- •А. Н. Минков
- •Содержание
- •1 Конструкционная прочность и пути её повышения
- •1.1 Общие положения
- •1.2 Конструкционная прочность материалов
- •1.2.1 Общие положения
- •1.2.2 Механические свойства и способы их
- •1.3 Методы повышения конструкционной
- •1.4 Железоуглеродистые сплавы - основные
- •1.4.1 Общие положения
- •1.4.2 Углеродистые стали
- •1.4.3 Чугуны
- •2 Термическая обработка
- •2.1 Общие положения термической обработки
- •2.2 Превращения при нагревании и охлаждении стали
- •2.2.1 Образование аустенита при нагревании
- •2.2.2 Превращения аустенита при охлаждении
- •2.2.3 Превращения мартенсита при нагревании
- •2.3 Виды термической обработки
- •2.3.1 Отжиг
- •2.3.2 Закалка
- •Vкрит.- критическая скорость закалки
- •2.3.3 Отпуск
- •2.3.4 Дефекты термической обработки
- •2.4 Поверхностное упрочнение
- •2.4.1 Общие положения
- •2.4.2 Поверхностная закалка
- •2.4.2.1 Закалка с индукционным нагревом
- •2.4.2.3 Поверхностная закалка в электролитах
- •2.4.2.4 Закалка с нагревом лазерным лучом
- •2.4.3 Химико-термическая обработка (хто)
- •3 Легированные стали
- •3.1 Общие положения
- •Легированные стали можно классифицировать:
- •- По структуре в равновесном состоянии;
- •- По структуре образцов после охлаждения на воздухе;
- •- По назначению.
- •3.2 Конструкционные стали
- •3.2.1 Стали повышенной обрабатываемости
- •3.2.2 Низкоуглеродистые стали для цементации
- •3.2.3 Среднеуглеродистые стали для улучшения
- •3.2.4 Рессорно-пружинные стали
- •3.2.5 Подшипниковые стали
- •3.2.6 Высокопрочные стали
- •3.2.7 Износостойкие стали и сплавы
- •3.3 Инструментальные стали
- •3.3.1 Общие положения
- •3.3.2 Стали для режущего инструмента
- •3.3.2.1 Углеродистые и легированные инструментальные стали
- •3.3.2.2 Быстрорежущие стали
- •3.3.3 Штамповые стали
- •3.3.4 Стали для измерительных инструментов
- •3.4 Специальные стали
- •3.4.1 Коррозионностойкие (нержавеющие) стали
- •3.4.2 Жаростойкие стали и сплавы
- •3.4.3 Жаропрочные стали и сплавы
- •3.4.4 Магнитные стали и сплавы
- •4 Цветные металлы и сплавы
- •4.1 Алюминий и сплавы на его основе
- •4.1.1 Общая характеристика алюминия
- •4.1.2 Алюминиевые сплавы
- •4.2 Магний и сплавы на его основе
- •4.2.1 Общая характеристика магния и его сплавов
- •4.2.2 Деформируемые магниевые сплавы
- •4.2.3 Литейные магниевые сплавы
- •4.3 Титан и сплавы на его основе
- •4.3.1 Общая характеристика титана и его сплавов
- •4.3.2 Промышленные титановые сплавы
- •4.4 Бериллий и сплавы на его основе
- •4.4.1 Свойства бериллия
- •4.4.2 Бериллиевые сплавы
- •4.5 Медь и ее сплавы
- •4.5.1 Общая характеристика меди и её сплавов
- •4.5.2 Латуни
- •4.5.3 Бронзы
- •5 Неметаллические конструкционные материалы
- •5.1 Пластические массы
- •5.2 Стекло
- •5.2.1 Строение и состав неорганических стекол
- •5.2.2 Ситаллы
- •5.2.3 Органическое стекло
- •5.3 Древесина
- •Список литературы
- •Курс лекций по дисциплине
- •Для студентов механических специальностей
- •Часть 2 «Материаловедение»
3.3.3 Штамповые стали
В зависимости от температурных условий эксплуатации различают штамповые стали для деформации в холодном и горячем состояниях.
