Лекция 19 ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ СТАЛЕЙ • Углеродистые инструментальные стали • Легированные инструментальные стали • Быстрорежущие стали • Твердые сплавы • Стали для измерительных инструментов • Штамповые стали (холодного и горячего деформирования) • Алмаз как материал для изготовления инструментов
Стали для режущего инструмента • высокая твердость, • износостойкость, • достаточная прочность и вязкостью (для инструментов ударного действия). Режущие кромки могут нагреваться до 500… 900 o. С, поэтому важным свойством является теплостойкость и красностойкость. Углеродистые инструментальные стали (ГОСТ 1435) Содержат 0, 65… 1, 35% углерода. Для твердости и улучшения структуры, все стали подвергают отжигу (обычный отжиг II рода). Окончательная термическая обработка – закалка + отпуск. Структура закаленных сталей или М, или М и К.
Отпускают при температурах не более 200 С во избежание снижения твердости. Твердость окончательная - 56 -64 HRC. Достоинства: низкая стоимость, хорошая обрабатываемость давлением и резанием в отожженном состоянии. Недостатки: невысокие скорости резания, ограниченные размеры инструмента из-за низкой прокаливаемости и его значительные деформации после закалки в воде. Применяют для инструментов небольшого сечения (до 5 мм) или для инструментов диаметром или наименьшей толщиной 18 -25 мм, в которых режущая часть приходится только на поверхностный слой (зенкера, метчики).
Легированные инструментальные стали Содержат 0, 9… 1, 4 % углерода В отличие от углеродистых легированные стали обладают большей устойчивостью переохлажденного аустенита, следовательно, большой прокаливаемостью и несколько более высокой износостойкостью. легирующие элементы: Cr, W, V, Mg, Si и другие. Общее содержание легирующих элементов до 5%. Высокая твердость и износостойкость определяются высоким содержанием углерода. Легирование используется для повышения закаливаемости и прокаливаемости, сохранения мелкого зерна, повышения прочности и вязкости.
Закалка с 800… 850 o. С в масло или ступенчатую закалку, что уменьшает возможность коробления и образования закалочных трещин. Отпуск - низкотемпературный, 150… 200 o. С, что обеспечивает твердость HRC 61… 66. Иногда, для увеличения вязкости, температуру увеличивают до 300 o. С, но при этом наблюдается снижение твердости HRC 55… 60. Si - (сталь 9 ХС) - увеличивает прокаливаемость до 40 мм и повышает устойчивости М при отпуске. Чувствительность к обезуглероживанию при т/о, обрабатываемость резанием и деформированием из-за упрочнения феррита кремнием. Mg (стали ХВГ, 9 ХВСГ) увеличивает Аост, деформацию инструмента при закалке. Это особенно важно для инструмента, имеющего большую длину при малом диаметре (протяжки). Cr - прокаливаемость и твердость после закалки. Стали используются для изготовления ударного и режущего инструмента.
Химический состав некоторых легированных инструментальных сталей, % (ГОСТ 59 С Мп Si Сг W V 13 Х 1, 251, 40 0, 300, 60 0, 150, 35 0, 400, 70 - - 9 ХС 0, 850, 95 0, 300, 60 1, 201, 60 0, 951, 25 - — ХВГ 0, 901, 05 0, 801, 10 0, 150, 35 0, 901, 20 1 , , 2 6 0 0 1 — ХВСГ 0, 95 1, 05 0, 600, 90 0, 651, 00 0, 601, 10 0 , , 0 1 , 3 5 2 , 5 0 0 1 9 Х 5 В Ф 0, 851, 00 0, 150, 40 4, 505, 50 0 , , 0 1 , 3 8 2 , 5 0 0 1 Марк а стали
Быстрорежущие стали high speed steel - маркируют буквой Р (rapid - быстрый, скорый) Стали содержат 0, 7… 1, 5 % углерода, до 18 % основного легирующего элемента – вольфрама, до 5 % хрома и молибдена, до 10 % кобальта +V - износостойкость инструмента, но щлифуемость. +Co - теплостойкость до 650 o. С и вторичную твердость HRC 67… 70. Микроструктура быстрорежущей стали имеет эвтектическую структурную составляющую (ледебурит). Для получения оптимальных свойств инструментов из быстрорежущей стали необходимо по возможности устранить структурную неоднородность стали – карбидную ликвацию. Для этого слитки подвергаются интенсивной пластической деформации (ковке). При этом происходит дробление карбидов эвтектики и достигается более однородное распределение карбидов по сечению заготовки.
