42 Наряду с высокоуглеродистыми сталями в качестве износостойких материалов используют белый чугун, твердые сплавы. Последние имеют исключительно высокую износостойкость.

Особую группу износостойких сталей составляют шарикоподшипниковые стали, имеющие около 1 % C и от 0,6 до 1,5 % Cr: ШХ6 (0,6 % C), ШХ9 (0,9 % C), ШХ15 (1,5 % C) и др.

В качестве износостойкого сплава используется и графитизированная сталь. Такая сталь имеет в своем составе повышенное содержание углерода (1,3…1,75 %) и кремния (1,3…1,75). Благодаря этому часть углерода в стали выделяется в виде графита.

Графитизированные стали применяется для изготовления штампов, калибров, валов.

Износостойкие материалы в условиях действия ударного изнашивания в абразивной струе. Типичными – деталями подвергающимися подобному износу, являются рабочие органидезинтеграторов (мельниц для дробления песка).

Наиболее износостойкими материалами в условиях ударного абразивного износа являются твердые сплавы типа ВК, состоящие из карбидов вольфрама и кобальта при содержании кобальта около 6 % (ВК6), но этот материал очень дорог. Более перспективными являются спеченные стали с карбидным упрочнением, у которых износостойкость помимо карбидов создается упрочняющей термической обработкой.

Износостойкая высокомарганцовистая сталь марки Г13 для работы в условиях изнашивания, сопровождаемого большими удельными нагрузками. Сталь Г13 имеет в своем составе 1…1,4 % углерода и 12…14 % марганца, она имеет аустенитную структуру и относительно низкую твердость (200…250 HB). Сталь Г13 широко используется для изготовления таких деталей, как корпуса шаровых мельниц, щек камнедробилок, крестовин рельсов, гусеничных траков, козырьков землечерпалок и т.д. Склонность к интенсивному наклепу является характерной особенностью сталей аустенитного класса.

Износостойкая сталь. Для деталей, работающих в условиях абразивного износа, высоких давлений и ударов (траки гусеничных машин, щеки дробилок, переводные стрелки железнодорожных и трамвайных путей), применяют высокомарганцевую литую сталь 110Г13Л аустенитной структуры, содержащую 0,9 % С и 11,5 % Мп.

В литом состоянии структура стали состоит из аустенита и карбидов типа (Ре, Мп)3С, выделяющихся по границам аустенитных зерен, и ее прочность и ударная вязкость сильно снижены, поэтому литые детали подвергают закалке с нагревом до 1100 °C и охлаждению в воде. При такой температуре карбиды растворяются в аустените и сталь приобретает более устойчивую аустенитную структуру.

В условиях ударного воздействия и абразивного изнашивания в поверхностном слое стали образуются дефекты кристаллического строения (дислокации, дефекты упаковки), что приводит к поверхностному упрочнению. Повышение твердости и износостойкости в результате наклепа возможно при ударных нагрузках и холодной пластической деформации.

Из-за наклепа сталь 110Г13Л плохо обрабатывается резанием, поэтому детали или изделия из данной стали целесообразно изготовлять литьем без последующей механической обработки. Буква Л в конце марки этой стали означает «литейная».

43 Инструментальная сталь предназначена для изготовления разнообразного инструмента: режущего, измерительного, штампового и специального.

По химическому составу инструментальную сталь делят на углеродистую и легированную. Инструментальной углеродистой сталью обычно называют сталь, содержащую 0,65—1,35% углерода. Углеродистую сталь с большим содержанием углерода не применяют, так как она чрезмерно хрупка.

Углеродистую инструментальную сталь выплавляют в мартеновских и электрических печах. Эти стали делят на две группы (ГОСТ 1435—74): качественные и высококачественные.

