Лекции по материаловедению

Подождите немного. Документ загружается.

Задание 5

Выбрать и обосновать конструкционный материал для изготовления

требуемого изделия или для работы в заданных условиях. Назначить способы

и режимы его упрочнения. Описать состав, структуру и свойства выбранного

материала.

Сплав для изготовления деталей механизмов и оборудования,

работающих в условиях низких (от -150 до -200С) температур.

Разрушение деталей в условиях севера, а также зимой в средней полосе

происходит потому, что обычные стали имеют недостаточно низкий порог

хладоломкости. Поэтому для изделий, работающих в отмеченных условиях,

необходимо применение легированных сталей с пониженным значением

порога хладоломкости. Особенно сильно пониженны температурные пороги

хладоломкости в никельсодержащих сталях. Эффективными металлами для

работы в условиях севера являются низколегированные малоуглеродистые

стали, которые обладают хорошей свариваемостью.

Сюда относятся стали типа 12Х18Н10Т, 0Н9А, большинство сплавов

на основе Al, Ti, Cu, не обнаруживающих склонности к хрупкому

разрушению. Для ненагруженных конструкций с целью экономии Ni

применяют Cr—Mn и Cr—Ni—Mn стали типа 10Х14Г14Н4Т (ЭИ711),

03Х13АГ19 (ЧС36), 07Х21Г7АН5 (ЭП222)..

Для упрочнения данных сплавов применяют закалку и отжиг. Если

сталь кроме Cr содержит еще Ni, Mn, Mo, то ее структура из ферритной

может измениться на ферритно-аустенитную или даже на чистую

аустенитную. Т.е. после охлаждения на воздухе сталь сохраняет аустенитную

структуру, которая не меняется ни при каких вариантах термообработки. При

содержании Ni>10% сталь становится аустенитной. Аустенит позволяет

получить не

Изм

Лист № докум. Подпис

Дата

Лист

Разраб.

Провер.

Н. Контр.

Утверд.

Лит. Листов

только коррозионную стойкость, но так же и высокие технические свойства.

Сталь хорошо поддается обработке давлением, сварке, сохраняет свойства до

600-700º С, не охрупчивается, не чувствительна к хладноломкости, но сталь

склонна к межкристаллитной коррозии и ее невозможно упрочнять закалкой.

Термообработка: закалка 1050 - 1100C, охлаждение вода. + отжиг.

Химический состав в % материала 12Х18Н10Т

C до 0.12%

Si до 0.8%

Mn до 2%

Ni 9 - 11%

S до 0.02%

P до 0.035%

Cr 17 - 19%

Cu до 0.3%

(5 С - 0.8) Ti, остальное Fe.

Изм. Лист № докум. Подпис

Дата

Лист

Задание 6.

А. Обосновать марку инструментальной стали для изготовления

заданного инструмента. Указать ее состав, способы упрочнения и

получаемые при этом структуру и свойства.

Б. По заданным обозначениям инструментальных материалов описать

их состав, структуру и свойства. Указать условия работы и примерный

перечень обрабатываемых материалов.

А. Долбяки из стали нормальной производительности.

Стали нормальной производительности относятся к быстрорежущим

сталям. Они характеризуются пониженной теплостойкостью (615–620 °С). К

ним относятся: вольфрамовые стали (Р9, Р12, Р18), вольфрамомолибденовые

(Р6М5, Р6М3, Р8М3 и др.), безвольфрамовые (9Х6М3Ф3АГСТ,

9Х4М3Ф2АГСТ и др.).

В обозначении марок буква Р указывает, что сталь относится к группе

быстрорежущих. Цифра, следующая за ней, показывает среднее содержание

вольфрама в процентах. Среднее содержание ванадия в стали в процентах

обозначается цифрой, проставляемой за буквой Ф, кобальта - цифрой,

следующей за буквой К.

Быстрорежущая сталь Р18, содержащая 18% вольфрама, долгое время

была наиболее распространенной. Инструменты, изготовленные из этой

стали, после термической обработки имеют твердость HRC 62—65,

красностойкость 600ºС и достаточно высокую прочность. Сталь Р18

сравнительно хорошо шлифуется. Существенным недостатком этой стали

является большая карбидная неоднородность, особенно значительная в

прутках большого сечения.

При увеличении карбидной неоднородности прочность стали

снижается и при работе наблюдается выкрашивание режущих кромок

инструмента и снижение его стойкости.

Изм. Лист № докум. Подпис

Дата

Лист

Большое количество избыточной карбидной фазы делает сталь Р18

более мелкозернистой, менее чувствительной к перегреву при закалке, более

износостойкой. Из стали Р18 могут изготовляться всевозможные

инструменты, в том числе такие сложные как шеверы, долбяки, протяжки и

др.

