Министерство образования и науки российской федерации Федеральное агентство по образованию

^{________________}

Российский государственный университет нефти и газа имени и.М. Губкина

Кафедра Металловедения и неметаллических материалов

Курсовая работа

Выполнил: студент Семенов Е.А., гр.ТМ-10-6 _____________________

Подпись

Руководитель: Профессор Бакаева Р.Д. ______________________

Подпись

Москва - 2012

Содержание

1. Введение. 3

2. Влияние легирующих элементов. 4

3. Закалка 5

4. Отпуск. 9

5. Используемая литература 10

Введение

Химический состав стали дан в табл. 1. Она имеет повышен­ное содержание углерода (более 0,7%) и приобретает высокую твердость HRC 62—65 после закалки. Структура в закаленном состоянии — мартенсит, остаточный аустенит и вторич­ный цементит.

Отпуск повышает прочность и вязкость, снимая часть зака­лочных напряжений. Но для сохранения высокой твердости его вы­полняют, как правило, при температурах не больше 180—200° С. В структуре сохраняется более мягкая составляющая — остаточный аустенит, полученный при закалке, что не позволяет получить очень высокое сопротивление пластической деформации.

Таблица 1.

Химический состав в % материала хвг

ГОСТ   5950 - 2000 

C	Si	Mn	Ni	S	P	Cr	W	Cu
0.9 - 1.05	0.1 - 0.4	0.8 - 1.1	до   0.4	до   0.03	до   0.03	0.9 - 1.2	1.2 - 1.6	до   0.3

Сталь ХВГ отличается хорошей прокаливаемостью, но имеет склонность к образованию карбидной сетки. Повышенное содержание марганца

в этой стали уменьшает объемные деформации при закалке. Сталь ХВГ следует рекомендовать для изготовления режущих инструментов.

Влияние легирующих элементов

Л егированные стали. Для изготовления режущего инструмента наиболее широко применяют стали 9ХС, ХВГ, ХВСГ, Х12М, химический состав которых приведен в табл. 22.

Сталь ХВГ применяют для изготовления инструмента, у которого при закалке допускается незначительное коробление: длинных метчиков и разверток, тонких сверл и т. д.

Сталь ХВГ легирована хромом, вольфрамом и марганцем; имеет большую закаливаемость и прокаливаемость, чем сталь 9ХС. Твердость более НRС 60 получается по всему сечению цилиндрических образцов диаметром 45—48 мм при закалке с охлаждением в масле (до 35 мм в горячих средах). В стали ХВГ сохраняется после закалки повышенное количество остаточного аустенита (до 15—18%), что уменьшает коробление и делает ее малодеформирующейся. Наличие такого количества аустенита понижает сопротивление малой пластической деформации и увеличивает чувствительность к шлифовочным трещинам. Недостатками стали ХВГ являются: повышенная карбидная неоднородность (в заготовках более крупных сечений наблюдается карбидная сетка), что ведет к выкрашиванию и снижает стойкость инструмента.

Влияние хрома: повышает точку Ас1. Хромистый феррит обладает повышенными прочностными свойствами, хром уменьшает склонность феррита к хрупкому разрушению, смещает максимальную скорость превращения аустенита в перлитной области к более высоким температурам, уменьшает скорость перлитного превращения. В случае полного растворения карбидов и, таким образом, значительного насыщения твердого раствора углеродом и хромом мартенситная точка стали существенно снижается, и в стали сохраняется много остаточного аустенита. Хромистая сталь обладает повышенной устойчивостью против отпуска. Хром повышает прокаливаемость стали, способствует получению высокой и равномерной твердости. Наличие карбидов хрома или карбидов цементитного типа, легированных хромом, обеспечивает стали повышенную износостойкость.

Влияние вольфрама: повышает точки Ас3 и Ас1. Повышает температуру рекристаллизации, твердость, предел прочности и предел текучести феррита, снижает пластичность. Вольфрам и образуемые им карбиды уменьшают склонность аустенита к росту зерна. Вольфрам повышает устойчивость аустенита в перлитной области, почти не влияя на его устойчивость в промежуточной области. Повышает устойчивость против отпуска. Придает теплостойкость.

