Для определения ориентировочного химического состава материала необходимо провести анализ различных классов материала.
1. Стали.
Сталями называются железоуглеродистые сплавы, содержание углерода в которых не превышает 2,14%. Стали с содержанием углерода до 0,8% называется доэвтектоидными, 0,8% - эвтектоидными и больше 0,8% - заэвтектоидными
Твёрдость и прочность стали могут быть увеличены в результате термической обработки в 3 - 5 раз, а модули упругости при этом изменяются менее чем на 5% [3, с. 180].
Также благодаря термической обработке и введению легирующих элементов можно повысить их коррозионную стойкость.
Основное требование к сталям является обеспечение конструкционной прочности: они должны обладать определённым набором механических свойств, обеспечивающих длительную и надёжную работу материала, иметь хорошие технологические свойства.
Стали являются достаточно недорогим материалом.
Свойства сталей соответствуют нашим требованиям к готовому изделию, и оно может быть изготовлено из данного материала.
2. Чугуны.
Чугунами называются сплавы железа с углеродом, содержащие углерода более 2,14%. Чугуны, содержащие менее 4,3% углерода, называются доэвтектическими, содержащие 4,3% - эвтектическими и содержащие более 4,3% - заэвтектическими [1, с. 54].
Чугун отличается от стали по технологическим свойствам - лучшими литейными качествами, малой способностью к пластической деформации. Чугун дешевле стали [3, с. 203].
Чугуны обладают более высокой твердостью, чем стали из-за большого наличия цементита, что одновременно повышает и хрупкость. Однако углерод в этих сплавах может присутствовать в виде графита.
В зависимости от того, в какой форме присутствует графит в сплаве, различают:
|
|
Ø Белый чугун, в котором весь углерод находится в связанном состоянии в виде карбида.
Ø Серый чугун, в котором углерод в значительной степени или полностью находится в свободном состоянии в форме пластинчатого графита.
Ø Высокопрочный чугун, в котором углерод в значительной степени или полностью находится в свободном состоянии в форме шаровидного графита.
Ø Ковкий чугун, получающийся в результате отжига отливок из белого чугуна. В ковком чугуне весь углерод или значительная часть его находится в свободном состоянии в форме хлопьевидного графита [3, с. 180].
Ещё одним достоинством этого класса является более низкая цена по сравнению со сталями.
Недостатками чугунов являются: большая хрупкость, низкая упругость. Так как инструмент, который нам необходимо изготовить (кернер) работает в условиях ударных нагрузок, то использование данного материала нецелесообразно.
3. Сплавы цветных металлов.
а) На основе меди.
Сплавы меди с оловом, свинцом, кремнием, алюминием и другими элементами называются бронзами.
Оловянистые бронзы (содержание олова до 20%) обладают хорошими литейными свойствами, высокой химической стойкостью и хорошими антифрикционными свойствами. Хорошо обрабатываются резанием. Являются дорогими. С очень высоким содержанием олова становятся очень хрупкими [1, с. 164].
Алюминиевые бронзы содержат 5 - 10% алюминия. Алюминиевые бронзы обладают высокой стойкостью против коррозии. Обрабатываются давлением.
Кремнистые бронзы превосходят оловянистые по механическим свойствам и являются более дешёвыми. Обладают высокой стойкостью против коррозии. Хорошие упругие характеристики, удовлетворительно обрабатываются резанием.
|
|
Бериллиевые бронзы содержат 2,0 - 2,5% бериллия. Дисперсионно - твердеющие сплавы, значительно повышают механические свойства в результате термической обработки.
Высокие прочность и упругость, стойкость против коррозии, хорошая свариваемость и обрабатываемость резанием. Применяется для изготовления ответственных деталей и инструментов.
Являются очень дорогими [1, с. 165].
Сплавы меди с цинком называются латунями.
Они обладают хорошей жидкотекучестью, достаточно дешевые, обладают небольшой усадкой. Хорошо обрабатываются резанием, обладают высокой коррозионной стойкостью, но с небольшой твердостью (120 НВ в деформированном состоянии). Различают деформируемые и литейные латуни.
б) На основе алюминия.
Деформируемые алюминиевые сплавы, не упрочняемые термической обработкой, характеризуются не высокой прочностью, высокой пластичностью и коррозионной стойкостью.
Дюралюминий хорошо деформируется в горячем и холодном состоянии. После закалки дюралюминий подвергают старению, что обеспечивает получение высоких прочности и твёрдости.
Сплавы авиаль, уступая по прочности дюралюминию, они обладают лучшей пластичностью в горячем и холодном состояниях [1, с. 167].
Силумины обладают высокой жидкотекучестью, имеют малую усадку.
в) На основе магния.
Магний относительно устойчив против коррозии лишь в сухой среде и при повышении температуры легко окисляется и даже самовоспламеняется. Магниевые сплавы применяют в авиационной промышленности, в машиностроении и радиотехнической промышленности [1, с. 168].
|
|
г) На основе титана.
Обладают хорошими литейными свойствами. Наличие азота и кислорода повышает прочность титана, но сильно снижает пластичность. Присутствие углерода снижает ковкость, ухудшает обрабатываемость резанием, свариваемость титана.
Титан обладает высокой коррозионной стойкостью в атмосфере, пресной и морской воде, в ряде кислот. Титан хорошо куётся и сваривается [1, с. 170].
Цветные металлы и сплавы обладают хорошей пластичностью, стойкостью в агрессивных средах, хорошей твёрдостью и упругостью, поэтому некоторые из них можно использовать для изготовления кернера.
4. Материалы порошковой металлургии.
Порошковая металлургия - отрасль технологии, занимающаяся производством металлических порошков и деталей из них. Из металлического порошка или смеси порошков прессуют заготовки, которые подвергают термической обработке - спеканию [4, с. 418].
Основа твёрдых сплавов - карбиды металлов, обладают высокой хрупкостью. Сплавы являются дорогими, поэтому их делают не цельными.
Твёрдые сплавы имеют высокие твердость 87 - 92 HRA (HRC = 2HRA - 104) и теплостойкость (800 - 11000С) [1, с. 137].
Твердые сплавы делятся на группы: вольфрамовая, титановольфрамовая, титанотанталовольфрамовая, безвольфрамовая.
Твёрдые сплавы применяют в основном для изготовления режущего инструмента. Они дорогие и требуют специального оборудования, как для изготовления, так и для защиты от вредного воздействия, так как для улучшения механических свойств в них добавляют измельчённые легирующие элементы.
5. Неметаллические материалы.
Значительное место в промышленности занимают различные неметаллические материалы – пластмассы, керамика, резина. Их производство и применение развивается в настоящее время опережающими темпами по сравнению с металлическими материалами. Но использование их в промышленности невелико. Достоинствами неметаллических материалов является высокая механическая прочность, высокие электроизоляционные характеристики, оптическая прозрачность, высокая эластичность, химическая стойкость, морозостойкость, износостостойкость. Недостатками же является низкая твердость, низкая ударная вязкость, склонность к старению.
Поскольку твёрдость и ударная вязкость являются основными требованиями к изготовляемому инструменту, изготовление кернера из неметаллических материалов нецелесообразно.
Таким образом, для изготовления кернера выберем углеродистую инструментальную, низколегированную инструментальную стали, а также быстрорежущую сталь.