30.05.2020
Все лоджии или балконы в старых домах нуждаются в переоборудовании и утеплении. Такие ремонтные работы начинаются с демонтажа...


30.05.2020
Профнастил – это универсальный строительный материал для ремонта крыши работ по разметке границ территории. Его можно применить...


30.05.2020
Металлические столбы для монтажа осветительных приборов применяют повсеместно. Но разные условия эксплуатации требуют применения...


30.05.2020
Удобство и рациональность должны быть основными характеристиками кухни. Ведь это помещение имеет первостепенное значение в доме....


30.05.2020
На сегодняшний день Кипр входит в число самых инвестиционно привлекательных стран для покупки недвижимости. В особенности, если...


29.05.2020
Вполне логично и всем понятно, что в каждой ванной есть полотенце, которое применяется после принятия душа или ванной. Для того,...


Химический состав и структура инструментальной стали

31.05.2018

По химическому составу действующие ОСТ устанавливают следующие классы стали, применяемой для изготовления инструмента:

1) Быстрорежущая сталь — химический состав стали марки РФ1 установлен OCT НКТП 4112, а химический состав стали марок ЭИ262 и ЭИ184 — техническими условиями завода «Электросталь», утвержденными НКЧМ (ом. табл. 2).

2) Легированная инструментальная сталь — химический состав различных марок этой стали установлен ОСТ 14958-39 (утвержден 31 октября 1939 г.), ГОСТ В-1550-42 (утвержден 30 апреля 1942 г.) и приведен в табл. 7.

3) Шарикоподшипниковая сталь, применяемая наряду с хромистыми марками X, Х09 и др., ее химический состав установлен ГОСТ 801-41 и приведен в табл. 8.

4) Инструментальная углеродистая сталь двух классов: а) качественная и б) высококачественная; последняя отличается от качественной повышенной чистотой по содержанию серы и фосфора и характеризуется поэтому меньшей склонностью к образованию трещин при закалке и к выкрашиванию при шлифовке. Кроме того, сталь с пониженным содержанием серы и фосфора лучше принимает протяжку в холодном состоянии. Для изготовления особо сложного инструмента и особенно стали серебрянки надо выбирать высококачественную сталь. Для обоих классов углеродистой инструментальной стали назначаются одинаковые режимы ковки и термической обработки (температуры нагрева, продолжительность выдержки и условия охлаждения). Поэтому в дальнейших главах при изложении этих режимов мы не разделяем инструментальную углеродистую сталь на отдельные классы.

Химический состав инструментальной углеродистой стали установлен ГОСТ В-1435-42 (утвержден 23 февраля 1942 г.) и приведен в табл. 9.







5) Качественная конструкционная углерод и- стая сталь: марки стали с низким- содержанием углерода (0,05—0,25%) применяются для цементуемого измерительного инструмента, а со средним содержанием углерода — для штампового и слесарно-кузнечного инструмента и для приспособлений (державок для резцов и т. п.).

Химический состав этих марок стали установлен ГОСТ В-1050-41; состав некоторых марок приведен в табл. 10.

6) Конструкционная легированная качественная сталь — некоторые марки этой стали применяются для цементуемого штампового инструмента (35Х, 40Х), для горячих штампов (35ХГС), прессформ (35ХМЮА), отдельных типов слесарно-кузнечного инструмента и ответственных приспособлений.

Химический состав этих марок стали установлен ОСТ НКТП 7124; состав некоторых марок приведен в табл. 11.


В табл. 12 указываются критические точки различных марок инструментальной стали по данным завода «Электросталь» и по данным наших исследований.

Марки стали, приведенные в табл. 2, 7—11, можно отнести по структуре к следующим трем группам:

1) ледебуритная сталь — к ней относятся все марки быстрорежущей стали и марки X12, Х12М и ХВ5;

2) заэвтектоидная и эвтектоидная сталь — к ней относится большая часть марок легированной инструментальной стали, а также марки углеродистой инструментальной стали У8—У13 и марки шарикоподшипниковой стали;

3) доэвтектоидная сталь, к которой относятся марки конструкционной легированной и углеродистой стали, марка У7 (углеродистая инструментальная сталь) и марки легированной инструментальной стали, применяемые для штампов: 5ХНМ, 5ХГМ, 4ХС, 4ХВС, 5ХВС, 5ХВГ. Таким образом все марки стали, применяемые для режущего и измерительного инструмента и для холодной штамповки (кроме цементуемых марок и стали 6ХВС, 5ХВГ 5ХГМ), относятся к группе ледебуритной и заэвтектоидной стали, а цементуемые марки и большая часть марок, применяемых для изготовления горячих штампов и приспособлений, — к доэвтектоидной стали.

