- •Конспект лекций по общему курсу материаловедения
- •Для студентов заочной формы обучения
- •Учебное пособие
- •Москва 2013
- •Введение.
- •Глава 1. Теория сплавов.
- •1.1. Механические свойства сплавов и методы их определения.
- •1.2. Атомно-кристаллическая структура металлов.
- •1.3. Дефекты кристаллического строения металлов.
- •1.4. Закономерности кристаллизации металлов и сплавов.
- •1.5. Микроструктура сплавов.
- •1.6. Характеристика фаз и структурных составляющих.
- •1.7. Диаграммы состояния.
- •1.8. Фазы и структурные составляющие в сплавах Fe-c.
- •1.9. Влияние химического состава и структуры на свойства сталей и чугунов.
- •1.10. Классификация, маркировка и применение углеродистых сталей.
- •1.11. Применение чугунов.
- •Контрольные вопросы.
- •Литература.
- •Глава 2. Теория термической обработки.
- •2.1. Критические температуры при термообработке стали.
- •2.2. Превращения при нагреве стали.
- •Перегрев и пережог.
- •2.3. Превращения в стали при непрерывном охлаждении.
- •2.4. Образование структур перлитного типа.
- •2.5. Промежуточное превращение.
- •2.6. Мартенситное превращение.
- •2.6.1.Особенности мартенситного превращения.
- •2.6.2. Свойства мартенсита.
- •2.7. Превращения при отпуске.
- •2.7.1. Свойства стали после отпуска.
- •2.7.2. Отпускная хрупкость.
- •2.7.3. Старение.
- •2.8. Прокаливаемость и закаливаемость стали.
- •Контрольные вопросы.
- •Литература.
- •Глава 3. Технология термической обработки.
- •3.1. Технология объемной термообработки стали.
- •3.1.1. Отжиг 1-го рода.
- •3.1.2. Отжиг 2-го рода.
- •3.1.3. Нормализация.
- •3.1.4. Дефекты отжига и нормализации.
- •3.1.5. Закалка.
- •3.1.6. Дефекты закалки.
- •3.2. Поверхностная закалка.
- •3.3. Химико-термическая обработка (хто).
- •3.3.1. Цементация.
- •3.3.2. Азотирование.
- •3.3.3. Нитроцементация.
- •Контрольные вопросы.
- •Глава 4. Машиностроительные материалы.
- •4.1. Легированные конструкционные стали.
- •4.2. Специальные стали и сплавы.
- •4.3. Литейные сплавы.
- •4.4. Неметаллические материалы.
- •4.4.1. Пластмассы.
- •4.4.2. Резины.
- •4.4.3. Клеи и герметики.
- •4.5. Композиционные материалы.
- •Контрольные вопросы.
- •Литература
- •Глава 5. Порошковые материалы.
- •5.1. Технология производства металлических порошков.
- •Основными элементами технологии порошковой металлургии являются:
- •5.2. Свойства металлических порошков.
- •5.3. Классификация порошковых сталей.
- •5.4. Порошковые углеродистые конструкционные стали.
- •5.5. Порошковые легированные конструкционные стали.
- •Медистые порошковые стали.
- •Порошковые стали, легированные никелем.
- •Порошковые железомедноникелевые стали.
- •Порошковые молибденовые стали.
- •Хромистая порошковая сталь.
- •Марганцовистые порошковые стали.
- •Сложнолегированные порошковые конструкционные стали.
- •5.6. Порошковые стали инструментального назначения.
- •5.7. Порошковые стали специального назначения.
- •5.8. Антифрикционные материалы на основе железа.
- •5.9 Термическая обработка порошковых сталей.
- •5.10. Свойства и применение порошковых сплавов.
- •Применение порошковых материалов
- •Методами порошковой металлургии получают:
- •Применение и состав порошковых сплавов
- •5.11. Производство деталей из порошковых материалов.
- •5.12. Эффективность технологии порошковой металлургии.
- •Контрольные вопросы.
- •Литература.
5.6. Порошковые стали инструментального назначения.
К основным материалам инструментального назначения порошкового производства относятся твердые сплавы типа ВК, изготовляемые на основе карбида вольфрама- и кобальтовой цементирующей связки. Однако дефицитность вольфрама, а также широкие возможности порошковой металлургии в создании металлоэкономных технологий, обеспечивающих высокий уровень механических свойств, позволили разработать ряд материалов и на их основе технологию изготовления режущих инструментов со свойствами превосходящими свойства традиционных инструментальных сталей и приближающимися, к свойствам инструментов, которые изготовляют из твердых сплавов. Среди инструментальных порошковых материалов в настоящее время широкое, применение имеют быстрорежущие стали и карбидостали.
Порошковые быстрорежущие стали должны обладать высокой горячей твердостью и красностойкостью. Достигается это путем легирования сталей карбидообразующими элементами (W, Mo, Cr, V, Ti и др.) в таком количестве, при котором они связываются с углеродом в специальные карбиды типа Ме6С, Ме28С6, Ме8С. Эти карбиды являются более устойчивыми по отношению к цементиту, а их влияние на свойства стали определяется состоянием карбидной фазы (дисперсностью, формой, размером, распределением). Увеличение числа карбидных включений, их дисперсности и равномерность распределения повышают механические и режущие свойства инструмента.