Затем - отжиг - при 860… 900 o. С. Структура о – мелкозернистый (сорбитообразный) перлит и карбиды, мелкие эвтектоидные и более крупные первичные. Количество карбидов около 25 %. Такая сталь хорошо обрабатывается резанием. Подавляющее количество легирующих элементов находятся в карбидной фазе. Для получения оптимальных свойств стали в готовом инструменте необходимо при т/о обеспечить max насыщение М лег. эл. Закалка - нагрева до 1280 o. С. Нагрев (ступенчато) осуществляют в хорошо раскисленных соляных ваннах Ba. Cl 2 (улучшает равномерность прогрева и снижает возможность обезуглероживания поверхности). Охлаждение после закалки - в масло. Структура - легированный, очень тонкодисперсный М, значительное количества (30… 40 %) Аост и WC. Твердость составляет 60… 62 HRC. Аост - ухудшает режущие свойства.
При нагреве под отпуск выше 400 o. С наблюдается ↑ твердости (из легированного Аост выделяются легированные карбиды). А при охлаждении от Тo. С отпуска превращается в М отпуска, что вызывает прирост твердости. Увеличению твердости содействуют и выделившиеся при температуре отпуска мелкодисперсные карбиды легирующих элементов. Максимальная твердость достигается при температуре отпуска 560 o. С. Число отпусков может быть сокращено при обработке холодом после закалки, в результате которой уменьшается содержание Аост. Такой обработке подвергают инструменты сравнительно простой формы. Иногда для повышения износостойкости быстрорежущих сталей применяют низкотемпературное цианирование. Применение: резцы, сверла, долбяки, протяжки, метчики машинные, ножи для резки бумаги. Часто из быстрорежущей стали изготавливают только рабочую часть инструмента.
Таблица 2 Химический состав некоторых быстрорежущих сталей, % (ГОСТ 19265 С Сг W V Мо Со Р 18 0, 730, 83 3, 8 -4, 4 17, 018, 5 1, 0 -1, 4 До 1, 0 До 0, 5 Р 9 0, 850, 95 3, 8 -4, 4 8, 5 -9, 5 2, 3 -2, 7 До 1, 0 До 0, 5 Р 6 М 5 0, 820, 90 3, 8 -4, 4 5, 5 -6, 5 1, 7 -2, 1 4, 8 -5, 3 До 0, 5 Р 6 М 5 Ф 0, 951, 05 3, 8 -4, 3 5, 7 -6, 7 2, 3 -2, 7 4, 8 -5, 3 До 0, 5 Р 6 М 5 К 5 0, 840, 92 3, 8 -4, 3 5, 7 -6, 7 1, 7 -2, 1 4, 8 -5, 3 4, 7 -5, 2 Марка стали
Тип инструмента Рекомендуемая марка стали Резцы и резцовые головки: фасонные на автоматах долбежные, строгальные, отрезные Р 18, Р 12 ФЗ Р 6 М 5, Р 12, Р 9 Сверла: для обработки металлов, твердость до 260 НВ для обработки металлов большей твердости для труднообрабатываемых Р 6 М 5, Р 6 М 3 Ф Р 12 ФЗ. Р 12 Ф 4 К 5 Фрезы: резьбовые червячные то же, для резания с повышенной скоростью то же для резания труднообрабатываемых сплавов Р 6 М 5, Р 12, Р 8 М 3, Р 18 Р 6 М 5, Р 12 ФЗ, Р 12, Р 8 М 3 Р 12 Ф 4 К 5, Р 8 М 3 К 6 С Р 12 Ф 4 К 5, Р 8 МЗК 6 С, Р 9 М 4 К 8 Ф, Р 12 МЗФ 2 К 8 Долбяки Протяжки диаметром до 80 -100 мм > 100 мм Р 6 М 5, Р 12, Р 8 М 3 Р 12, Р 6 М 5, Р 12 ФЗ, Р 8 М 3 ХВСГ, Р 6 М 5 Метчики: машинные ручные Плашки круглые: для