Воздействие, оказываемое горячей механической и термической обработкой на структуру доэвтектоидной стали, значительно отличается от воздействия этой обработки на структуру заэвтектоидной и особенно ледебуритной стали.

Дендритная кристаллизация литого слитка доэвтектоидной стали разрушается ковкой или прокаткой даже при небольших обжатиях, а получение необходимой структуры и свойств достигается термической обработкой. Эта сталь обладает достаточно широким интервалом температур нагрева при закалке (50—70°).

Небольшой перегрев не ухудшает значительно ее механических свойств и может быть исправлен последующей термической обработкой, создающей перекристаллизацию стали (нормализация, закалка с нормальной температуры).

Заэвтектоидная и ледебуритная сталь содержит структурно свободные карбиды. В литой заэвтектоидной стали эти карбиды располагаются в виде сетки по границам зерен и отдельных скоплений, а в литой быстрорежущей стали и в стали Х12 и Х12М — в виде эвтектики, окружающей зерна и залегающей крупными включениями характерной «скелетообразной» формы. На фиг. 4 приведена микроструктура стали ХГ, имеющей карбидную сетку по границам крупных зерен, а на фиг. 5 — микроструктура литой быстрорежущей стали марки РФ1, содержащей ледебуритную эвтектику.

Твердые, но хрупкие карбиды при выделении их в форме сетки или эвтектики резко ухудшают режущие свойства стали, так как отдельные зерна металла оказываются заключенными в хрупкую оболочку. Выделение карбидов в виде крупных скоплений вызывает выкрашивание режущей кромки. Для улучшения структуры и свойств заэвтектоидной и ледебуритной стали необходимо уничтожение сетки, раздробление крупных карбидов и равномерное распределение их во всем объеме металла в виде мелких однородных включений.

Структурно свободный (вторичный) цементит заэвтектоидной углеродистой стали (марки У10—У13) можно перевести в раствор энергичной закалкой или нормализацией с высоким нагревом. Поэтому цементитную сетку, встречающуюся иногда в кованых или катаных прутках этой стали, можно устранить и исправить структуру способами термической обработки.

При введении хрома в высокоуглеродистую сталь устойчивость карбидов и количество их возрастают, и они полностью не переходят в раствор при нормальном нагреве при термической обработке. Если такая сталь содержит не более 1,0—1,2 % C и 1,5—1,7% Cr, то карбидную сетку в ней можно устранить высоким нагревом (880—925°) при нормализации, но карбидная неоднородность при этом не уничтожается. При более высоком содержании хрома карбидную сетку термической обработкой невозможно устранить.

Что же касается ледебуритной стали, то образующиеся в ней эвтектика и первичные карбиды выделяются из жидкой фазы и не могут быть переведены в раствор даже при самом энергичном нагреве при закалке.

Таким образом способами термической обработки нельзя значительно изменить и улучшить распределения карбидов в ледебуритной и, частично, в заэвтектоидной стали. Эту задачу надо выполнять энергичной горячей механической обработкой. Ковка и прокатка разрушают грубую карбидную и ледебуритную сетку и эвтектику и раздробляют карбиды. Однако воздействие горячей механической обработки на заэвтектоидную и ледебуритную сталь оказывается различным.

Заэвтектоидная сталь после правильно выполненной прокатки или ковки получает обычно удовлетворительную структуру с равномерно распределенными мелкими карбидами.

В ледебуритной стали энергичная ковка также приводит к раздроблению эвтектики. Однако первичные карбиды под воздействием вытяжки при ковке часто располагаются в виде цепочки или более крупных характерных «бус», залегающих вдоль направления вытяжки, сообщенной стали в процессе горячей механической обработки. Такое расположение карбидов, называемое карбидной «полосчатостью» или карбидной неоднородно стью, является значительным дефектом структуры быстрорежущей стали.

На фиг. 6 приведена микроструктура стали РФ1 с значительной карбидной неоднородностью, обнаруженной в прутке диаметром 50 мм. В стали ЭИ262, имеющей пониженное содержание вольфрама (8,5—10,0%), карбидная неоднородность несколько меньше, а в стали ЭИ184 — она значительна вследствие влияния высокого содержания хрома. На фиг. 7 приводится микроструктура стали ЭИ 184 в прутке диаметром 50 мм.

