Твёрдость изделия до и после закалки . Структуры стали .

Для изготовления вышеперечисленных изделий предлагается сталь У10 - инструментальная углеродистая высокопрочная нетеплостойкая небольшой прокаливаемости.

Общие сведения об инструментальных сталях.

Инструментальными называются углеродистые и легированные стали высокой твёрдости (примерно 60-65 HRc) в режущей кромке, значительно повышающей твёрдость обрабатываемого материла, а так же высокой прочностью при некоторой вязкости для предупреждения поломки инструмента в процессе работы и износостойкостью, необходимой для сохранения размеров и формы режущей кромки при резании. Именно благодаря этим свойствам, стали этого класса используются при изготовления различного инструмента. Чаще всего инструментальные - это заэвтектоидные или ледебуритные стали, со структурой после закалки и низкого отпуска - мартенсит и избыточные карбиды.

Все инструментальные стали подразделяются на три группы:

1. нетеплостойкие (углеродистые и легированные с содержанием легирующих элементов до 3-4 %).

2. полутеплостойкие до 400-500°С, с содержанием углерода до 6-7 %, а хрома около 4-18 %.

3. теплостойкие до 550-650°С. Это в основном высоколегированные стали ледебуритного класса, содержащие Cr, W, V, Mo, Co. Их ещё называют быстрорежущими.

Одной из важнейших характеристик инструментальных сталей является прокаливаемость. Из всех инструментальных сталей высокой прокаливаемостью обладают только высоколегированные теплостойкие и полутеплостойкие стали. Инструментальные стали, которые не обладают теплостойкостью, делят на две группы:

1. стали небольшой прокаливаемости (углеродистые).

2. стали повышенной прокаливаемости (легированные).

Маркируются инструментальные углеродистые стали буквой “У”, следующая за буквой цифра обозначает среднее содержание углерода в десятых долях процента.

Сталь У10. Характеристики, структура, термообработка.

Предложенная для изготовления метчиков и плашек сталь У10 относится к углеродистым сталям небольшой прокаливаемости, необладающим теплостойкостью. Углеродистые инструментальные стали этого класса имеют небольшую прокаливаемость вследствие неустойчивости переохлаждённого аустенита. Именно поэтому эти стали применяют для изготовления инструментов небольших размеров.

Углеродистые стали можно использовать в качестве режущего инструмента, только тогда, когда процесс резанья происходит при малых скоростях. Это обусловлено тем, что их высокая твёрдость сильно снижается при нагреве выше температуры 190-200°С.

Углеродистые стали в исходном состоянии имеют структуру зернистого перлита, при этом твёрдость их не превышает 170-180 НВ. В этом состоянии углеродистые стали легко обрабатываются резанием. Температура закалки углеродистой стали должна быть чуть выше точки А с1 - 760-780°С, но ниже, чем А ст для того, чтобы в результате закалки получить мартенситную структуру и сохранить мелкозернистую нерастворённую структуру вторичного цементита[2].

Нетеплостойкие стали высокой твёрдости:

Закалка и отпуск У10.

По данным Лахтина Ю. М. “Металловедение”, мелкий инструмент, такой, например, каким являются метчики и плашки, из стали У10 закаливают в воде или в водных растворах солей, а охлаждают в горячих средах, то есть применяется ступенчатая закалка.

Отпуск проводят при 150-170°С для сохранения высокой твёрдости (62-63 HRc).

Общие сведения о ступенчатой закалке:

При ступенчатой закалке изделие охлаждают в закалочной среде, температура которой выше, чем мартенситная точка данной стали. Охлаждение и выдержка в этой среде обеспечивают передачу температуры закалочной ванны во все точки сечения закаливаемого изделия. После этого следует окончательное медленное охлаждение. Именно во время этого охлаждения и происходит закалка - аустенит превращается в мартенсит.

При термической обработке углеродистых инструментальных сталей (точка М=200-250°) температуру ступеньки выбирают около 250°С (для смесей азотнокислых солей), 120-150°С - для щёлочи или смеси азотнокислых солей, и около 100°С - для 50 % раствора NaOH в воде[3].

По данным Гуляева А. П. “Термическая обработка стали” принимаем для стали У10: ступенчатая закалка в соляной ванне с температурой 160-170°С (KOH+NaOH) с добавкой воды около 3-5 %. Эти цифры соответствуют закалке деталей из углеродистой инструментальной стали диаметром 10-15 мм, которые вполне удовлетворяют требованиям, предъявляемым к назначенным деталям. В том случае, если деталь превышает допустимые значения ступенчатой закалки, вполне может быть применена закалка с “подстуживанием” (закалка в воде с предварительным недолгим охлаждением на воздухе, Гуляев А. П. “Термическая обработка стали”.). Так как предельные размеры назначенных деталей не заданы, то расчёт проводим с тем условием, что они не выходят за пределы 10-15 мм, и основным способом закалки изделий остаётся первый.

Значения закалки, нагрева и отпуска для изделий из стали У10: (нагрев- 760-780°С)

Твёрдость изделия до и после закалки. Структуры стали.