Быстрорежущие инструментальные стали, термообработка, свойства, применение.

Сплавы на основе меди: классификация по структуре, влияние ЛЭ на мех.свойства.

Сохраняя положительные качества меди, ее сплавы обладают хорошими механическими, технологическими и антифрикционными свойствами. Для легирования используют: Zn, Sn, Al, Be, Si, Mn, Ni. Повышая прочность сплавов, ЛЭ практически не снижают, а некоторые из них (Zn, Sn, Al) увеличивают пластичность. Относ.удлинение однофазных сплавов 65%. По прочности ниже сталей. Временное сопротивление 300-500 МПа. По тех.свойствам: деформируемые и литейные; по способности упрочняться ТО: упрочняемые и неупрочняемые ТО; по хим.составу: латуни и бронзы. Маркируют по хим.составу, используя буквы для ЛЭ и числа для указания их массовых деталей. Алюминий – А, бериллий – Б, железо – Ж, кремний – К, медь – М, магний – Мг, мышьяк – Мш, никель – Н, олово – О, свинец – С, серебро – Ср, сурьма – Су, фосфор – Ф, цинк – Ц, цирконий – Цр, хром = Х, марганец – Мц. Латуни – Л. В деформируемых латунях, не содержащих кроме мели и цинка др.элементов, за Л – число – среднее содержание меди. В многокомпанентных – буквы (ЛЭ) и цифры (содержание меди и каждого ЛЭ) ЛАН59-3-2. В литейных – содержание цинка, а ЛЭ – за буквой, обозначающей его ЛЦ40Мц3А. Бронзы обозначают Бр, за которыми буквы и числа. В деформируемых – сначала буквы – ЛЭ, затем числа – их содержание (БрАЖ9-4). В литейных после буквы – цифра – содержание ЛЭ (БрО6Ц6С3).

Бронза бериллиевая: способ упрочнения, структура, свойства, применение.

Чрезвычайно высокие пределы упругости, временное сопротивление, твердость, коррозионная стойкость, сопротивление усталости, ползучести и износу. Двойные бериллиевые бронзы содержат 2-2,5% Ве. Они имеют структуру, состоящую из α-твердый раствора бериллия в меди и γ-фазы – электронного соединения CuBe с ОЦК решеткой. Концентрация α-твердого раствора уменьшается с понижением t. Это дает возможность подвергать бронзы упрочняющей ТО – закалке и искусственному старению. Временное сопротивление резко увеличивается в интервале 1,5-2% Ве. При большем содержании увеличивается незначительно, а пластичность становится низкой из-за большого количества твердой и хрупкой γ-фазы.Наибольшая пластичность при закалке 770-780 град. В закаленном состоянии хорошо деформируются. Пластическая деформация на 40% увеличивает временное сопротивление в 2 раза. Мех.свойства достигают очень высоких значения после закалки и старения. Упрочнение из-за распада пересыщенного α-твердого раствора с образованием метастабильной γ´-фазы, близкой к γ-фазе. Пласт.деформация и старение повышают временное сопротивление до 1400 МПа. Бериллиевые бронзы – теплостойкие, устойчиво работающие до 310-340 град. Имеют высокую тепло- и электропроводность. При ударах не искрят. Хорошо обрабатываются резанием, свариваются точечной и роликовой сваркой, но затруднена дуговая. Выпускают в виде полос, лент, проволоки и др. Получают фасонные отливки. Изготавливают: упругие элементы точных приборов, детали, работающие на износ, подшипники при высоких скоростях, больших давлениях и высоких температурах. Недостаток – высокая стоимость. Легирование Mg, Ni, Ti. Co уменьшает содержание бериллия без снижения мех.свойств.

Быстрорежущие инструментальные стали, термообработка, свойства, применение.

