Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Выполнил: Красса С.А.
гр. МТ-01-5
Проверил: Трофимова Г.А.
Москва 2003г.
Задание: назначить режим термической обработки (температуру закалки, охлаждающую среду и температуру отпуска) метчиков и плашек из стали У10. Описать сущность происходящих процессов, превращений, структуру, твердость инструмента после термообработки.
Метчик - инструмент для нарезания внутренней резьбы - цилиндрический валик с режущими кромками на конце . Различают ручные и машинные метчики .
Плашка (круглая нарезная) - инструмент для нарезания (накатывания) наружной резьбы вручную или на станках . Нарезные плашки бывают круглые (лерки) , раздвижные (призматические) . Накатные плашки состоят из 2-х прямоугольных призм или роликов , рабочие части которых имеют профиль , противоположный профилю резьбы1 .
В зависимости от области применения , метчики и плашки изготавливают из инструментальной углеродистой и быстрорежущей стали . Для изготовления ручных метчиков и плашек обычно применяют углеродистую (легированную) инструментальную сталь .
Метчики и плашки ручные применяют для нарезания внутренней и внешней резьбы вручную , поэтому принимаем скорость резания незначительно малой . При малых скоростях резания не происходит перегрев режущего инструмента , что очень существенно при выборе марки стали .
Требования, предъявляемые к материалам изделий : высокая твёрдость , износостойкость, прочность .
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 :
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 :
Маркируются инструментальные углеродистые стали буквой “У” , следующая за буквой цифра обозначает среднее содержание углерода в десятых долях процента .
Термической обработкой называется нагрев сплава до определенной температуры, выдержка его при данной температуре и последующее охлаждение с заданной скоростью. Целью термической обработки является получение заданных свойств сплава путем изменения его структуры без изменения формы и состава. Термической обработкой можно изменять свойства сплавов в самых различных целях. Основными видами термической обработки, различно изменяющими структуру и свойства стали и назначаемыми в зависимости от требований, предъявляемых полуфабрикатом (отливкам, поковкам, прокату и т.д.) и готовым изделиям, является отжиг, нормализация, закалка и отпуск.
Закалка – термическая обработка – заключается в нагреве стали до температуры выше критической (Ас3, т.к. сталь У9A относится к эвтектоидным), в выдержке и последующем охлаждении со скоростью, превышающей критическую. Закалка не является окончательной операцией термической обработки. Чтобы уменьшить хрупкость и напряжения, вызванные закалкой, и получить требуемые механические свойства, сталь после закалки обязательно подвергают отпуску.
Отпуск – нагрев закалённой стали ниже Ас1
Инструментальную сталь в основном подвергают закалке и отпуску для повышения твердости, износостойкости и прочности.
Выбор температуры закалки
Эвтектоидные стали под закалку нагревают несколько выше температуры точки Ас3. При таком нагреве образуется аустенит при сохранении некоторого количества цементита. После охлаждения структура стали состоит из мартенсита и нерастворимых частиц карбидов, обладающих высокой твердостью. Верхний предел температуры закалки для большинства заэвтектоидных сталей ограничивают, т.к. чрезмерное повышение температуры выше точки А1 связано с ростом зерна, что приводит к снижению прочности и сопротивления хрупкому разрушению. Поэтому интервал колебания температур закалки большинства сталей невелик (15-20 С). Закалка от температур выше точки Аст снижает твердость стали за счет увеличения количества остаточного аустенита.
Ступенчатая закалка
При ступенчатой закалке изделия охлаждают в закалочной среде, имеющей температуру, более высокую, чем мартенситная точка для данной стали (т.е. сталь У10). Охлаждение и выдержка в этой среде должны обеспечить передачу температуры закалочной ванны всем точкам сечения закаливаемого изделия. Затем следует окончательное, обычно медленное охлаждение, во время которого, собственно, и происходит закалка, т.е. превращение аустенита в мартенсит. Этот способ дает закалку с минимальными внутренними напряжениями – термическими, т.к. охлаждение разбивается на два этапа и разновременность превращения в разных точках сечения уменьшается.