Влияние марганца: легирование феррита сопровождается его упрочнением. Наиболее значительно влияют на его прочность марганец и хром. Причем чем мельче зерно феррита, тем выше его прочность. Содержание марганца более 1% увеличивает ударную вязкость, расширяет область аустенита, увеличивает прокаливаемость, способствует раскислению, образует устойчивые карбиды, повышает сопротивление коррозии.

Закалка

Закалка — термическая обработка, заключается в нагревании стали до тем­пературы выше критической (Ас3 для доэвтектоидной и Ас1 — для заэвтек-тоидной сталей) или температуры растворения избыточных фаз, выдержке и последующем охлаждении со скоростью, превышающей критическую. Закалка не является окончательной операцией термической обра­ботки. Чтобы уменьшить хрупкость и напряжения, вызванные закалкой и получить требуемые механические свойства, сталь после закалки обяза­тельно подвергают отпуску.

Прокаливаемость стали играет большую роль при изготовлении инструмента. Так, для некоторых инструментов, например сверл, требуется сквозная прокаливаемость, а для некоторых, например метчиков и разверток, требуется прокаливаемость на небольшую глубину с сохранением вязкой сердцевины. Как правило, прокаливаемость углеродистой стали не контролируют, так как в течение последних лет не наблюдалось отклонений от ГОСТа по этому параметру. В случае особых требований к инструменту из быстрорежущих сталей контролируют теплостойкость (красностойкость).

Для изготовления режущего инструмента небольших размеров и несложной формы, работающего при небольших нагрузках, не подвергающегося резким и сильным ударам (развертки, метчики, плашки, надфили), используют инструментальную углеродистую сталь У10, У10А, У11, У11А, У12, У12А.

Для изготовления режущего инструмента большого размера, сложной конфигурации и для длинных и тонких инструментов, деформация которых при закалке должна быть наименьшей, используют инструментальную легированную сталь 9ХС, ХВГ, Х12М. Углеродистые стали (с содержанием углерода от 0,7 до 1,3%) — небольшей прокаливаемости, что связано с пониженной устойчивостью аустенита в перлитной и промежуточных областях.

Для получения высокой твердости (HRC 60—65) углеродистую инструментальную сталь необходимо закаливать в воде. Несмотря на быстрое охлаждение, инструмент (диаметром до 10—12 мм) прокаливается на небольшую глубину. При охлаждении в масле или в горячих средах высокая твердость получается в образцах диаметром до 5 мм.

При увеличении содержания углерода возрастает устойчивость аустенита и повышается прокаливаемость в том случае, если углерод находится в растворе. Наличие структурно свободных карбидов уменьшает устойчивость аустенита и снижает прокаливаемость. Вследствие этого в углеродистых инструментальных сталях прокаливаемость повышается при увеличении углерода до эвтектоидного состава и снижается при дальнейшем повышении углерода. Поэтому, например, прокаливаемость стали У8 выше прокаливаемости стали У12. С повышением температуры закалки прокаливаемость увеличивается.

В связи с низкой прокаливаемостью углеродистых сталей их применяют для инструмента диаметром от 5 до 25—30 мм, обрабатывающего мягкие материалы. Основное преимущество углеродистых сталей — возможность сохранения вязкой сердцевины при получении высокой твердости поверхности инструмента.

К недостаткам углеродистых сталей следует отнести узкий интервал температур отжига на структуру зернистого перлита; повышенную склонность к возникновению напряжений, деформации и образованию трещин в связи с необходимостью охлаждения в воде при закалке (для получения требуемой прокаливае-мости и закаливаемости); большую чувствительность к перегреву при закалке. Даже при незначительном повышении температуры (на 10—15° С) происходит рост зерна и увеличение количества остаточного аустенита, что ведет к снижению прочности.