Качественную сталь маркируют буквой У с последующей цифрой от 7 до 13. Буква свидетельствует, что сталь углеродистая инструментальная, а цифра определяет примерное содержание в ней углерода в десятых долях процента. Например, марка У9 — углеродистая инструментальная сталь с примерным содержанием углерода 0,9%. Если в марке стали в конце стоит буква А, то это высококачественная инструментальная сталь второй группы, например У7А. Высококачественная сталь по сравнению с качественной содержит меньше марганца и вредных примесей (серы до 0,02%, фосфора до 0,03%). Буква Г в названии марки (У8Г, У8ГА и т. д.) свидетельствуете повышенном содержании марганца в стали.

Недостатком углеродистых инструментальных сталей является то, что они обладают высоким коэффициентом теплового расширения, низкой коррозионной стойкостью в агрессивных средах и при высоких температурах, пониженными прочностными свойствами при повышенных температурах и чувствительностью к перегреву. Поэтому инструменты из этих сталей применяют при резании с небольшими скоростями. Особенно плохо такие инструменты работают при высокой температуре, когда понижается стойкость и твердость его материала.

Легированные стали имеют повышенные механические свойства и стойко работают в сложных условиях.

Цифры в марке стали обозначают примерный состав (в процентах) входящих компонентов. Первая цифра слева от буквы определяет содержание углерода в десятых долях процента, если содержание углерода менее 1 %. Цифры справа от буквы указывают среднее содержание легирующего элемента в процентах.

К высококачественным инструментальным материалам относятся быстророрежущие стали (табл. 5). Эти стали используют для изготовления фасонных, резьбовых и отрезных резцов, фрез, зуборезного инструмента, протяжек и других инструментов.

По режущим свойствам быстрорежущие стали делят на стали нормальной и повышенной производительности. К первым относятся вольфрамовые (Р18, Р12, Р9, Р9Ф5) и вольфрамомолибденовые (Р6МЗ, Р6М5), сохраняющие твердость не ниже HRC58 до температуры 620° С. К сталям повышенной производительности относятся Р18Ф2, Р14Ф4, Р6М5К5, Р9М4К8, Р9К5, Р9КЮ, Р10К5Ф5, Р18К5Ф2, содержащие кобальт или повышенное количество ванадия и сохраняющие твердость HRC 64 до температуры 630—640° С.

Обработка быстрорежущих сталей включает горячую ковку литых заготовок, отжиг,. закалку и многократный (чаще трехкратный) отпуск. Структура после закалки - мартенсит + карбиды + остаточный аустенит. Отпуск вызывает превращение остаточного аустенита в мартенсит и дисперсионное твердение. Это сопровождается увеличением до % HRC 64 твердости (вторичная твердость) за счет выделения частиц цементита. Для улучшения режущих свойств и повышения износостойкости некоторые виды инструментов подвергают низкотемпературному (540...570°С) цианированию, в результате которого на поверхности стали образуется тонкий слой высокой твердости (1000...1100 HV

Инструмент, применяемый для обработки металлов давлением (штампы, пуансоны, матрицы) изготавливают из штамповых сталей.

Различают стали для штампов холодного и горячего деформирования.

Стали для штампов холодного деформирования.

Стали должны обладать высокой твердостью, износостойкостью, прочностью, вязкостью (чтобы воспринимать ударные нагрузки), сопротивлением пластическим деформациям.

Для штампов небольших размеров (до 25 мм) используют углеродистые инструментальные стали У10, У11, У12 после закалки и низкого отпуска на твердость 57…59 HRC. Это позволяет получить хорошую износостойкость и ударную вязкость.

Для более крупных изделий применяют легированные стали Х, Х9, Х6ВФ. Для повышения износостойкости инструмента после термической обработки проводят цианирование или хромирование рабочих поверхностей.

Для уменьшения брака при закалке необходимо медленное охлаждение в области температур мартенситного превращения (например, закалка из воды в масло для углеродистых сталей, ступенчатая закалка для легированных сталей).

