3.1.Изучить теоретический раздел настоящей практической работы.
3.2. Выбрать вариант индивидуального задания по таблице 3.1.
Таблица 3.1 - Варианты задания
| № | Марка стали | Вид инструм. | Размер сечения инструм., мм | Форма инструм. |
| ХВСГ | сверло | Ø 10 | цилиндр | |
| 5ХНМ | штамп гор. штамповки | 400х400 | параллелепипед | |
| Х | измерительный калибр | Ø 20 | цилиндр | |
| 6ХС | зубило | Ø 22 | цилиндр | |
| 7ХФ | стамеска | Ø 15 | цилиндр | |
| ХВГ | плашки | Ø 40 | цилиндр | |
| 9ХФ | стамеска | толщина 8 | пластина | |
| 7НГ2ВМ | штамп хол. штамповки | 100х100 | параллелепипед | |
| 5НГМ | штамп ковочный | 550х550 | параллелепипед | |
| ХВСГ | матрица штампа | Ø 20 | цилиндр | |
| 4ХС | нож | толщина 10 | пластина | |
| 12. | 11ХФ | метчик | Ø 8 | цилиндр |
| 13. | ХВГ | плашка | толщина 10 | цилиндр |
| 14. | 7Х3 | матрицы для горячей высадки | 50х50 | параллелепипед |
| 15. | 5ХНСВ | молотовые штампы | 450х450 | параллелепипед |
3.3. Для заданной марки стали выписать химический состав по таблице А13 приложения А.
3.4. Рассчитать критические точки АС1, АС3, МН, МК по регриссионным уравнениям 1,2,3,4,5,6. Результаты занести в таблицу 3.2.
3.5. Назначить режим упрочняющей термической обработки инструмента. Результаты занести в таблицу 3.2.
3.6. Назначить температуру нагрева стали под закалку и отпуск в зависимости от рассчитанных критических точек. Результаты занести в таблицу 3.2.
3.7. Выбрать охлаждающую среду. Результаты занести в таблицу 3.2.
3.8. Рассчитать общее время нагрева инструмента по уравнениям 7,8. Результаты занести в таблицу 3.2.
3.9. Определить микроструктуру стали после закалки и отпуска. Результаты занести в таблицу 3.2.
3.10. Построить графики термической обработки заданного инструмента в координатах «Температура- время нагрева» с указанием исходной структуры стали, структуры при нагреве и после охлаждения.
3.11. Охарактеризовать свойства инструмента после проведенной термической обработки.
Таблица 3.2 – Режим термической обработки инструмента или детали исследуемой марки стали
| Объект исследования | Инструмент | |
| Критические точки | АС1 | |
| АС3 | ||
| МН | ||
| МК | ||
| Вид термообработки: | ||
| -нагрев под закалку, 0С - нагрев под отпуск 0С | ||
| Время нагрева под закалку, мин | ||
| Охлаждающая среда: -закалка -отпуск | ||
| Микроструктура: -закалка -отпуск |
СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА
4.1. Наименование работы.
4.2. Цель работы.
4.3. Химический состав заданной марки стали.
4.3. Таблица 2. - Режим термической обработки инструмента или детали исследуемой марки стали.
4.4. Графики термической обработки заданного инструмента в координатах «Температура- время нагрева» с указанием исходной структуры стали, структуры при нагреве и после охлаждения.
4.5. Описание окончательных свойств заданного инструмента.
4.6. Выводы по работе.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
5.1. Что такое критические точки и каково их практическое значение?
5.2. В чем заключается режим окончательной термической обработки инструмента?
5.3. Как выбирается температура нагрева стали под закалку?
5.4. Для какой цели проводится расчет критических точек МН и МК?
5.5. Какова структура стали после закалки?
5.6. Что такое отпуск?
5.7. Какие виды отпуска существуют?
5.8. Какова структура и свойства стали после различных видов отпуска?
5.9. От чего зависит время нагрева стали до заданной температуры под закалку?
5.10. Как определить общее время нагрева инструмента под закалку?
Практическая работа
ВЛИЯНИЕ КАРБИДНОЙ НЕОДНОРОДНОСТИ НА СВОЙСТВА БЫСТРОРЕЖУЩИХ СТАЛЕЙ
ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Изучить влияние карбидной неоднородности на механические и эксплуатационные свойства быстрорежущих сталей
Теоретический раздел
Наряду с другими факторами (конструкция, условия эксплуатации, качество изготовления) стойкость режущих инструментов определяется степенью развития карбидной неоднородности в быстрорежущих сталях. Марки применяемых быстрорежущих сталей представлены таблице А14 приложения А.
Наличие в структуре инструментов, особенно больших сечений (диаметром более 100…150 мм), грубых и неравномерно распределенных первичных карбидов вызывает выкрашивание рабочей кромки и ускоренный ее износ, а также снижает прочность на изгиб, ударную вязкость и вызывает рост их анизотропии. Это приводит к внезапным поломкам инструментов, особенно при ударных нагрузках.
Ухудшаются и технологические свойства стали: понижается пластичность, повышается склонность инструмента к короблению и образованию трещин при закалке, снижается шлифуемость. Все это приводит к большим потерям дорогостоящих сталей в процессе производства заготовок и изготовления из них различных видов инструментов.
При кристаллизации (затвердевании) расплава быстрорежущей стали последовательно выделяются карбиды при разных температурах охлаждения. Карбиды, выделяющиеся из жидкой фазы, входят в состав эвтектики (ее называют ледебуритом) являются первичными.