Однако применение ступенчатой закалки ограничено предельными размерами изделия, допускающими применение этого вида обработки. Горячее, а следовательно, медленно охлаждающее среды не всегда позволяет достигнуть критической скорости закалки для более или менее крупных сечений.
Таким образом, применять ступенчатую закалку целесообразно для изделий ограниченного размера, изготовляемых из углеродистых сталей, закаливающихся в воде.
Температура закаливающей воды может быть выше, но также и ниже мартенситной точки. В последнем случае ввиду более низкой температуры закаливающей среды она является более энергичным охладителем и тем самым позволяет применять ее для закалки изделия больших сечений.
При термической обработке различных углеродистых инструментальных сталей (точка М = 200-250 С) температуру закаливающей воды выбирают около 250 С (в смеси азотнокислых солей), но чаще около 120-150 С (щелочи или смеси азотистокислых солей) или даже около 100 С (50% раствора NaOH в воде). Охлаждение в средах с температурой 100-150 С, т.е. имеющих температуру ниже мартенситной точки, вряд ли можно назвать ступенчатой закалкой: в этом случае по выдаче из закалочной среды превращение аустенита в мартенсит произошло уже в значительной степени, что и отличает ее от собственно ступенчатой закалки, где превращение происходит после выдачи детали из закалочной среды.
Это обстоятельство создает одно технологическое удобство. Т.к. в момент превращения сталь обладает большой податливостью (предел текучести равен нулю), то возможны рихтовка и правка изделий.
Такой метод правки (рихтовки) изделий в момент превращения широко практикуется, особенно в инструментальном деле. При температуре же закалочной среды ниже мартенситной точки это важное технологическое преимущество ступенчатой закалки не может быть использовано в полной мере, т.к. после выдачи из закалочной ванны аустенит уже частично превратился в мартенсит. Однако более широкий диапазон сечений (для углеродистых инструментальных сталей до диаметра 10-15 мм) при отсутствии значительных напряжений и брака по закалочным трещинам обеспечил широкое применение и этого вида ступенчатой закалки.
Практика закалки инструмента из углеродистой стали показала, что для большинства видов инструмента ступенчатая закалка по первому варианту, т.е. с выдачей из ванны стали в аустенитном состоянии, возможна для инструмента диаметром (толщины) до
8- 10 мм. Закалка по второму варианту, т.е. в соляной ванне с температурой 160-170 С с получением при выдаче из ванны аустенито-мартенситной структуры, возможна для деталей диаметром до 10-15 мм. Эти цифры соответствуют закалке в щелочи (КОН + NaOH) или селитре с добавкой воды (порядка 3-5%).
Теперь рассмотрим механизм действия закалочных сред (вода, масло). В момент погружения изделия в закалочную среду вокруг него образуется пленка перегретого пара, охлаждение происходит через слой этой паровой рубашки, т.е. относительно медленно. Когда температура поверхности достигает некоторого значения (определяемого составом закаливающей жидкости), при котором паровая рубашка разрывается, то жидкость начинает кипеть на поверхности детали, и охлаждение происходит быстро.
Первый этап относительно медленного охлаждения называется стадией пленочного кипения, второй этап быстрого охлаждения - стадией пузырчатого кипения. Когда температура поверхности металла ниже температуры кипения жидкости (при охлаждении в воде – ниже 100 С), жидкость кипеть уже не будет, и охлаждение замедлится. Этот третий этап охлаждения носит название стадии конвективного теплообмена.
Закалочная жидкость охлаждает тем интенсивнее, чем шире интервал второго этапа пузырчатого кипения, т.е. чем выше температура перехода от первой стадии охлаждения ко второй и чем ниже температура перехода о второй стадии к третьей.
