Материаловедение. 10 л.р.. Коллекция макрошлифов, изломов и сварных швов
 Скачать 3.64 Mb.
|
|
Штамповые стали. Штампами называют инструменты, изменяющие форму материала без снятия стружки. Стали, используемые для изготовления штампового инструмента, должны обладать высоким сопротивлением пластической деформации и износостойкостью, а в некоторых случаях (при разогреве) и повышенной теплостойкостью. При больших размерах штампов стали должны иметь высокую прокаливаемость и незначительно изменять свой объем при закалке.  Рис. 45. Режимы термической обработки инструмента из быстрорежущей стали: а - с трехкратным отпуском; б - с обработкой холодом Штамповые стали, применяемые при изготовлении инструментов для обработки металлов давлением, делятся на два класса в зависимости от условий деформирования металла: в холодном или горячем состоянии. Стали для штампов холодного деформирования. К инструменту, деформирующему металл в холодном состоянии относятся вытяжные, вырезные, гибочные, формовочные, высадочные штампы, дыропробивные пуансоны, обрезные матрицы, ножи для резания материалов, волочильные доски, ролики для накатывания резьбы и др. Все штамповые стали для холодного деформирования являются высокоуглеродистыми, заэвтектоидными, а количество легирующих элементов определяется необходимой износостойкостью и прокаливаемостью стали. Для обработки малопрочных материалов используют стали У10, У11, У12. Более крупные и сложные по форме штампы, предназначенные для работы в более тяжелых условиях, изготавливают из легированных сталей повышенной прокаливаемости (X, ХВГ, 7ХГ2ВМ и др.). штампы из легированных сталей закаливают в масле, что предохраняет их от образования трещин и значительного изменения размеров. Для изготовления инструмента, который должен иметь высокую твердость и повышенную износостойкость, а также малую деформируемость при закалке (дыропрошивные матрицы и пуансоны, матрицы глубокой высадки листового металла, матрицы и пуансоны глубокой высадки вырубных и просечных штампов сложной конфигурации и др.), применяют стали высокой прокаливаемости и износостойкости Х12М, Х12Ф1,Х6ВФ. Для изготовления рабочих частей штампов широко используют металлокерамические твердые сплавы с более высокой твердостью, чем инструментальные стали (твердые сплавы группы ВК с содержанием кобальта не менее 15%). Стали для штампов горячего деформирования. К инструменту, деформирующему металл в горячем состоянии, относятся штампы для кузнечного производства, которые деформируют металл, предварительно нагретый до высоких температур (1000º...1150°С). В процессе работы штампы подвергаются воздействию сложных напряжений (сжатию, растяжению, изгибу) и истирающему действию горячего металла. Кроме того, при пластической деформации рабочая часть штампа значительно нагревается. Поэтому сталь для изготовления кузнечных штампов должна иметь высокие механические свойства (прочность, вязкость, износостойкость), не только при обычных, но и при повышенных температурах, т.е. быть теплостойкой. Теплостойкие стали применяют для изготовления тяжелонагруженного прессового инструмента, а также штампов для горизонтально-ковочных машин. Из них также изготовляют детали пресс-форм для литья под давлением магниевых, алюминиевых и медных сплавов. При кратковременном воздействии горячего металла на штамп используются стали 5ХГМ, 5ХНМ, 5ХНВ, 5ХНВС и др. все стали содержат одинаковое количество углерода 0,5-0,6%, что дает возможность получить требуемую твердость и прочность при достаточной вязкости. Из этих сталей изготавливают молотовые штампы, для которых характерны большие размеры и работающие со значительными ударными нагрузками при умеренном разогреве рабочих поверхностей (примерно до 400°С). Долговременное воздействие ударных нагрузок выдерживают стали 4Х2В5ФМ, 4ХЗВФ2М2, ЗХ2В8Ф и др. Твердые сплавы. Для изготовления твердых сплавов используют метод порошковой металлургии. Для этого порошки карбидов вольфрама (WC), титана (ТС) и тантала (ТаС) смешивают с кобальтом (Со), прессуют в формы и затем запекают при 1500…2000ºС. Применение твердых сплавов позволяет не только увеличить скорость обработки, но и значительно повысить износостойкость обрабатывающего и штампового инструмента. Износостойкость твердых металлокерамических сплавов увеличивается с ростом твердости и в 10-15 раз превышает значения, характерные для быстрорежущей стали. Сохраняется она до 800…1000ºС. Твердые сплавы делятся на три группы: одно-, двух-, и трехкарбидные. Однокарбидные твердые сплавы, которые содержат карбиды вольфрама, называют вольфрамокобальтовыми (группа ВК). В марках ВК2, ВК4, ВК6, ВК10 цифра показывает процентное содержание кобальта, остальное – карбид вольфрама. Сплавы этой группы наиболее прочные, с увеличением содержания кобальта сплавы повышают сопротивление ударным нагрузкам, одновременно снижается износостойкость. Сплавы ВК4, ВК6 рекомендуются для чернового точения, фрезерования, рассверливания, зенкерования при обработке чугуна, жаропрочных сплавов, цветных металлов и неметаллических материалов. Сплав ВК8 применяют для чернового точения и других видов черновой обработки, а также для