
исследовательский университет»



ФАКУЛЬТЕТ инженерно-физический

КАФЕДРА материаловедения







Тема работы: Инструментальные стали для режущего инструмента



Курсовая работа студента

3 курса инженерно-физического факультета

дневного отделения 190805 группы

Новоселова Евгения Эдуардовича





Проверила:

проф.,д.ф.-м.н. Кайбышев Р.О.





БЕЛГОРОД, 2011



Введение. 3


Основные свойства инструментальных сталей. 4


Термическая обработка. 5


Список литературы. 10


Приложение. 11



Введение.





По назначению инструменты делятся на формообразующие и измерительные. Формообразующие инструменты подразделяются на режущие (резцы, фрезы, сверла, развертки), давящие (штампы, накатки) и ударные (зубила, пробойники). В свою очередь различают штампы холодного и горячего деформирования металлов («холодные» и «горячие» штампы).

Режущие инструменты, работающие в условиях больших нагрузок, высоких температур и трения, должны удовлетворять ряду особых эксплуатационных требований: твердость материала режущей части инструмента должна значительно превышать твердость материала заготовки, высокая прочность обеспечивает сопротивляемость инструмента деформациям в процессе резания, а достаточная вязкость материала инструмента позволяет ему воспринимать ударные динамические нагрузки, возникающие при обработке заготовок. Поскольку в процессе резания механическая энергия превращается в тепловую, режущая кромка инструмента нагревается до высоких температур.

Условия работы измерительного инструмента приближаются к условиям работы режущего инструмента при легких режимах резания, различие состоит лишь в значительно меньших удельных давлениях на рабочие поверхности. Для разных видов инструмента применяют инструментальные стали разного типа.

Инструментальными сталями называют углеродистые и легированные стали, обладающие высокой твердостью, прочностью, износостойкостью, применяемые для изготовления режущих, измерительных инструментов и штампов.



























Основные свойства инструментальных сталей.





Одной из главных характеристик инструментальных сталей является теплостойкость (или красностойкость), то есть устойчивость против отпуска при нагреве инструмента в процессе работы. Различают инструментальные стали, не обладающие теплостойкостью (углеродистые и легированные стали, содержащие до 3 – 4 % легирующих элементов), полутеплостойкие (содержащие свыше 0,6 – 0,7 %C и 4 – 3 %Cr) и теплостойкие (высоколегированные стали ледебуритного класса, содержащие Cr, W, V, Mo, Co), получившие название быстрорежущих.

Основным элементом, определяющим высокую износостойкость инструментальных сталей, является углерод, так как твердость, а следовательно и износостойкость инструмента после термообработки зависит от содержания углерода в мартенсите. Наличие легирующих элементов в значительной степени влияет на прокаливаемость стали, а также увеличивает стабильность мартенсита при нагреве закаленной стали.

Углеродистые инструментальные стали (У7, У8Г, У12А, У8ГА) маркируют буквой У (углеродистая): следующая за ней цифра – средняя массовая доля углерода в десятых доля процента, буква Г говорит о повышенном содержании марганца в данной стали, А – высококачественная, т.е. более чистая по сере и фосфору сталь.



Рис. 1. Схема микроструктуры углеродистых инструментальных сталей

а) Сталь У8 после отжига – перлит зернистый

б) Сталь У8 после закалки и низкого отпуска – мартенсит отпуска

в) Сталь У12 после отжига – перлит зернистый + цементит вторичный

г) СтальУ12 после закалки и низкого отпуска – мартенсит отпуска +цементит вторичный



Доэвтэктоидные и эвтектоидные инструментальные стали в исходном (отожженном) состоянии имеют структуру зернистого перлита (рис. 1). В структуре заэвтектоидных сталей дополнительно присутствует вторичный цементит. Стали с такой структурой имеют низкую твердость и хорошо обрабатываются резанием.





Термическая обработка.





Температура закалки у доэвтектоидных сталей должна быть выше верхней критической точки Ас3 (t = Ас3 + 20 – 40), ?С, а у эвтектоидных и заэвтектоидных выше нижней критической точки Ас1 (t = Ас1 + 20 – 40), ?С, чтобы в результате закалки сталь получила мартенситную структуру. У заэвтэктоидных сталей при этом сохраняется вторичный цементит. Закалку проводят в воде или в водных растворах солей. После закалки инструментальные углеродистые стали подвергаются низкому отпуску при 150 – 170 ?С (рис. 2), снимающего значительную часть закалочных напряжений при сохранении высокой твердости. Формируется структура мартенсит отпуска. У заэвтектоидных инструментальных сталей в структуре дополнительно присутствует вторичный цементит (рис. 1). Поскольку углеродистые стали обладают низкой прокаливаемостью, из них изготовляют в основном инструмент небольшой толщины (напильники, ножовочные полотна, хирургический инструмент).

Рис. 2. График термической обработки заэвтектоидной инструментальной стали.