Низкотемпературный (низкий) отпуск
Низкий отпуск проводят при нагреве до 250 С. При этом снижаются закалочные микронапряжения, мартенсит закалки переводится в отпущенный мартенсит, повышается прочность и немного улучшается вязкость без заметного снижения твердости. Закаленная сталь (0,6-1,3% С) после низкого отпуска сохраняет твердость 58-63 HRC, а следовательно высокую износостойкость. Однако такое изделие (если оно не имеет вязкой сердцевины) не выдерживает значительных динамических нагрузок.
Низкотемпературному отпуску подвергают режущий и мерительный инструмент из углеродистых и низколегированных сталей, а также детали, претерпевшие поверхностную закалку. Продолжительность отпуска составляет обычно 1-2,5 часа, а для изделий больших сечений и измерительных инструментов назначают более длительный отпуск.
Вывод
Сталь У10 для метчиков и плашек после ступенчатой закалки и низкого отпуска должна иметь высокую твердость в режущей кромке (HRC 62-68), значительно превышающую твердость обрабатываемого материала; высокую износостойкость, необходимую для сохранения размеров и формы режущей кромки при резании; достаточную прочность при некоторой вязкости для предупреждения поломки инструмента в процессе работы и теплостойкости, когда резание выполняется с повышенной скоростью.
Углеродистая инструментальная сталь У10 вследствие малой устойчивости переохлажденного аустенита имеет небольшую прокаливаемость, и поэтому эту сталь применяют для инструментов небольших размеров.
Для режущего инструмента обычно применяют заэвтектоидные стали (в данном случае метчики и плашки из стали У10), у которых после термической обработки структура – мартенсит и карбиды.
Углеродистые стали в исходном состоянии имеют структуру зернистого перлита, низкую твердость(HB 170-180) и хорошо обрабатываются резанием. Температура ступенчатой закалки углеродистой инструментальной стали У10 должна быть 760-780 С, т.е. несколько выше Ас1, но ниже Аст для того, чтобы в результате закалки стали получали мартенситную структуру и сохраняли мелкое зерно и нерастворенные частицы вторичного цементита. Закалку проводят в воде или водных растворах солей. Метчики и плашки из стали У10 для уменьшения деформации охлаждают в горячих средах (ступенчатая закалка).
Отпуск проводят при 150-170 С для сохранения высокой твердости (62-63 HRC).
Углеродистые стали можно использовать в качестве режущего инструмента только для резания материалов с малой скоростью, т.к. их высокая твердость сильно снижается при нагреве выше
190-200 С.
В результате назначенной термообработки - ступенчатая закалка при 170С в соляной ванне с последующим отпуском при 180С ( 230С для плашек ) и охлаждении изделия в воде - достигнуты следующие результаты :
Вывод : изделия из стали У10 , прошедшие термообработку , полностью соответствуют предъявляемым к ним требованиям ( высокая твёрдость , износостойкость , прочность ) .
|
Название изделия |
Материал |
Режим закалки |
Режим отпуска |
Получ твёрдость |
|
Метчик |
У10 |
нагр. до 760С с послед. |
170С , в воде |
62-63 HRc |
|
Плашка |
У10 |
зак. в КOH+KOH (160C) |
230C , в воде |
59-61 HRc |
Список литературы
Гуляев А.П., Металловедение; «Металлургия» М-1977г. -648 с.
Йех Я., Термическая обработка стали (справочник); «Металлургия», М-1979 г. -216 с.
Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П., Материаловедение; «Машиностроение», М-1980 г., -494 с.
Палей .М. М., Технология производства приспособлений, пресс-форм, и штампов, «Машиностроение», М-1979 г., -294 с.
Солнцев Ю.П., Пряхин Е.И., Войткун Ф., Материаловедение; «МИСИС», М-1999 г., -600 с.
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Выполнил: Красса С.А.
гр. МТ-01-5
Проверил: Кривошеев И.Б.
Москва 2003г.
1 Данные : “Советский энциклопедический словарь” .