нарезания мягких металлов то же, для твердых Развертки: машинные то же, для труднообрабатываемых сплавов ручные Р 6 М 5, Р 18 11 ХФ, У 11 А, У 12 А ХВСГ Р 6 М 5, Р 8 М 3 Р 6 М 5, Р 8 МЗ, Р 12 ФЗ, Р 12 Р 8 МЗК 6 С ХВСГ, Р 6 М 5, Р 8 М 3 Зенкеры: для обработки мягких металлов для обработки твердых металлов Пилы: сегменты к круглым пилам и ножовочные полотна машинные и ручные для обработки древесины Напильники: для мягких металлов для твердых металлов Стамески, долота, топоры для обработки древесины Р 6 М 5, Р 12, Р 8 М 3, 10 Р 8 М 3 Р 9 М 4 К 8 Ф, Р 8 М 3 К 6 С Р 9, Р 6 М 5 Х 6 ВФ, 9 ХФ, У 10 А 13 Х, X, У 13 А Р 6 М 5, Р 8 М 3 7 ХФ, У 7 А
Твердые сплавы Они состоят из твердых карбидов и связующей фазы, изготавливаются методами порошковой металлургии. очень высокая твердость 87… 92 HRC при достаточно высокой прочности, большая износостойкость и теплостойкость зависят от количества связующей фазы (кобальта) и величины зерен карбидов Рис. Зависимость твердости различных инструментальных материалов от температуры испытания: 1 - углеродистая сталь; 2 - быстрорежущая сталь; 3 твердый сплав Чем крупнее зерна карбидов, тем выше прочность.
Основными твердыми сплавами являются группы ВК (WC + Co) ВК 3, ВК 6, ВК 8, ВК 20 цифра - % Со, остальное –WC TK (WC + Ti. C + Co), Т 30 К 6, Т 14 К 8 Первая цифра - %Ti. C, второе – % Со TTK (WC + Ti. C + Ta. C + Co). ТТ 7 К 12, ТТ 20 К 9 Цифра после ТТ - %Ti. C и Та. С, а после К - %Со Износостойкость инструментов из твердых сплавов превышает износостойкость инструментов из быстрорежущих сталей в 10… 20 раз и сохраняется до температур 800… 1000 o. С.
Стали для измерительных инструментов Требования: ↑ твердость и износоустойчивость, стабильность в размерах в течение длительного времени (min температурным коэффициентом линейного расширения и сведение к min структурных превращений во времени). Применяются: • высокоуглеродистые инстр. стали, легированные и углеродистые (У 12, Х 9, ХГ), после закалки и стабилизирующего низкотемпературного (120… 170 o. С ) отпуска в течение 10… 30 ч. До отпуска желательно провести обработку холодом. Твердость 62… 67 HRC; • малоуглеродистые стали (15, 20) после цементации и закалки с низким отпуском; • нитралои (сталь 38 ХМЮА) после азотирования на высокую твердость
Штамповые стали Стали для штампов холодного деформирования высокая твердостью, износостойкость, прочность, Вязкость. Для штампов небольших размеров (до 25 мм) - углеродистые инструментальные стали (У 10, У 11, У 12) после закалки и низкого отпуска на твердость 57… 59 HRC. Хорошая износостойкость и ударная вязкость. Для крупных изделий - легированные стали (Х, Х 9, Х 6 ВФ). Для ↑ износостойкости после т/о проводят цианирование или хромирование рабочих поверхностей. При закалке - медленное охлаждение в области Мн-Мк (н/р, закалка из воды в масло для угл-х сталей, ступенчатая закалка для лег. сталей).