Высоколегированные стали для инструментов высокой производительности. Свойства: высокая теплоёмкость (вольфрам совместно с карбидообразующими элементами – молибденом, хромом, ванадием). Вольфрам и молибден связывают углерод в труднокоагулируемый при отпуске карбид и задерживают распад мартенсита. Выделение дисперсных карбидов (при t отпуска 500-600) влечет дисперсионное твердение мартенсита – явление вторичной твёрдости. Вторичную твёрдость и теплостойкость усиливают ванадий и вольфрам, кобальт теплостойкость. Быстрорежущие стали обозначают буквой Р, число после которой указывает на содержание вольфрама в процентах. Содержание ванадия и хрома не указывается. Молибден, кобальт и повышенное содержание ванадия маркируют буквами и числами содержания в процентах М, К и Ф. Группа сталей нормальной производительности: вольфрамовые и вольфрамомолибденовые, сохраняющие твёрдость 58 HRC до 620 град. Их теплостойкость одинакова, они отличаются мех. и тех.свойствами, обрабатываемостью давлением, шлифуемостью, вязкостью и прочностью. Группа сталей повышенной производительности: содержащие кобальт и повышенное содержание ванадия. Превосходят стали первой группы по теплостойкости, твердости и износостойкости, но уступают по прочности пластичности. Они предназначены для обработки высокопрочных, коррозионно-стойких и жаропрочных сталей с аустенитной структурой и других труднообрабатываемых материалов. По структуре после отжига – ледебуритные. В литом виде – ледебуритная эвтектика, устраняемая горячей деформацией путем измельчения первичных карбидов. При недостаточной проковке возникает карбидная ликвация – местное скопление карбидов в виде участков не разрушенной эвтектики. Она снижает стойкость инструмента и увеличивает его хрупкость. Деформированную сталь для снижения твердости подвергают изотермическому отжигу. Структура – сорбитообразный перлит, вторичные и крупные первичные карбиды. В карбидах содержится 80-95% (W+V) и 50% Cr. Остальная часть ЛЭ – в феррите. Высокие эксплуатационные свойства приобретаются поле закалки и трехкратного отпуска. Из-за низкой теплопроводности стали медленно нагревают с прогревами при 450 и 850 град., применяя соляные ванны для уменьшения окисления и обезугрероживания. Особенность – высокая t нагрева (для обеспечения теплостойкости) – получение после закалки высоколегированного мартенсита результате перехода в раствор максимального количества спец.карбидов. Степень легирования аустенита (мартенсита) увеличивается с повышением температуры нагрева. При 1300 град. Предельное насыщение аустенита в нем растворяется весь хром. Легирование идет при растворении вторичных карбидов, вторичные тормозят рост зерна аустенита, поэтому в t, близкой к tплав. мелкое зерно. По структуре после нормализации – мартенситные. Мелкие инструменты охлаждают на воздухе, крупные – в масле, сложной формы – ступенчатая закалка с выдержкой в горячих средах при 500-550 для уменьшения деформаций. После закалки твердость не максимальная из-за остаточного аустенита (30-40%), который вызван снижением t Мк ниже 0 град. Остаточный аустенит превращают в мартенсит при отпуске или обработке холодом. Отпуск 550-570 град. В процессе выдержки из мартенсита и ост. Аустенита выделяются дисперсные карбиды. Аустенит, обедняясь углеродом и ЛЭ, становится менее устойчивым и при охлаждении ниже Мн – мартенситное превращение. Однократного отпуска недостаточно для превращения всего ост. Аустенита. Применяют двух-, трехкратный с выдержкой 1 ч и охлаждением на воздухе. Аустенит снижается до 3-5%. Применение обработки холодом после закалки снижает цикл ТО. В конечном итоге структура – мартенсит отпуска и карбиды. Режущие свойства некоторых видов инструментов (фрезы) дополнительно улучшают созданием на неперетачиваемых поверхностях тонкого слоя (высокая твердость и износостойкость) нитридов или карбонитридов (газовое или ионное азотирование непродолжительное время при t, не превышающей t отпуска). Используют и др.способы. Деформированные быстрорежущие стали имеют карбидную неоднородность, отрицательно влияющую на эксплуатацию, способствующую выкрашиванию режущих кромок. Для устранения этого используют порошковую технологию изготовления б.с. Технология – распыление жидкой стали в азоте и горячее компактирование – высокая плотность и равномерное распределение дисперсных частиц карбидов. Инструмент из порошковых сталей также подвергают закалке и трехкратному отпуску. Отличие: закалка до t ниже на 20-30 град. t закалки.

62.Штампованные стали для холодного деформирования: требования, ТО, структура, свойства.