Вольфрамомолибденовые стали типа Р6М3, Р6М5 являются новыми

сталями, значительно повышающими как прочность, так и стойкость

инструмента. Молибден обусловливает меньшую карбидную

неоднородность, чем вольфрам, вследствие чего замена 6—10% вольфрама

соответствующим количеством молибдена снижает карбидную

неоднородность быстрорежущих сталей примерно на 2 балла и

соответственно повышает пластичность. Недостаток молибденовых сталей

заключается в том, что они имеют повышенную чувствительность к

обезуглероживанию.

Вольфрамомолибденовые стали рекомендуется применять в

промышленности наряду с вольфрамовыми для изготовления инструмента,

работающего в тяжелых условиях, когда необходима повышенная

износостойкость, пониженная карбидная неоднородность и высокая

прочность.

Быстрорежущие стали относятся к ледебуритному (карбидному) классу

и их структура примерно одинакова. Слитки этих сталей содержат

карбидную эвтектику в виде сетки по границам аустенитных зерен, которая

резко снижает обычные механические свойства, особенно пластичность. В

процессе горячей обработки давлением (ковка, прокатка) карбидная

эвтектика раздробляется, и измельченные карбиды более равномерно

распределяются в основной матрице.

После прокатки или ковки быстрорежущие стали подвергают

изотермическому отжигу для уменьшения твердости и облегчения

механической обработки. Сталь выдерживают при 800–850 °С до полного

Изм. Лист № докум. Подпис

Дата

Лист

превращения аустенита в перлитно-сорбитную структуру с избыточными

карбидами.

Термическая обработка. Высокую твердость и теплостойкость при

удовлетворительной прочности и вязкости инструменты из быстрорежущих

сталей приобретают после закалки и многократного отпуска.

Закалка. При нагреве под закалку необходимо обеспечить

максимальное растворение в аустените труднорастворимых карбидов

вольфрама, молибдена и ванадия. Такая структура увеличивает

прокаливаемость и позволяет получить после закалки высоколегированный

мартенсит с высокой теплостойкостью. Поэтому температура закалки очень

высокая и составляет 1200–1300 °С.

Для предотвращения образования трещин и деформации инструмента

из–за низкой теплопроводности сталей нагрев под закалку проводят с одним

или двумя подогревами в расплавленных солях: первый — при 400–500 °С,

второй — при 800–850 °С. Окончательный нагрев также проводят в соляной

ванне (BaCl2) c очень малой выдержкой 10–12с на 1мм толщины

инструмента из сталей типа «Р» и 30–60 с для сталей типа В11М7К23. Это

позволяет избежать роста аустенитного зерна, окисления и

обезуглероживания.

Инструменты простой формы закаливают в масле, а сложной — в

растворах солей (KNO3) при 250–400 °С. После закалки структура

быстрорежущей стали состоит из высоколегированного мартенсита,

содержащего 0,3–0,4 % С, не растворенных при нагреве избыточных

карбидов, и около 20–30 % остаточного аустенита. Последний снижает

твердость, режущие свойства инструмента, ухудшает шлифуемость, и его

присутствие нежелательно.

Отпуск. При многократном отпуске из остаточного аустенита

выделяются дисперсные карбиды, легированность аустенита уменьшается, и

он претерпевает мартенситное превращение. Обычно применяют

трехкратный отпуск при 550–570 °С в течение 45–60 мин. Число отпусков

Изм. Лист № докум. Подпис

Дата

Лист

может быть сокращено при обработке холодом после закалки, в результате

которой уменьшается содержание остаточного аустенита. Обработке

холодом подвергают инструменты сравнительно простой формы. Твердость

после закалки HRCэ 62–63, а после отпуска она увеличивается до HRCэ 63–

65.

Поверхностная обработка. Для дальнейшего повышения твердости,

износостойкости и коррозионной стойкости поверхностного слоя режущих

инструментов применяют такие технологические операции, как

цианирование, азотирование, сульфидирование, обработку паром и другие

технологии поверхностного упрочнения. Их выполняют после окончательной

термообработки, шлифования и заточки инструментов.

Б. Быстрорежущая сталь Р6М5К5.

Применение: для обработки высокопрочных нержавеющих и

жаропрочных сталей и сплавов в условиях повышенного разогрева режущей

кромки. Для изготовления черновых и получистовых инструментов (фрез,

долбяков, метчиков, сверл и т.п.), предназначенных для обработки

углеродистых и легированных конструкционных сталей на повышенных

режимах резания, а также некоторых труднообрабатываемых материалов.

Рекомендуется взамен стали Р18К5Ф, как более экономичная и взамен стали

Р9К5, как имеющая более высокие (на 25-30%) режущие свойства.