Для штампов холодной деформации основными требованиями являются: высокая твердость; износостойкость; прочность; сопротивление пластической деформации; повышенная вязкость (в случае наличия больших ударных нагрузок при эксплуатации).
Штампы для холодного деформирования. Для изготовления штампов небольшого сечения (до 20 мм) используют углеродистые стали, имеющие достаточную износостойкость и вязкость. Их твердость после закалки и отпуска должна быть 57…59 HRC.
Для изготовления более крупного инструмента, работающего в условиях динамических нагрузок, используют стали повышенной прокаливаемости (X, ХГС ХВГ) и стали с пониженным содержанием углерода (6ХС, 7ХФ). Их нагревают до температуры закалки АС1+20...30°C для заэвтектоидных и АС3+20..30°С для доэвтектоидных сталей. Охлаждение при закалке проводят в масле или через воду в масло, а также применяют ступенчатое охлаждение в расплавах солей и щелочей. Отпуск назначают при температурах 200...250°С (на твердость 53…58 HRC) и 430...470°С (на твердость 40…45 HRC).
Для интенсивного штампования используют инструменты из ледебуритных высокохромистых сталей типа X12, Х12МФ, Х6ВФ. Они являются полутеплостойкими и в их структуре после отжига присутствуют сорбитоподобный перлит, карбиды (Fe, Сr)7С3 и легированный цементит (Fe, Сr) 3С. Нагрев для закалки хромистых сталей проводят при температурах 1000°С и выше, чтобы растворить в аустените карбиды хрома.
Хромистые стали для получения большой твердости (61…63 HRC) и наибольших значений прочности и вязкости подвергают закалке на первичную твердость при 980…1020°С с отпуском при 150…200°С.
Для получения повышенной теплостойкости хромистые стали подвергают закалке на вторичную твердость при 1080…1100°С и многократному отпуску при 500…520°С. При этом получают твердость (50…60 HRC), а прочность и вязкость лишь немного ниже, чем после закалки на первичную твердость. Закалка на вторичную твердость рекомендуется для штампов, которые нагреваются во время работы (интенсивное штампование) или при их изготовлении требуется значительное шлифование.
Штампы для горячего деформирования. При их изготовлении стали дополнительно должны обеспечивать:
- высокую разгаростойкость (стойкость против образования трещин при многократном нагреве и охлаждении);
- высокую окалиностойкость;
- высокую теплопроводность для обеспечения отвода тепла от рабочей поверхности штампа;
- высокую прокаливаемость для обеспечения необходимых свойств по всему сечению крупногабаритного инструмента;
Для изготовления молотовых штампов, которые работают при незначительной длительности контакта с горячим металлом, используют хромоникелевые среднеуглеродистые стали 5ХНМ, 5ХНВ, 5ХГМ. Эти стали имеют высокую закаливаемость, прочность и вязкость после закалки с температуры 840…860°С и отпуска при 460…540°С. Твердость после отпуска составляет 40…45 HRC, а структура – сорбит или троостосорбит отпуска.
Для горячего прессования медных сплавов и для литья под давлением медных сплавов используют инструмент, изготовленный из стали с вольфрамом и повышенным количеством хрома (3Х2В8Ф). Она имеет повышенную теплостойкость до 650°С. Закалка осуществляется с температуры 1100оС с охлаждением в масле, отпуск при 620оС, получаемая твердость 42…45 HRC.
Более высокую разгаростойкость, окалиностойкость, вязкость и нечувствительность к масштабному фактору имеет сталь 4Х5В2ФС, которая применяется для изготовления пресс-форм для литья под давлением цинковых, алюминиевых и магниевых сплавов. Температуры закалки и отпуска, соответственно, 1030оС и 570оС, твердость – 47…49 НRС.
Для повышения работоспособности пресс-формы и штампы подвергают азотированию, нитроцементации и др. Азотирование повышает в 4-5 раз устойчивость стали против коррозионного действия жидких алюминиевых сплавов.