В обычном слитке (массой от 300 до 850 кг и диаметром от 357 до 270 мм) карбидная неоднородность выявляется в виде грубой (ледебуритной) сетки по границам зерен перлита, что показано на рисунке 1. Она примечательна большой толщиной и протяженностью, увеличением степени развития от поверхности к середине слитка. Это связано с низкой и неравномерной скоростью кристаллизации жидкого металла, выплавленного в дуговой печи. В структуре преобладают высокоизносостойкие карбиды Cr, Mo, W и V типа МС, М6С и М23С6.
Сталь с такой карбидной структурой имеет низкую прочность и вязкость (высокую хрупкость). Поэтому слитки подвергают горячей прокатке или свободной ковке на прессах с различной степенью обжатия.
Рисунок 1 - Распределение первичных карбидов в литой стали марки Р6М5 при увеличении в 100 раз, диаметр слитка 300 мм (белое поле – первичные карбиды в ледебуритной сетке, темное – зернистый перлит)
В результате горячей обработки металлов давлением (ГОМД) карбидная сетка постепенно разрушается, карбидные части дробятся и вытягиваются полосами (строками) в направлении деформации, а их толщина уменьшается с ростом степени обжатия. Вследствие увеличения степени обжатия и уменьшения размера профиля проката карбидная структура улучшается, повышаются механические свойства стали и стойкость инструментов.
Рисунок 2 - Распределение первичных карбидов в кованой стали марки Р6М5 при увеличении в 100 раз, диаметр проката 250 мм (белое поле – первичные карбиды в раздробленной сетке, темное – зернистый перлит)
Согласно ГОСТ 19265-73 карбидную неоднородность на шлифах оценивают баллами под оптическим микроскопом при увеличении в 100 раз путем сравнения с эталонами 8-ми бальной шкалы.
Шкала корбидной неоднородности
Таблица 1 – Описание карбидной неоднородности по шкале ГОСТ 19265-73
Наиболее качественная сталь (слабо выраженная карбидная полосчатость) оценивается баллом 1, а наихудшая (слабодеформированная) – баллом 8.
Карбидная неоднородность выражена сильнее в сталях с повышенным содержанием вольфрама. В сталях с содержанием молибдена размер карбидных частиц и их скопление меньше, что оказывает положительное влияние на механические свойства последних.
Аналитически влияние среднего балла карбидной неоднородности на механические свойства быстрорежущей стали можно определить с использованием следующих формул:
(1)
, (2)
где σи – предел прочности при изгибе, МПа; N – число циклов до разрушения; Х - средний балл карбидной неоднородности, изменяющийся от 1 до 8.
Аналитически можно определить влияние среднего балла карбидной неоднородности и вторичной твердости быстрорежущей стали на стойкость инструмента с использованием формул:
(3)
, (4)
где Тф и Тт – стойкость инструмента при фрезеровании и точении соответственно, мин.;HRC- вторичная твердость инструмента, колеблющаяся от 63 до 68;
Х- средний балл карбидной неоднородности;
В последние годы для полного устранения карбидной неоднородности в заготовках разных сечений все большее применение находит порошковая металлургия.
Порошковые заготовки характеризуются отсутствием карбидной неоднородности. Карбидная структура примечательна дисперсными карбидами (диаметром до 2…3 мкм), которые равномерно распределены в матрице. Это объясняется тем, что в качестве исходного материала используются порошки или микрослитки (диаметр от 0,05…500 мкм) из отходов быстрорежущей стали (см. плакат №3). В результате сверхвысоких скоростей кристаллизации капель металла, выделившиеся карбиды не успевают вырасти до больших размеров и фиксируются в структуре в виде дисперсных карбидов, что показано на рисунке 4.
Рисунок 4 – Распределение первичных карбидов в порошковой стали марки Р6М5К5-МП при увеличении в 500 раз.
По сравнению с прокатом из обычного металла порошковая сталь имеет в 1,5…3,0 раза выше прочность и вязкость, лучше шлифуется, что позволяет использовать широко распространенные абразивные материалы. Стойкость всех видов крупногабаритного инструмента (протяжки и др.) повышается в 5…10 раз.
Для обеспечения режущих свойств инструмента из быстрорежущей стали его подвергают закалке с трехкратным отпуском. Оптимальной температурой закалки является 1210-1290 0С (в зависимости от состава). Такие высокие температуры закалки необходимы для возможно более полного растворения вторичных карбидов и получения высоколегированного хромом, вольфрамом и ванадием аустенита.
Это обеспечивает получение после закалки высоколегированного мартенсита, обладающего высокой устойчивостью против отпуска, т.е. теплостойкостью.
Охлаждающей средой при закалке, чаще всего, является масло. Структура быстрорежущей стали после закалки представляет собой высоколегированный мартенсит, нерастворенные карбиды и остаточный аустенит (около 30 %). Остаточный аустенит понижает режущие свойства стали.
Отпуск вызывает превращение остаточного аустенита в мартенсит и мелкодисперсные карбиды. Это сопровождается увеличением твердости (вторичная твердость). Однократный отпуск не обеспечивает полного превращения остаточного аустенита в мартенсит и карбиды (остается около 15 % остаточного аустенита). Для полного превращения – требуется трехкратный отпуск при температуре 550-570 0С. Продолжительность каждого отпуска 45 – 60 минут. В некоторых случаях, для инструмента простой формы, после закалки применяют обработку холодом и одно, -двухкратный отпуск.