Выбор марки стали. выбор марки стали. Занятие выбор марки материала и режима термической обработки для конкретных деталей. Обоснование выбранной термической обработки
 Скачать 86.89 Kb.
|
|
Методические указания Практическое занятие 2 аналогично первому по методике выбора стали для конкретных деталей. Легированные стали после термической обработки (закалки и отпуска) обладают лучшими механическими свойствами, которые сравнительно мало отличаются от механических свойств углеродистой стали в изделиях малых сечений, а в изделиях крупных сечений (Диаметром свыше 15—20 мм) механические свойства легированных сталей значительно выше, чем углеродистых. Особенно сильно повышаются предел текучести, относительное сужение и удельная вязкость. Это объясняется тем, что легированные стали обладают меньшей критической скоростью закалки, а следовательно, лучшей прокаливаемостью. Из-за большей прокаливаемости и меньшей критической скорости закалки замена углеродистой стали легированной позволяет производить закалку деталей в менее резких охладителях (масло, воздух), что уменьшает деформации изделий и опасность образования трещин. Поэтому легированные стали применяют не только для крупных изделий, но и для изделий небольшого сечения, имеющих сложную форму. Чем выше в стали концентрация легирующих элементов, тем выше ее прокаливаемость. Инструментальные стали, как имеющие высокие твердость, износостойкость и прочность, используют для режущих инструментов, штампов холодного и горячего деформирования, измерительных инструментов, различных размеров и форм. Для характеристики и выбора инструментальных сталей следует учитывать прежде всего главное свойство этих сталей — теплостойкость, поскольку рабочая кромка инструментов в зависимости от условий эксплуатации может нагреваться до температуры 500—700°С у режущих инструментов и до 800°С — у штампов. Стали для резания или горячего деформирования должны сохранять при нагреве высокие твердость, прочность и износостойкость, т. е. обладать теплостойкостью (красностойкостью). Это свойство создается легированием и термической обработкой. В связи с этим стали различают: нетеплостойкие, сохраняющие высокую твердость (HRC 60) при нагреве не выше 190—225°С и используемые для резания мягких металлов с небольшой скоростью, а также для деформйрования в холодном состоянии. Это углеродистые и легированные стали (с относительно невысоким содержанием легирующих элементов). Карбидная фаза их — цемент; полутеплостойкие, преимущественно штамповые, рабочая кромка которых нагревается до 400—50Q°C. Это стали, легированные хромом и дополнительно вольфрамом, молибденом и ванадием. Карбидные фазы — легированный цементит и карбид хрома; теплостойкие для резания с повышенной скоростью. Нагрев рабочей кромки до 500—650°С (быстрорежущие стали); штамповка стали при повышенном нагреве до 600—800°С. Основная карбидная фаза — карбид вольфрама (молибдена). Твердость HRC 60—62 у быстрорежущих сталей после нагрева до 600—680°С и HRC 45—52 у штампо- вых — 650— 700° С. При решении задач рекомендуется использовать учебные пособия, ГОСТы, справочники. Для получения навыков в выборе легированной стали в зависимости от условий их работы приводится примерное решение задачи. Задачи по выбору марки легированной стали в зависимости от условий их работы 1. Щеки и шары машин для дробления руды и камней работают в условиях повышенного износа, сопровождаемого ударами. Подберите сталь для изготовления щек и шаров, укажите ее химический состав и свойства. 2. Лопатки реактивных и турбореактивных двигателей работают в окислительной среде при высоких температурах (800—900°С). Металл должен обладать повышенной коррозионной стойкостью и прочностью при указанной температуре. Подберите металл и сплав, укажите его состав и свойства. 3.Рессоры грузового автомобиля изготовляют из качественной легированной стали; толщина рессоры до 10 мм. Сталь должна обладать высокими пределами прочности, выносливости и упругости. Подберите сталь, укажите ее состав и свойства в зависимости от термической обработки. 4.Сталь, применяемая для пароперегревателей котлов высокого давления, должна сохранять повышенные механические свойства при длительных нагрузках при температурах 500°С и иметь достаточно высокую пластичность для возможности выполнения холодной деформации (гибки, завальцовки и т.п.) при сборке котла Подберите сталь, укажите ее состав и механические свойства при комнатной и повышенной температурах. 5. Детали приборов и оборудования, которые устанавливают на морских судах, должны быть устойчивыми не только против действия воды, водяных паров и атмосферы воздуха, но и более сильного корродирующего действия морской воды. Подберите сталь, укажите химический состав и механические свойства. 6. Крупные пневматические долота, применяемые при разработке горных пород, обладают относительно высокой твердостью и износостойкостью, но вместе с тем должны иметь достаточную вязкость, так как они испытывают в работе ударные нагрузки. Подберите легированную сталь, укажите химический состав и режим термической обработки. 7. Завод выполняет токарную обработку чугунных и стальных деталей с большой скоростью резания. Выберите сплавы для резцов, обеспечивающие высокую производительность обработки стали и чугуна. Приведите химический состав, структуру, твердость, прочность и теплостойкость и способ изготовления этих сплавов и сравните их с аналогичными характеристиками быстрорежущей стали. 8. Подберите сталь для червячных фрез, обрабатывающих конструкционные стали твердостью НВ 230. Объясните причины, по которым для этого назначения нецелесообразно использовать углеродистую инструментальную сталь У12 с высокой твердостью (HRC 63-64) Укажите режимы термической обработки фрез из выбранной легированной стали. 