Быстрорежущая сталь, являясь сложным высоколегированным сплавом, в литом состоянии обладает рядом недостатков, выражающихся в ликвации легирующих элементов, карбидной неоднородности. В структуре литой стали карбиды обычно образуют карбидную сетку, наличие которой способствует повышению неоднородной концентрации напряжений при закалке, повышает склонность к трещинообразованию, снижает механические и эксплуатационные свойства. Даже при применении совмещенных процессов обработки давлением с последующей термической обработкой не устраняются отрицательные явления в быстрорежущих сталях.
Наиболее перспективным направлением получения инструмента из быстрорежущих сталей является метод порошковой металлургии. При получении инструмента из порошковой быстрорежущей стали появляется возможность регулировать дисперсность структурных составляющих. Кроме того, в структуре готовых изделий при этом отсутствуют такие пороки, как ликвация по легирующим компонентам и карбидам. Особенности структурного состояния порошковых быстрорежущих сталей повышают стойкость, механические свойства, служебные характеристики инструментальных изделий в два-три раза по сравнению с изделиями, изготовленными из кованых сталей.
Изготовление изделий из быстрорежущих сталей может производиться на основе механических смесей порошковых компонентов, распыленных порошков и порошков, полученных путем переработки отходов инструментального производства — стружки.
В связи со сложностью химического состава быстрорежущих сталей, большим различием исходных порошковых компонентов по физическим и технологическим свойствам получение при смешивании однородной смеси практически невозможно. Спеченные инструментальные изделия в этом случае отличаются большой неоднородностью по химическому составу, структуре и свойствам, что отрицательно сказывается на механических свойствах.
В настоящее время изготовление инструментальных изделий в основном осуществляется на базе распыленных порошков.
Возможность при распылений в широком интервале регулировать скорость охлаждения позволяет получать микрослитки - гранулы — с тонкодисперсной структурой, лишенной карбидной ликвации, строчечности, ликвации легирующих элементов. Распыление расплава быстрорежущей стали производится либо инертными газами, либо водой. После распыления порошки подвергаются восстановительному отжигу для понижения удержания кислорода и улучшения технологических свойств, а иногда — дроблению с последующим отжигом.
Изготовление инструментальных изделий на основе порошков быстрорежущей стали может осуществляться путем горячего прессования непосредственно порошка или предварительно спрессованных и спеченных заготовок, а также посредством изостатического горячего прессования, экструзии, горячей прокатки.
В связи с низкой технологичностью (плохой прессуемостью) наиболее широкое применение находит следующая схема изготовления инструментальных изделий. Гранулы засыпаются в капсулу, которая после вакуумирования заваривается и помещается в газостат, где при температуре 1000-1200°С подвергается прессованию за счет объемного сжатия газами. Спрессованная таким образом заготовка содержит 4-6% пор. В целях получения малопористого материала (с остаточной пористостью 0,5-1,0%) заготовки подвергаются горячей ковке, экструзии, прокатке, а затем получают готовый инструмент. При изготовлении длинномерных изделий (сверл, протяжек, разверток) широкое применение имеет горячая экструзия, обеспечивающая однородность структуры, плотность и требуемые механические свойства по всей длине изделия. Полученные изделия подвергаются термической обработке в режимах, близких к режимам, применяемым для изготовления инструментов из кованых сталей.
В целях повышения технологичности порошков быстрорежущих сталей гранулы подвергаются дроблению с последующим отжигом. Полученный после дробления порошок хорошо прессуется и обладает повышенной активностью, вследствие чего при спекании в присутствии активных засыпок (порошка, губки титана) можно после однократного прессования и спекания получать изделия повышенной плотности (до 96-98%). Повышение механических свойств и улучшение эксплуатационных характеристик быстрорежущих сталей может достигаться путем предварительной обработки гранул перед прессованием.
Порошковые карбидостали. Карбидосталями называются соединения стали, выполняющей роль связки с равномерно распределенными в ней карбидами тугоплавких металлов. По свойствам сталь— карбид титана является промежуточным материалом между инструментальными сталями и твердыми сплавами. В таком материале сталь обеспечивает способность к термической и механической обработке, а карбид титана — износостойкость.
В качестве стальной основы обычно применяются инструментальные и быстрорежущие стали. Технология изготовления состоит из приготовления порошковой смеси; прессования до плотности 45-50%; предварительного спекания при 600-700°С в вакууме, среде аргона или азота; механической обработки и окончательного спекания в вакуумной печи при остаточном давлении 1-0,1 Па при температуре 1320-1380°С в течение 30-60 мин. В результате спекания получаются заготовки с плотностью 98-99%.
Для улучшения окончательной механической обработки изделия могут подвергаться смягчающему отжигу.