Стали для штампов горячего деформирования + доп. св-ва: устойчивость против образования трещин при многократном нагреве и охлаждении, окалиностойкость, высокая теплопроводность, высокая прокаливаемость. Молотовые штампы - хромоникелевые среднеуглеродистые стали 5 ХНМ, 5 ХНВ, 4 ХСМФ. W и Mo - для ↓ склонности к отпускной хрупкости. После т/о (закалка (760… 820 o. С) и отпуск (460… 540 o. С), структура – С или Т и Сотп. Твердость 40… 45 HRC. Штампы горячего прессования - стали повышенной теплостойкости. Сталь 3 Х 2 В 8 Ф сохраняет теплостойкость до 650 o. С, но наличие WC ↓ вязкость. Сталь 4 Х 5 В 2 ФС имеет ↑ вязкость. Повышенное содержание Cr и Si ↑↑↑окалиностойкость стали.
Таблица -Химический состав некоторых штамповых сталей, % (ГОСТ 5950— 73)* Марка стали С Si Mn Cr Для деформирования в холодном состоянии Х 6 ВФ Х 12 МФ Х 12 Ф 1 Марка стали 1, 05 -1, 15 2, 0 -2, 20 1, 45 -1, 65 1, 25 -1, 45 W 0, 15 -0, 35 0, 10 -0, 40 0, 15 -0, 35 V 0, 15 -0, 40 0, 15 -0, 45 0, 15 -0, 40 Mo 1, 1 -1, 5 0, 5 -0, 8 0, 15 -0, 3 0, 7 -0, 9 Si _ _ 0, 4 0, 6 Mn С 5, 5 -6, 5 11, 5 -13, 0 11, 0 -12, 5 Ni Cr Для деформирования в горячем состоянии 7 X 3 0, 65 -0, 75 0, 15 -0, 35 0, 15 -0, 40 3, 2 -3, 8 5 ХНМ 0, 50 -0, 60 0, 10 -0, 40 0, 50 -0, 80 0, 5 -0, 8 4 ХМФС 0, 37 -0, 45 0, 50 -0, 80 1, 5 -1, 8 ЗХ 2 В 8 Ф 0, 30 -0, 40 0, 15 -0, 40 2, 2 -2, 7 Марка W V Mo Ni стали 7 X 3 _ _. 5 ХНМ _ 0, 15 -0, 3 1, 4 1, 8 4 ХМФС _ 0, 3 -0, 5 0, 9 -1, 2 ЗХ 2 В 8 Ф 7, 5 -9, 0 0, 2 -0, 5 * Содержание серы и фосфора должно быть меньше 0, 30 % во всех сталях.
Алмаз как материал для изготовления инструментов 80 % алмазов - в качестве инструментальных материалов. Основное количество алмазов используется в виде алмазного порошка для изготовления алмазно-абразивного инструмента – шлифовальных кругов, притиров, хонов, надфилей и др. , для обработки особо твердых металлов и горных пород. Большое значение имеют заточные круги для твердосплавного инструмента, это увеличивает производительность труда и срок службы инструмента. Повышение стойкости твердосплавного инструмента обеспечивается высокой чистотой (отсутствие зазубрин, мелких трещин) лезвия инструмента. Алмазный инструмент изготовляется в виде алмазосодержащих кругов с бакелитовой или металлической связкой. Также изготавливают алмазные резцы (для обработки корпусов часов), фильеры (для волочения проволоки из высокотвердых и драгоценных металлов) и др.
Скачать презентацию Лекция 19 ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ СТАЛЕЙ Углеродистые
lk_19_ТХТО_2012.ppt