Химический состав

Вольфрам (W) 5.70-6.70%

Ванадий (V) 1.70-2.10%

Кобальт (Co) 4.70-5.20%

Кремний (Si), не более 0.50%

Молибден (Mo) 4.80-5.30%

Марганец (Mn), не более 0.50%

Никель (Ni), не более 0.40%

Фосфор (P), не более 0.030%

Изм. Лист № докум. Подпис

Дата

Лист

Хром (Cr) 3.80-4.30%

Сера (S), не более 0.030%

Технологические свойства

Температура ковки 1160-850ºС. Шлифуемость хорошая.

Физические свойства

Модуль нормальной упругости, Е, 220ГПа

Модуль упругости при сдвиге кручением G, 83ГПа

Плотность, pn, 8200 кг/см

Уд. электросопротивление p, 458 НОм · м

Микроструктура литой быстрорежущей стали. (Первичные дендриты

окружены сеткой ледебурита. При охлаждении аустенит превращается в

перлит и бейнит. Однако эта структура не выявляется в реактиве.). фазовый

состав в отожженном состоянии представляет собой легированный феррит и

карбиды. В феррите растворена большая часть хрома; почти весь вольфрам

(молибден) и ванадий находятся в карбидах.

Фазовый состав в отожженном состоянии представляет собой

легированный феррит и карбиды. В феррите растворена большая часть

хрома; почти весь вольфрам (молибден) и ванадий находятся в карбидах.

Твердый сплав ТТ7К12 - это трехкарбидпые

титанотанталовольфрамокобальтовые сплавы. Сплавы группы ТТК состоят

из зерен твердого раствора карбида титана, карбида тантала, карбида

вольфрама и избыточных зерен карбида вольфрама, сцементированных

кобальтом.

Сплав ТТ7К12 содержит 12% кобальта, 3% карбида тантала, 4%

карбида титана и 81% карбида вольфрама. Введение в состав сплава

карбидов тантала значительно повышает его прочность, но снижает

красностойкость. Сплав ТТ7К12 рекомендуется для тяжелых условий при

обточке по корке и работе с ударами, а также для обработки специальных

легированных сталей. Инструменты, оснащенные пластинками сплава

Изм. Лист № докум. Подпис

Дата

Лист

ТТ7К12, применяют при обработке стальных поковок и штамповок с ударной

нагрузкой вследствие неметаллических включений. Эти инструменты могут

быть производительно использованы при низких скоростях резания на

многорезцовых станках, полуавтоматах и автоматах.

Пластинки из твердого сплава имеют HRA 86-92 обладают высокой

износостойкостью и красностойкостью (800—1000°С), что позволяет вести

обработку со скоростями резания до 800 м/мин. Прочность(σ)на изгиб,

1700МПа.

Особомелкозериистая структура (ОМ) способствует повышению

износостойкости материала без существенного снижения его прочности.

Изм. Лист № докум. Подпис

Дата

Лист

Задание 7

Расшифровать и кратко описать материалы по заданным маркам

(обозначениям). 18Х2Н4МА; ШХ4; А45Е; АК6; БрОЗЦ12С5.

18Х2Н4МА сталь конструкционная легированная.

Химический состав

Изм. Лист № докум. Подпис

Дата

Лист

C 0.14 - 0.2%

Si 0.17 - 0.37%

Mn 0.25 - 0.55%

Ni 4 - 4.4%

S до 0.025%

P до 0.025%

Cr 1.35 - 1.65%

Mo 0.3 - 0.4%

Cu до 0.3%

Это сталь высококачественная, что означает буква А, стоящая в конце

марки. Применение: в цементованном и улучшенном состоянии

применяется для ответственных деталей, к которым предъявляются

требования высокой прочности, вязкости и износостойкости, а также для

деталей, подвергающихся высоким вибрационным и динамическим

нагрузкам. Сталь может применяться при температуре от —70 до +450 °С

ШХ4 сталь конструкционная подшипниковая.

Химический состав

C 0.95 – 1,05%

Si 0.15 - 0.3%

Mn 0.15 - 0.3%

Ni до 0,3%

S до 0.02%

P до 0.027%

Cr 0.35 - 0.5%

Cu до 0.25%

Применение: кольца железнодорожных подшипников.

А45Е сталь конструкционная повышенной обрабатываемости

(автоматная). Это стали которые хорошо обрабатываются автоматическими

методами. Автоматные стали применяются для неответственных деталей.

Для улучшения обрабатываемости добавляют серу.

Химический состав

C 0.42 – 0,5%

Si 0.17 - 0.37%

Mn 0.5 - 0.8%

Ni до 0,25%

S 0.06 – 0.12%

P до 0.04%

Cr до 0.25%

Cu до 0.25%

Se 0.04-0.1%

АК6 Алюминиевый деформируемый сплав

Химический состав

Изм. Лист № докум. Подпис

Дата

Лист