9. Получение заготовок горячей деформации является производительным способом обработки. Выберите марку стали для изготовления крупного молотового штампа; рекомендуйте режим термической обработки штампа, укажите микроструктуру и механические свойства после отпуска. Объясните, почему подобные штампы не следует изготовлять из углеродистой стали. 10. Пружины приборов при нагреве даже в области критических температур могут изменять свои характеристики в связи с изменением модуля упругости. Это снижает точность работы приборов. Подберите сталь для изготовления пружин, модуль упругости которого не изменяется при температурах до -220С. Укажите режим упрочнения стали. 11. Выберите марку стали для изготовления насосно-компрессорных труб. Металл должен обладать коррозионной стойкостью, прочностью. Укажите его состав и механические свойства. 12. Выбрать сталь для изготовления рабочих колес центробежного насоса. Указать механические свойства и обосновать выбор. 13. Выбрать сталь для изготовления пружин, работающих в агрессивной среде. Указать механические свойства, обосновать выбор данной марки. 14. Выбрать сталь для изготовления хирургического скальпеля. Указать механические свойства, химический состав и обосновать выбор. 15. Выберите марку стали для изготовления кулачковой муфты. Кулачки, муфты должны обладать высокой твердостью, износостойкостью поверхностей и общей прочностью. Указать механические свойства, химический состав выбранной марки, дать обосновани Пример решения типовой задачи по выбору марки легированной стали З а д а ч а. Подберите легированную инструментальную сталь повышенной теплостойкости, пригодную для решения жаропрочных сталей, уважите ее марку и химический состав, термическую обработку и микро- структуру в готовом инструменте. Сопоставьте теплостойкость стали Р12 и выбранной стали. Решение. При резании сталей и сплавов с аустенитной структурой (нержавеющих, жаропрочных и др.), получающих все более широкое применение в промышленности, стойкость инструментов и предельная скорость резания могут сильно снижаться по сравнению с получаемыми при резании обычных конструкционных сталей и чугунов с относительно невысокой твердостью (до НВ 220—250). Это связано главным образом с тем, что теплопроводность аустенитных сплавов пониженная. Вследствие этого теплота, выделяющаяся при резании, лишь в небольшой степени поглощается сходящей стружкой и деталью и в основном воспринимается режущей кромкой. Кроме того, эти сплавы сильно упрочняются под режущей кромкой в процессе резания, из-за чего заметно возрастают усилия резания. Для резания подобных материалов, называемых труднообрабатываемые, малопригодны быстрорежущие стали умеренной теплостойкости типа Р12, сохраняющие высокую твердость (HRC 60) и мартенситную структуру после нагрева не выше 615—620 "С. Химический состав сталей, %
Для обработки аустенитных сплавов необходимо выбирать быстрорежущие стали повышенной теплостойкости, а именно кобальтовые стали сохраняют твердость HRC 60 после более высокого нагрева до 640—645°С. Кроме того, кобальт заметно повышает теплостойкость быстрорежущей стали, а следовательно, снижает температуру режущей кромки из-за лучшего отвода тепла в тело инструмента. Стали с кобальтом имеют высокую твердость — до 68. Для сверл и фрез, применяемых для резания аустенитных сплавов, рекомендуются кобальтовые сплавы марок Р12Ф4К5 или Р8МЗК6С. Термическая обработка кобальтовых сталей принципиально не отличается от обработки других быстрорежущих сталей. Закалка до 1240-1250°С (Р13Ф4К5) и 1210-1220°С (Р8М3К6С), что необходимо для растворения большого количества карбидов и насыщения аустенита (мартенсита) легирующими элементами. Более высокий нагрев недопустим: он вызывает рост зерна, что снижает прочность и вязкость. Структура после закалки: мартенсит, остаточный аустенит (15-30%) и избыточные карбиды, не растворяющиеся при нагреве и задерживающие рост зерна. Твердость HRC 60-62. Затем инструменты отпускают при 550-560°С ( 3 раза по 60 минут). Отпуск: а) вызывает выделение дисперсных карбидов мартенсита, что повышает твердость до HRC66-69 б) превращает мягкую составляющую- остаточный аустенит в мартенсит в) снимает напряжения, вызываемые мартенситным превращением. После отпуска инструмент шлифуют, а затем подвергают цианированию, чаще всего жидкому с выдержкой 15-30 минут в зависимости от сечения инструмента. Твердость цианирования слоя на глубину 0,02-0,03мм достигает HRC69-70. Цианирование повышает стойкость инструмента на 50-80%. После цианирования возможен кратковременный нагрев при 450-500°С с охлаждением в масле, поверхность инструмента приобретает синий цвет и несколько улучшает стойкость против воздушной коррозии. Вопросы для самопроверки: Легированные стали, Дать определение. Влияние легирующих элементов на свойства стали. Классификация легированных сталей по назначению. Расшифровать марки сталей: Р6М5Ф2К8 12Х18Н12Т ШХ20СГ 50ХГФА Н18К9М5Т Особенности термической обработки легированных сталей. Прокаливаемость. Дать определение. Закаливаемость. Дать определение. Практическое занятие 3. ВЫБОР МАРКИ СПЛАВА ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ ДЛЯ КОНКРЕТНЫХ ДЕТАЛЕЙ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ УСЛОВИЙ РАБОТЫ Ц е л ь з а н я т и я: приобрести навык в работе со справочной литературой по выбору сплава цветных металлов в зависимости от условий их работы. З а д а н и е: Согласно задания своего варианта :1)изучить условия заботы заданной детали и требования, предъявляемые к ней; 2)выбрать сплав цветных металлов для изготовления заданной детали, изучить ее химический состав и механические свойства; 3)дать обоснование выбора сплава для заданной детали; 4)составить отчет о практическом занятии.
|