волочения и калибровки труб, прутков и проволоки. Сплав ВК10 предназначается для изготовления быстроизнашивающихся деталей. Этот сплав характеризуется высокой эксплуатационной прочностью, но сравнительно низкой износостойкостью. Двухкарбидные твердые сплавы помимо группы ВК содержат еще карбиды титана, поэтому их называют титановольфрамокобальтовыми (группа ТВК). В марках Т5К10, Т15К6, Т30К4 цифры после буквы Т показывают процентное содержание карбидов титана, после К-содержание металлического кобальта, остальное-карбиды вольфрама. Эти сплавы менее прочны и более износостойки, чем сплавы первой группы. Титановольфрамовые сплавы применяют для чистового (Т30К4) и чернового (Т15К6, Т5К10) точения, фрезерования и строгания стали. Трехкарбидные твердые сплавы содержат еще и карбиды тантала и поэтому называются титанотанталовольфрамокобальтовыми (группа ТТК). В марках ТТ7К12, ТТ8К6, ТТ20К9 цифра перед К показывает суммарное процентное содержание карбидов титана и тантала, после К - содержание металлического кобальта, остальное - карбиды вольфрама. Сплавы обладают повышенной прочностью, износостойкостью и вязкостью. Состав (массовая доля основных компонентов, %) и твердость HRA некоторых твердых сплавов даны в табл. 13 . Титанотанталовольфрамокобальтовые сплавы применяют при черновой и чистовой обработке труднообрабатываемых материалов, в том числе жаропрочных сплавов и сталей. Разработаны твёрдые сплавы, не содержащиеся дефицитного вольфрама. Безвольфрамовые твердые сплавы на основе Ti + Ni + Mo – сплав ТН-20 (цифра показывает суммарное содержание Ni и Mo) и на основе карбонитрида титана Ti(NC) + Ni + Mo – KHT- 16. Никель и молибден образуют связывающую матрицу, применяются при получистовом и чистовом точении и фрезеровании сталей и цветных металлов. Порядок выполнения работы 1. Изучить виды инструментальных материалов. 2. Указать режимы термической обработки и проанализировать изменение структуры и механических свойств. 3. Привести примеры маркировки и области применения инстру- ментальных материалов, используя коллекцию металлорежущих инструментов. Таблица 13 Состав и твердость твердых сплавов
Контрольные вопросы и задания 1. Каковы достоинства и недостатки углеродистых инструмен- тальных сталей? 2. Назовите преимущества легированных сталей для режущего инструмента по сравнению с углеродистыми. 3. Укажите марки быстрорежущих сталей. 4. Каким образом достигается упрочнение быстрорежущих сталей? 5. Каким требованиям должна отвечать сталь для штампов дефор- мирования в холодном состоянии? Приведите примеры марок сталей. 6. Укажите стали для штампов горячего деформирования. 7. Что собой представляют твердые сплавы? 8. Назовите классификацию и назначение твердых сплавов. 9. Какие Вы знаете безвольфрамовые твердые сплавы? Работа № 10 Медные и антифрикционные сплавы Цель работы: изучение структуры, свойств, маркировки медных и антифрикционных сплавов и области их применения. Приборы и оборудование: коллекция изделий из медных и антифрикционных сплавов. Основные свойства меди. Медь – металл красного (светло-розового) цвета с плотностью 8,94 г/см3, имеющий кристаллическую решетку ГЦК, без полиморфных превращений и температурой плавления 1083º С. Широкое применение меди обусловлено рядом её ценных свойств и прежде всего высокой электро-и теплопроводностью. Медь принято считать эталоном электрической проводимости и теплопроводности по отношению к другим металлам. Медь обладает высокой пластичностью, хорошей коррозионной стойкостью, удовлетворительной жидкотекучестью. Медь и её сплавы хорошо обрабатываются давлением, свариваются всеми видами сварки и легко поддаются пайке. На поверхности меди образуется плотная оксидная плёнка, поэтому медь имеет высокую коррозионную стойкость в пресной и морской воде, в атмосферных условиях и различных химических средах (органических кислотах, едких щелочах). Однако медь не противостоит воздействию азотной и соляной кислот, концентрированной серной кислоты, аммиака. Недостатком меди является сравнительно плохая обрабатываемость резанием. Электрическая проводимость меди зависит от содержания примесей. При наличии даже небольшого количества примесей проводимость резко падает. При ГОСТ 859-78 в зависимости от содержания примесей различают следующие марки меди: М00 (99,99% Cu), М0 (99,97% Cu), М1 ( 99,9% Cu), М2 ( 99,7% Cu), М3 ( 99,5% Cu). Наиболее чистую медь марок М00, М0, М1, содержащую не более 0,1% примесей, применяют для проводников тока различных теплообменников. Медь остальных марок, более загрязнённая примесями, пригодна только для производства сплавов различного состава и качества (М3, М4). Наиболее часто встречающиеся в меди элементы подразделяют на две группы:
Механические свойства меди в большей степени зависят от её состояния и в меньшей от содержания примесей. В отожженном виде медь весьма пластична (δ = 50%, HB 50, σВ = 240 МПа). В деформированном состоянии (при наклёпке) пластичность меди понижается, но прочность повышается (δ = 2-5%, HB 120, σВ = 500 МПа). Исходные свойства меди восстанавливают путём отжига при температуре 600…700ºС. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||