Если штамповый инструмент испытывает ударные нагрузки, то используют стали, обладающие большей вязкостью (стали 4ХС4, 5ХНМ). Это достигается снижением содержания углерода, введением легирующих элементов и соответствующей термической обработкой. После закалки проводят высокий отпуск при температуре 480…580oС, что обеспечивает твердость 38…45 HRC.

Стали для штампов горячего деформирования.

Дополнительно к общим требованиям, от сталей этой группы требуется устойчивость против образования трещин при многократном нагреве и охлаждении, окалиностойкость, высокая теплопроводность для отвода теплоты от рабочих поверхностей штампа, высокая прокаливаемость для обеспечения высокой прочности по всему сечению инструмента.

Для изготовления молотовых штампов применяют хромоникелевые среднеуглеродистые стали 5ХНМ, 5ХНВ, 4ХСМФ. Вольфрам и молибден добавляют для снижения склонности к отпускной хрупкости. После термической обработки, включающей закалку с температуры 760…820oС и отпуск при 460…540oС, сталь имеет структуру – сорбит или троостит и сорбит отпуска. Твердость 40…45 HRC.

Штампы горячего прессования работают в более тяжелых условиях. Для их изготовления применяются стали повышенной теплостойкости. Сталь 3Х2В8Ф сохраняет теплостойкость до 650oС, но наличие карбидов вольфрама снижает вязкость. Сталь 4Х5В2ФС имеет высокую вязкость. Повышенное содержание хрома и кремния значительно увеличивает окалиностойкость стали.

44 Рессорно-пружинные стали предназначены для изготовления рессор, пружин и других упругих элементов. Основное требование к ним — высокий предел упругости, что гарантирует отсутствие пластической деформации при нагрузках. В качестве пружинных применяют углеродистые и легированные стали с 0,6…0,8% С. Детали подвергают закалке и среднему отпуску (420…480 °С). Такая термическая обработка обеспечивает получение структуры троостита и максимальных значений предела упругости (см. рис. 5.21). Углеродистые стали марок 65, 70, 75 обеспечивают необходимые свойства при невысоких напряжениях в изделиях небольшого сечения. Предел упругости этих сталей составляет 630…700 МПа.

Шарикоподшипниковые стали предназначены для изготовления деталей подшипников качения (наружных и внутренних колец, шариков, роликов). Рабочие поверхности этих деталей работают в условиях знакопеременных нагрузок, испытывают высокие контактные напряжения. Эти стали должны обладать высокой твердостью (62…66 HRC), которая достигается при высоком содержании углерода — около 1 %. Шарикоподшипниковые стали закаливают от 820…850°С в масле и проводят низкий отпуск при 150… 170°С, структура после термической обработки — мартенсит отпуска. Содержание вредных примесей в сталях должно быть низким (S < 0,02%, Р < 0,027%), в противном случае резко снижается долговечность подшипников.

Маркировка этих сталей несколько отличается от принятой для конструкционных: первая буква Ш в марке показывает, что сталь шарикоподшипниковая; вторая буква X и стоящие после нее цифры указывают на содержание хрома. При этом, несмотря на весьма малое содержание вредных примесей, буква А в конце марки не ставится. Остальные легирующие элементы обозначаются так же, как в конструкционных сталях. Наиболее широко используется сталь ШХ15, содержащая 1 % углерода и 1,5% хрома. Для деталей больших сечений (крупные подшипники) используют более легированную сталь — ШХ15СГ. Детали подшипников особо ответственного назначения изготавливаются из особовысококачественных сталей с минимальным содержанием вредных примесей — ШХ15-ШД и ШХ15СГ-ШД. Эти стали подвергают последовательно двойному переплаву: электрошлаковому (Ш) для удаления серы и вакуумно-дуговому (Д) для удаления газов.