Инструментальную углеродистую сталь (У10—У12) отжигают с непрерывным охлаждением (рис. 164, а); изотермический и маятниковый отжиг осуществляют по режимам, приведенным на рис. 164, б и в: выдержка при температуре отжига и изотермическая выдержка при 680—700° С 1—2 ч; при маятниковом отжиге выдержка на каждой ступени 0,5—1 ч; структура после отжига — зернистый перлит. Перед повторной закалкой (если после закалки не получилось нормальной твердости или сталь была переотпущена), а также для снятия внутренних напряжений от обработки резанием и снятия наклепа после холодной пластической деформации проводят высокий отпуск (рис. 164, г) с выдержкой 2—3 ч. Для устранения цементитной сетки и измельчения зерна используют нормализацию (рис. 164, д). Для получения небольшой шероховатости поверхности (при нарезании резьбы и т. п.) применяют улучшение (см. рис. 164, ё).

Охлаждение в водных растворах солей или щелочей дает более удовлетворительные результаты по сравнению с охлаждением в воде: уменьшается возможность образования мягких пятен, повышается прочность, увеличивается толщина закаленного слоя и обеспечивается его более однородная структура и твердость.

При быстром охлаждении в воде или в водных растворах появляются внутренние напряжения, которые могут вызвать образование трещин. Поэтому инструмент из углеродистой стали рекомендуется охлаждать в воде или в водных растворах не полностью, а до потемнения поверхности (до 200—250° С), а затем переносить в масло для полного охлаждения. После закалки в водных растворах солей или щелочей инструмент необходимо, во избежание коррозии, немедленно промывать в горячей воде (60— 80° С), затем просушивать в струе сжатого воздуха. Для уменьшения внутренних напряжений и коробления, а также для предотвращения закалочных трещин применяют ступенчатую закалку, при которой инструмент из углеродистой стали нагревают до 790—810° С и охлаждают в соляной ванне, имеющей температуру 150—180° С. После кратковременной выдержки (3—5 мин) при этой температуре инструмент охлаждают на воздухе. Этот способ можно применять при закалке инструмента диаметром (толщиной) до 6—8 мм. При добавлении в расплав соли 4—6% воды можно закаливать инструменты диаметром (толщиной) до 10—12 мм. Мелкий инструмент диаметром (толщиной) до 6—8 мм после нагрева до 790—810° С можно охлаждать в масле (HRC 62—64).

Вместо сталей 9ХС и ХВГ применяют сложнолегированную сталь ХВСГ. Эта сталь лучше закаливается и прокаливается. Образцы из стали ХВСГ небольших сечений (до 20 мм) закаливают с охлаждением на воздухе (HRC 59—60); при охлаждении в масле образцы прокаливаются насквозь в сечении до 100 мм, в горячих средах — до 75 мм. Прокаливаемость стали ХВСГ более стабильна по сравнению с прокаливаемостью стали ХВГ за счет меньшего содержания вольфрама (до 0,7—1,0%). Сталь ХВСГ чувствительна к перегреву и склонна к обезуглероживанию. Теплостойкость и распределение карбидов такие же, как и у стали 9ХС. Количество остаточного аустенита после закалки до 12—14%. Твердость в отожженном состоянии НВ 196—217 (отжигают при температуре 770—790° С). Закаливают детали из стали ХВСГ от 860—880° С в масле или горячих средах и отпускают при 160—180° С {HRC 62—64). Сталь ХВСГ используют для круглых плашек, разверток, крупных протяжек и другого режущего инструмента.

Отпуск

Отпуск заключается в нагреве закаленной стали до температур ниже Ас1. выдержке при заданной температуре и последующем охлаждении с опреде­ленной скоростью. Отпуск является окончательной операцией термической обработки, в результате которой сталь получает требуемые механические свойства. Кроме того, отпуск полностью или частично устраняет внутрен­ние напряжения, возникающие при закалке. Эти напряжения снимаются тем полнее, чем выше температура отпуска. После закалки проводят низкотемпературный отпуск режущего инструмента из углеродистых инструментальных сталей У10—У12, обычно при 150—160° С (HRC 62—64), 180—200° С (HRC 60—62).

Используемая литература

1. Гуляев А. П. «Металловедение»

2. Г. П. Фетисов М. Г. Карпман « Материаловедение и технология металлов»

3. Справочник металлиста (2 том)

4. Ю.М. Лахтин «Материаловедение»

5. http://www.tehnoinfa.ru/tehnologijaobrobotki/73.html

11