Углеродистые стали можно использовать в качестве режущего инструмента только для резания материалов с низкой твердостью и с малой скоростью резания, так как при нагреве выше 190 – 200 ?С их твердость резко снижается.

Легированная инструментальная сталь (X, 9X, 9XC, 6XBГ) производится в основном высококачественной, поэтому буква А в конце марки не ставится. Цифра в начале марки показывает среднюю массовую долю углерода в десятых долях процента. Если содержание углерода около 1 %, то цифра обычно отсутствует. Буквы означают легирующие элементы: А (внутри марки) – азот, В – вольфрам, Г – марганец, К – кобальт, М – молибден, Н – никель, С – кремний, Т – титан, Ф – ванадий, Х – хром. Цифры, стоящие после букв, показывают среднюю массовую долю легирующего элемента в целых процентах. Отсутствие цифры после буквы означает, что содержание этого легирующего элемента находится в пределах от 0,1 до 1 %. Легированные инструментальные стали подобно углеродистым не обладают теплостойкостью и пригодны только для резания относительно мягких материалов с небольшой скоростью. Их используют для инструмента, не подвергаемого в работе нагреву свыше 200 – 250 ?С. Легированные стали обладают большей прокаливаемостью, чем углеродистые.

Низколегированные стали (11Х, 13Х) рекомендуются для инструментов диаметром до 15 мм, а стали повышенной прокаливаемостью (9ХС, ХВСГ) имеют большую теплостойкость (250 – 280) ?С, хорошие режущие свойства и сравнительно мало деформируются при закалке. Их используют для изготовления инструментов диаметром 60 – 80 мм.

Окончательная термическая обработка легированных сталей состоит из неполной закалки и низкого отпуска, подобно углеродистым (рис. 2).

При неполной закалке изделие нагревают до t = Ас1 + (30 – 50) ?С, выдерживают и быстро охлаждают в масле или горячих средах, что уменьшает их коробление по сравнению с углеродистыми, охлаждаемыми в воде. Низкий отпуск проводят при температуре 150 – 180 ?С.

Структура инструментальных легированных сталей после окончательной термической обработки состоит из отпущенного легированного мартенсита и легированного зернистого цементита, т.е. она качественно подобна структуре углеродистой заэвтектоидной инструментальной стали после аналогичной термообработки (рис. 1).

Быстрорежущая сталь маркируется буквой Р, а следующая за ней цифра указывает среднюю массовую долю главного легирующего элемента быстрорежущей стали – вольфрама (Р18, Р6М5, Р10К5Ф5). Среднее содержание других легирующих элементов обозначается цифрой после соответствующей буквы. Среднее содержание хрома в большинстве быстрорежущих сталей составляет 4 % и поэтому в обозначении марки стали не указывается. Кроме того, не указывается содержание молибдена до 1 % по массе и ванадия, если его содержание меньше, чем молибдена.

Красностойкость в инструментальных сталях выражается способностью противостоять распаду мартенсита при высоких температурах. Красностойкость достигается за счет уменьшение термодинамической активности углерода. Чтобы получить красностойкость, нужно подавить диффузию углерода. А это достигается за счет введения карбидообразующих элементов. Основными элементами стали, обеспечивающими высокую красностойкость, являются W, Mo, V. Карбидообразующие элементы образуют в стали специальные карбиды: Me6C на основе W и Мо, МеС на основе V и Ме23С6 на основе Сr.

Быстрорежущие стали относятся к карбидному (ледебуритному) классу. Их фазовый состав в отожженном состоянии представляет собой легированный феррит и карбиды Cr7C3, Fe3W3C6, VC, в которых также растворен ванадий. В феррите растворена большая часть хрома: почти весь вольфрам, молибден и ванадий находятся в карбидах. Количество карбидной фазы в быстрорежущих сталях достигает 22 – 30 %.

Рис. 3. Схема микроструктуы быстрорежущих сталей.

а) Литая и отожженная – сорбитообразный перлит + карбиды +

ледебуритная эвтектика

б) Горячедеформированная и отожженная – сорбитообразный

перлит + карбиды

в) Закаленная – мартенсит закалки + аустенит остаточный + карбиды

г) Отпущенная – мартенсит отпуска + карбиды.



В структуре литой бысторежущей стали присутствует сложная эвтектика, напоминающая ледебурит. В результате горячей механической обработки (ковки) сетка ледебуритной эвтектики дробится (рис. 3). Для снижения твердости, улучшения обработки резанием и подготовки структуры стали к закалке после ковки быстрорежущую сталь подвергают отжигу при 800 – 860 ?С. Для придания теплостойкости стали инструменты подвергают закалке и многократному отпуску (рис. 4).

Рис. 4. График термической обработки быстрорежущей стали.

Режимы термической обработки инструментальных сталей приведены в табл. 1, 2, 3 в приложении.