Наличие карбидной неоднородности в меньшей степени влияет на режущие свойства таких инструментов, как резцы, понижая их стойкость примерно на 5—10%, но очень заметно ухудшает качество фасонного режущего инструмента. Инструмент, имеющий значительную карбидную полосчатость или крупные скопления карбидов, приобретает повышенную склонность к образованию трещин при закалке, так как структура стали оказывается недостаточно однородной, и в участках выделения карбидов по границам зерен и по плоскостям спайности концентрируются дополнительные напряжения. Если крупные скопления карбидов находятся в тонкой режущей грани инструмента, то они вызывают преждевременный выход его из строя; стойкость инструмента понижается при этом в 2—3 раза, а число переточек сокращается. Твердые, но хрупкие крупные карбиды откалываются в работе и режущая грань в этих участках ломается, — это можно обнаружить по характерному выкрашиванию режущей грани. Если в инструменте, например, в резьбовой фрезе, выкрашивается режущая грань у одного зуба и инструмент не снимают немедленно со станка, то следующий зуб и вся нитка воспримут повышенную нагрузку, быстро истираются, и резьбовая фреза выходит из строя («садится»).
Химический состав и структура инструментальной стали

На фиг. 8 приведена микроструктура зуба такой фрезы, изготовленной из стали РФ1. Микроанализ показывает, что на режущей грани оказались крупные скопления карбидов, вызвавшие понижение стойкости фрезы.

Карбидная неоднородность более значительна в середине заготовки и, наоборот, меньше в поверхностных слоях. На фиг. 9 приведена микроструктура штанги стали РФ1 диаметром 70 мм; микрофотография фиг. 9, а показывает структуру на расстоянии 7 мм по диаметру от поверхности, а фиг. 9,б на расстоянии; 20 мм от поверхности штанг». ,Поэтому наличие в стали карбидной неоднородности еще более резко понижает стойкость инструмента, режущая грань которого находится не у поверхности, а ближе к сердцевине (например, плашки, фрезы с высоким зубом и т. д.) Инструмент, изготовленный из стали, имеющей структуру с мелкими и равномерно распределенными карбидами, обладает стойкостью, примерно в два раза более высокой.

Многие исследования показали, что карбидная полосчатость в стали РФ1 сохраняется даже после 12-кратного уменьшения поперечного сечения слитка при ковке или прокатке и наблюдается часто в прутках диаметром более 40—50 мм. При дальнейшем увеличении обжатия карбидная неоднородность уменьшается.

Поэтому при изготовлении заготовок быстрорежущей стали для ответственного и сложного фасонного инструмента диаметром более 40 мм необходимо применять специальный режим ковки, обеспечивающий получение однородной и удовлетворительной структуры.

Таким образом ковка и прокатка являются одной из решающих обработок в создании удовлетворительной структуры в ледебуритной, а также в заэвтектоидной стали; для получения высококачественного инструмента из быстрорежущей стали они являются такими же ответственными и необходимыми операциями, как и термическая обработка. Эту роль ковки надо подчеркнуть потому, что в технической литературе и, отчасти, в промышленности вопросу о воздействии горячей механической обработки на структуру быстрорежущей стали до сих пор не уделяется достаточного внимания.

Наконец, надо отметить следующие особенности обработки инструментальной стали:

1. Наряду с термической обработкой, закалкой и отпуском за последние годы получила широкое распространение специальная химико-термическая обработка инструмента: цианирование, хромирование и химическое травление. Опыт заводов показал, что эти дополнительные способы обработки позволяют повысить стойкость инструмента примерно в 1.5—3 раза. Поэтому химикотермическую обработку надо в настоящее время предусматривать в планировке каждого инструментально-термического цеха на заводе в качестве необходимой части всего цикла тепловой обработки инструментальной стали, а сдачу фасонного инструмента в эксплоатацию без хромирования или цианирования — как нарушение технологического процесса.

2. Рациональное использование быстрорежущей и легированной стали требует применения составного инструмента, в котором из быстрорежущей или высоколегированной стали изготовляется только его режущая часть, а остальное тело инструмента, непосредственно не участвующее в процессе резания, изготовляется из более дешевой углеродистой стали. Для этой цели сталь должна пройти ряд дополнительных тепловых обработок, например, нагрев для наварки резцов сварочными порошками, нагрев и специальный отжиг при стыковой сварке и т. д.

Таким образом нормальный цикл тепловой обработки инструментальной стали должен предусматривать:

1) рациональную технологию ковки заготовок;

2) технологию изготовления составного инструмента;

3) термическую обработку заготовок и инструмента;

4) химико-термическую обработку инструмента.

Горячая механическая и термическая обработка инструментальной стали является сложной и дорогой операцией. Однако высокая стоимость инструмента, являющегося одним из наиболее дорогих изделий, окупает применение такой усложненной обработки, позволяющей повысить срок его службы в несколько раз.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий:
Информационный некоммерческий ресурс fccland.ru © 2020
При цитировании и использовании любых материалов ссылка на сайт обязательна