Тема 6. Конструкционные и инструментальные стали.

Классификация и назначение конструкционных сталей. Углеродистые качественные и обыкновенного качества стали. Легированные конструкционные стали. Цементуемые и улучшаемые стали, их свойства и применение. Рессорно-пружинные и шарико - подшипниковые стали. Стали повышенной обрабатываемости резанием. Стали для зубчатых колес, валов, деталей ходовой части и тормозной системы. Высоколегированные коррозионностойкие, жаропрочные и окалиностойкие стали.

Классификация и маркировка инструментальных сталей. Стали для режущего, штампового, медицинского и измерительного инструмента. Твердые сплавы, их свойства и назначение. Термическая обработка инструмента. Выбор марок сталей для инструмента с учетом условий эксплуатации.

Методические указания.

Конструкционные стали – это сплавы предназначенные для изготовления деталей машин и изделий строительной индустрии. Кроме того, к этой группе относятся и стали со специальными свойствами – износостойкие, коррозионно-стойкие, жаропрочные, пружинные и т.д.

Углеродистые стали обыкновенного качества изготавливают марок Ст.0, Ст.1,¸ Ст.6. в соответствии с ГОСТ 380-71. Такие стали, в основном, применяют в строительстве, так как они обладают хорошей свариваемостью и достаточной прочностью.

Качественные углеродистые (ГОСТ 1050-74) и легированные (ГОСТ 4543-71) стали, применяют в машиностроении и других видах промышленности. Стали этого класса подвергают термической и химико-термической обработке для придания изделиям требуемых физико-механических свойств. Наличие легирующих элементов (до10%) в стали, обеспечивает высокие показатели прочности и пластичности и дает возможность их применения для высоконагруженных деталей машин. Высоколегированные стали (содержание легирующих элементов более 10%) имеют специальное назначение – коррозионно-стойкие, окалиностойкие, немагнитные и т.д.

Для улучшения обрабатываемости резанием в сталь дополнительно вводят серу, селен, свинец и кальций. Содержание серы и свинца до 0,3%, селена и кальция до 0,05% позволяет повысить стойкость режущего инструмента в 2 раза, но их наличие снижают свойства стали. Поэтому применение таких сталей не рекомендуется для деталей работающих в сложно - напряженном состоянии.

Повышение устойчивости стали против коррозии, достигается за счет введения в нее хрома, который образует плотную окисную пленку на поверхности типа Cr₂O₃. К этой группе относятся стали с содержанием хрома более 12%.

Инструментальные стали имеют высокую твердость, износостойкость и прочность. Они используются для режущего инструмента, штампов холодного и горячего деформирования, измерительных инструментов различных размеров и форм. Стали для режущего и штампового инструмента должны обладать теплостойкостью, то есть сохранять высокую твердость и прочность при нагреве до высоких температур. В связи с этим различают нетеплостойкие, полутеплостойкие и теплостойкие стали. Для инструмента подвергаемого нагреву до 200^оС в эксплуатации применяют углеродистые, и низколегированные марки стали – У8, У10, У13, 9ХС, 11Х и т.д.

Полутеплостойкие стали, преимущественно используют для штампов горячего деформирования, рабочая кромка которого нагревается до 400-500^ОС. Это стали легированные хромом, молибденом, вольфрамом и ванадием типа 4Х5МФС, 3Х3ВМФ, 5ХНМ, 5ХНВ и т.д.

При нагреве инструмента в процессе работы до 600-800^оС для его изготовления рекомендуются быстрорежущие стали типа Р9, Р18, Р6М5К5 и др. Главный легирующий элемент таких сталей – вольфрам, который образует стойкий карбид.

Свойства инструментальных сталей достигаются за счет термической обработки закалки и отпуска.

Литература: [1, 252-313; 3, 364-508; 6, 73-135; 6, 143-174].

Вопросы для самопроверки.

1. Можно ли кипящую сталь применять для изделий работающих при температурах ниже –40^оС?

2. Чем объяснить хорошую обрабатываемость резанием стали легированной S, Pb,Ca?

3. Каким требованиям должна обладать сталь для холодной штамповки?

4. Какую термическую обработку проходят стали 40ХН, 40Х, 38ХМЮА, 42ХМФА?

5. Какие стали, применяют для работы в окислительных и других агрессивных средах?

6. Назовите марки сталей для пружин, рессор и подшипников? Каким видам термической обработки они подвергаются?

7. Какие достоинства и недостатки имеют углеродистые стали для режущего инструмента?

8. Укажите, стали для штампов холодного и горячего деформирования. Рассмотрите термическую обработку и получаемые свойства этими сталями.

9. Какие требования предъявляются к сталям для измерительного инструмента и укажите пути достижения стабильности структуры и свойств при эксплуатации?