Температура закалки быстрорежущей стали принимают в интервале 1200 – 1290 ?С. Высокие температуры закалки необходимы для более полного растворения карбидов и получения при нагреве аустенита, высоколегированного хромом, вольфрамом, молибденом и ванадием. Это обеспечивает получение после закалки мартенсита, обладающего высокой теплостойкостью. Однако даже при очень высоком нагреве растворяется только часть карбидов, примерно 30 – 60 % от имеющихся у различных марок быстрорежущих сталей.

Высоколегированный аустенит, полученный при нагреве под закалку, обладает большой устойчивостью, поэтому быстрорежущие стали имеют малую критическую скорость охлаждения (закалки) и могут закаливаться на воздухе. Однако на практике в качестве охлаждающей среды применяется масло.

Структура быстрорежущей стали после закалки представляет высоколегированный мартенсит, содержащий 0,3 – 0,4 %С, нерастворенные избыточные карбиды и высоколегированный остаточный аустенит, составляющий 25 – 35 %. Поскольку остаточный аустенит понижает режущие свойства стали, его присутствие в готовом инструменте недопустимо.

После закалки следует отпуск при 550 – 570 ?С, вызывающий превращение остаточного легированного аустенита в легированный мартенсит и дисперсионное твердение в результате частичного распада мартенсита и выделения карбидов (рис. 3), что сопровождается увеличением твердости. Чтобы весь остаточный аустенит перевести в мартенсит и произошел отпуск вновь образовавшегося мартенсита, применяют многократный (чаще трехкратный) отпуск при 550 – 570 ?С.







































































Список литературы.





  1. И. И. Новиков Теория термической обработки металлов, М.: Металлургия, 1974 г., 397 ст.

  2. М. И. Гольдштейн Специальные стали, М.: Металлургия, 1985 г., 401 ст.

  3. В.С. Золоторевский Механические свойства металлов М.: Металлургия, 1983 г., 352 ст.

  4. Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедение, М.: Машиностроение, 1990 г., 528 ст.

  5. http://www.mtomd.info/archives/1171


















































Приложение.







Таблица 1

Режим термической обработки инструментальных углеродистых сталей

Марка стали

Отжиг

Закалка

Отпуск


Темпе

ратура, °С

Твердость

НВ

Температура, °С

Среда охлаждения

Температура, °С

Твердость НRС

У7

690 – 710

187

800 – 820

Вода

150 – 160

62

У8

690 – 710

187

780 – 800

Вода

150 – 160

62

У10

750 – 770

197

770 – 810

Вода

150 – 160

63

У11

750 – 770

207

770 – 800

Вода

150 – 160

63

У13

750 – 770

217

760 – 790

Вода

150 – 160

63



































Таблица 2

Режимы термической обработки инструментальных легированных сталей

Марка стали

Отжиг

Закалка

Отпуск


Температура,°С

Твердость

HB

Температура,°С

Среда

охл.

Температура,°С

Твердость

HB

X

770 – 790

225 –207

830 –860

Масло

180 – 200

66 – 59

9XC

790 – 810

255 – 207

820 – 860

Масло

140 – 160

60 – 62

XГСВФ

790 – 810

228 – 196

820 –850

Масло

140 – 160

61 – 63

ХГ

780 – 800

241 – 197

800 – 830

Масло

150 – 200

61 – 62

ХВГ

770 – 790

255 –207

820 – 840

Масло

160 – 180

62 – 63

ХВСГ

790 – 810

229 –197

840 – 860

Масло

160 – 180

62 – 63

ХСВФ

830 – 850

228 –187

840 – 860

Масло

170 – 180

61 – 63

3Х2В8Ф

1140 – 1160

255 – 207

1120 – 1160

Масло

550 – 560

45 – 51

4Х8В2

750 – 780

255 – 207

1120 – 1140

Масло

550 – 560

49 – 51



































Таблица 3

Режимы термической обработки быстрорежущих сталей

Марка стали

Отжиг

Закалка

Отпуск


Тем-ра

Твердость

НВ

Тем-ра

Среда охл.

Тем-ра

Твердость

НВ

Р18

830 – 850

207 – 255

1260 – 1300

Масло, соли

550 – 570

64 – 65

Р10К5Ф5

840 – 860

285

1220 – 1240

Масло, соли

575 – 585

65 – 67

Р9К5

840 – 860

269

1220 – 1240

Масло, соли

555 – 565

65 – 67

Р6М3

830 – 850

207 – 235

1210 – 1230

Масло, соли

555 – 565

65 – 66

Р18Ф2К8М

850 – 870

263 – 277

1220 – 1260

Масло, соли

560 – 570

67 – 68

Р9Ф5

840 – 860

269

1240 – 1260

Масло, соли

575 – 585

65 – 67

Р14Ф4

850 – 860

269

1240 – 1260

Масло, соли

575 – 585

67 – 68

Р18Ф2

840 – 860

269

1260 – 1380

Масло, соли

575 – 585

67 – 68



© Рефератбанк, 2002 - 2017