45 Алюминий – металл серебристо-белого цвета. Температура плавления – 600град.С, имеет ГЦК решетку. В чистом виде используется в электротехнической промышленности (провода, фольга). Основное применение находят сплавы на основе алюминия (ал-медь, ал-кремний, ал-магний, ал-медь-магний, ал-медь-магний-кремний, ал-магний-кремний)

Все сплавы алюминия можно разделить на группы:

1. деформируемые, предназначеные для получения полуфабрикатов (листов, плит, прутков, профилей и тд), поковок и штамповых заготовок путем прокатки, прессования, ковки и штамповки. Деформируемые сплавы подразделяются на сплавы, упрочныемые ТО и неупрочняемые ТО.

2. литейные, предназначенные для фасонного литья.

Сплавы алюминия, обладая хорошей технологичностью во всех стадиях передела, малой плотностью, высокой коррозионной стойкостью, при достаточной прочности, пластичности и вязкости нашли широкое применение в авиации, судостроении, автостроении, строительстве и в других отраслях промышленности и нар.хоз-ва.

Для упрочнения алюминиевых сплавов применяют закалку и старение, а для устранения неравновесных структур и деформационных дефектов строения, снижающих пластичность сплава, - отжиг.

Температура рекристаллизации некоторых сплавов алюминия с марганцем, хромом, никелем, цирконием, титаном и др. превышает обычно назначаемую t нагрева под дефомацию или закалку, поэтому после закалки и старения этих сплавов в них сохраняется некристаллизованная (полигонизованная) структура с высокой плотностью дислокаций, что повышает ее прочность по сравнению с рекристаллизованной структурой. Это явление получило название структурного упрочнения. Наиболее сильно проявляется в прессованных полуфабрикатах (прутки, профили, трубы) и поэтому это явление применительно к ним называется пресс-эффектом.

46 Концентрация меди в земной коре 0,01%, в рудах в среднем 5%.Это металл красно-розового цвета без полиморфных превращений. Температура плавления 1083 град. Прочность 160 НПА. После прокатки и прессования 240 НПА. Высокая пластичность, теплопроводность, что обуславливает широкое применение. Медь – основа латуни и бронзы. Недостатки – высокий удельный вес, вязкость, низкая текучесть.

Латуни: 1)двойные (простые); 2) многокомпонентные (легированные). 1) маркируются «Л» и процентное содержание меди. Л96, Л85, Л80, Л62, Л59.

Чем больше цинка, чем дешевле, он повышает прочность и пластичность.Л70 содержит 90% меди, имеет золотой цвет, применяется для золотых изделий. Если 90 и более % меди, то наз ТОМПАК, если 80-85, то ПОЛУТОМАПАК. В маркировке также пишут легирующие

элементы (Al–A, Ni-H, Be-Б,Р-Ф, олово-О,Si-K, Mn-Mц, Be-Б, Zn-Ц) и за буквой количество каждого элемента.

Бронзы: сплавы Cu c Al,Cn,гелием и т.д. Оловянные

бронзы не обрабатываются давлением и применяются в литом состоянии БРО10Ф1.

Алюминиевые бронзы имеют высокие механические, антикоррозийные, антифрикционные свойства, более дешевые. Могут работать до температуры 400-500гр. До 3% Si. Хорошо паяются, свариваются. Бериллиевые бронзы – сплавы, которые упрочнятся термообработкой. После закалки прочность 450 НПА. Упрочняется при последующем старении, обладает хорошими упругими свойствами. БРБ2 – изготовление пружин, мембран, обработка резаньем, сваркой, сопротивляется коррозии. Свинцовые бронзы обладают хорошими антифрикционными свойствами. БРЦ30 для подшипников скольжения, работают при больших нагрузках, имеют высокую теплопроводность.

Маркировка деформированные бронзы: БР, затем легирующие элементы (все буквы, потом процентное содержание) БРОФ-4-0,25. Литейные бронзы: процентное содержание после каждой буквы БРО6Ц6С3.