Требования: высокие твердость, износостойкость, прочность, удовлетворительная вязкость, теплостойкость, мин.объемные изменения при закалке. Низколегированные Х, 9ХС и углеродистые У10, У11 (твердый износостойкий слой и вязкая сердцевина для небольших ударных нагрузок) для вытяжных и высадочных штампов. Вытяжные штампы, подвергающиеся интенсивному износу без динамических нагрузок, после неполной закалки отпускают при 150-180 град на твердость 58-61 HRC. Высадочные штампы и пуансоны, работающие с ударными нагрузками, подвергают отпуску при 275-325 град. на твердость рабочей части 52-54 HRC. Высокохромистые стали Х12, Х12М обладают высокой износостойкостью и глубокой прокаливаемостью. Их применяют для изготовления крупных инструментов сложной формы. Близки к быстрорежущим: структура после отжига – ледебурит, после нормализации – мартенсит. Высокая износостойкость из-за карбидов хрома, сохраняющихся после закалки. Но это приводит к повышенной карбидной неоднородности, снижающей прочность и вязкость. Структура и свойства зависят от t закалки, т.к. с ее повышением увеличивается растворимость карбидов, след. концентрация углерода и хрома в аустените. Это приводит к резкому снижению интервалов температур мартенситного превращения. Изменение твердости стали Х12Ф1 характеризуется кривой с максимумом. Повышение твердости при нагреве до 1075 град. вызвано увеличением твердости мартенсита, ее снижение при закалке с более высокой t – интенсивным увеличением в структуре ост.аустенита (небольшие объемные изменения при закалке). Стали Х12Ф1 и Х12М закаливают на первичную и вторичную твердость. На первичную с более низких t (1020-1075 град), затем подвергают низкому отпуску (150-170 град), сохраняющему высокую твердость. Это обеспечивает наибольшую прочность при низкой теплостойкости и нужно для большинства роликов и штампов. Закалка на вторичную твердость для повышения теплостойкости, с более высоких t (1100-1170 град). Она приводит к пониженной твердости из-за ост.аустенита. Твердость повышают 4-6-кратным отпуском при 500-580 град. в результате превращения ост.аустенита и выделения дисперсных карбидов. Теплостойкость увелиначивается до 500 град., но из-за укрупнения зерна снижаются прочность и вязкость. Для штампов при повышенном нагреве без больших нагрузок. Сталь Х6ВФ содержит меньше С и Cr и обладает меньшей карбидной неоднородностью. Превосходит высокохромистые стали по прочности вязкости, более пригодна для штампов с тонкой гравюрой и резьбонакатных роликов. При закалке более склонна к росту зерна, поэтому обработка только на первичную твердость. Хромокремнистые стали 4ХС, 6Хси доп. Легированные вольфрамом 4ХВ2С – повышенной вязкости для ударных нагрузок (зубила). Повышение вязкости достигается снижением углерода и увеличением t отпуска. Сталь 4ХС отпускают на 52-55 HRC при t 240-270 град. (ниже tплав отпускной хрупкости первого рода). Стали с вольфрамом, нечувствительные к отпускной хрупкости второго рода, подвергают отпуску в более широком интервале t: 200-250 град. или 430-470 град. Из-за сохранения мелкого зерна имеют большую вязкость и нужны для повышенных ударных нагрузок.

63.Штампованные стали для горячего деформирования: требования, ТО, структура, свойства.

Требования: прочность, износостойкость, вязкость, прокаливаемость, теплостойкость, окаливаемость и разгаростойкость (устойчивость к трещинам из-за объемных изменений в поверхности при резкой смене t – обеспечивается снижением углерода, которое повышает пластичность, вязкость, уменьшает разогрев поверхности и термонапряжения в нем). Применяют легированные стали с 0,3-0,6% С, которые после закалки подвергают отпуску при 550-680 град. на троостит или троостосорбит. Для молотовых штампов – низколегированные стали высокой прокаливаемости с повышенной ударной вязкостью и разгаростойкостью. Сожержат молибден, вольфрам – для предупреждения отпускной хрупкости второго рода, которую нельзя устранить в больших сечениях быстрым охлаждением. 5ХНМ, 5ХГМ, 5ХНВС. ТО: после изотермического отжига и механической обработки их нагревают под закалку до 820-880 град., применяя засыпки и обмазки для предохранения от окисления и обезуглероживания, время 20-25 ч. Для снижения термонапряжений небольшие штампы охлаждают на воздухе, остальные после подстуживания до 750-780 град. – в масле по способу прерывистой закалки. Неостывшие переносят в печь для отпуска. Небольшие штампы, где металл быстро подстывает и упрочняется, отпускают при 480-520 град., добиваясь повышенной твердости и износостойкости. Форму нарезают до ТО. Средние штампы, где для деформирования более крупных заготовок требуются большие ударные нагрузки, отпускают при 520-540 град. на более низкую твердость. Схема: механообработка, закалка, отпуск, чистовая доводка. Крупные штампы с повышенной вязкостью отпускают при 540-580 град. Форму нарезают после ТО. Стали для штампов ГКМ и прессов нужны теплостойкость и разгаростойкость. При тяжелых условиях работы применяют комплексно-легированные стали 3Х2В8Ф, сходные с быстрорежущими. Сожержат меньше избыточных карбидов и являются заэвтектоидными. Для повышения теплостойкости закаливают с высоких t (1025-1125 град.). Отпуск 500-580 град. вызывает дисперсионное твердение мартенсита и вторичную твердость. Для повышения вязкости – отпуск 600-650 град на троостит. Стали с повышенным вольфрамом (4ЧХ2В5МФ) – с повышенной теплостойкостью. Они сохраняют твердость и предел текучести. Для тяжелонагруженных инструментов с разогревом поверхности до 700 град. Стали 4Х5МФС с небольшим содержанием вольфрама – с повышенной разгаростойкостью из-за высокой вязкости. Теплостойки до 600 град. Хром придает окалиностойкость и износостойкость при нагреве. Для инструментов с высокой устойчивостью к резкой смене t, для высокоскоростной штамповки.