Порядок выполнения работы. 1) Ознакомиться с составом, классификацией, маркировкой
1) Ознакомиться с составом, классификацией, маркировкой, термической обработкой, свойствами и областью применения легированных инструментальных сталей.
2) Изучить влияние легирующих элементов на их структуру, технологические и эксплуатационные свойства.
3) По приведенному химическому составу, согласно заданному варианту (табл. 2.1), определить марку сплава и расшифровать ее.
4) Определить к какому классу по структуре и назначению принадлежит заданная сталь, для изготовления каких инструментов применяется, какими свойствами должна обладать (см. табл. 2.2 и 2.3).
5) Используя данные табл. 2.2 назначить режим её термообработки, на графике указать изменение структуры стали при нагреве и охлаждении.
Содержание отчета
Отчет по лабораторной работе должен содержать следующий материал:
Наименование и цель работы.
1) Краткое описание принципа классификации и маркировки легированных инструментальных сталей. Влияние углерода и легирующих элементов на их структуру и свойства.
2) График режима и описание особенностей термической обработки быстрорежущей стали.
3) Расшифровка марки, химический состав, свойства, область применения и характеристики заданной стали по всем признакам классификации.
4) График и описание режима термической обработки и структурные превращения заданной стали при нагреве и охлаждении. Структура и свойства после термической обработки.
Вопросы для самоконтроля
1) Какими основными механическими, технологическими и эксплуатационными свойствами должны обладать инструментальные стали?
2) Классификация инструментальных сталей.
3) Принципы легирования инструментальных сталей.
4) Режимы термической обработки легированных, углеродистых, быстрорежущих, штамповых сталей.
5) Наличие каких элементов в составе инструментальных сталей обеспечивает высокую твердость инструмента после закалки?
6) Какое основное назначение Cr, W, V, Mo в инструментальных сталях?
7) Как подразделяются стали по теплостойкости?
8) Что такое теплостойкость стали?
9) Какие инструменты требуют сплошной прокаливаемости?
10) Какие основные преимущества имеют легированные инструментальные стали перед углеродистыми?
11) Строение и свойства штамповых сталей.
12) Строение и свойства быстрорежущих сталей.
13) Основные свойства, которыми должен обладать материал для режущих инструментов.
14) Чем определяется температура отпуска инструментов?
15) Горячая твердость и красностойкость быстрорежущей стали.
16) Обратимая и необратимая твердость быстрорежущих сталей.
17) Каким образом структурно создается красностойкость быстрорежущих сталей.
18) Режимы термической обработки инструментов из быстрорежущей стали, обработка холодом, многократный отпуск.
19) Стали для горячих штампов, их жаропрочность, термостойкость, вязкость.
20) Стали, применяемые для лезвийного инструмента.
Таблица 2.1
Химический состав легированных инструментальных сталей по плавочному анализу (ГОСТ 5950–2000)
| Номер варианта | Массовая доля элемента, % | |||||||
| углерода | кремния | марганца | хрома | вольфрама | ванадия | молибдена | никеля | |
| 0,70–0,80 | 0,10–0,40 | 0,15–0,45 | 0,40–0,70 | - | 0,15–0,30 | - | - | |
| 0,95–1,10 | 0,10–0,40 | 0,15–0,45 | 1,30–1,65 | - | - | - | - | |
| 0,80–0,95 | 0,25–0,45 | 0,15–0,45 | 1,40–1,70 | - | - | - | - | |
| 0,60–0,70 | 0,60–1,00 | 0,15–0,45 | 1,00–1,30 | - | - | - | - | |
| 0,85–0,95 | 0,10–0,40 | 1,70–2,20 | - | - | 0,10–0,30 | - | - | |
| 0,85–0,95 | 0,10–0,40 | 0,90–1,20 | 0,50–0,80 | 0,50–0,80 | - | - | - | |
| 0,55–0,70 | 0,10–0,40 | 0,90–1,20 | 0,50–0,80 | 0,50–0,80 | - | - | - | |
| 0,85–0,95 | 1,20–1,60 | 0,30–0,60 | 0,95–1,25 | - | - | - | - | |
| 1,05–1,22 | 0,10–0,40 | 0,15–0,45 | 0,20–0,40 | 1,60–2,00 | 0,15–0,30 | - | - | |
| 0,95–1,05 | 0,65–1,00 | 0,60–0,90 | 0,60–1,10 | 0,50–0,80 | 0,05–0,15 | - | - | |
| 0,90–1,05 | 0,10–0,40 | 0,80–1,10 | 0,90–1,20 | 1,20–1,60 | - | - | - | |
| 0,55–0,65 | 0,50–0,80 | 0,15–0,45 | 1,00–1,30 | 2,20–2,70 | - | - | - | |
| 0,45–0,55 | 0,80–1,10 | 0,15–0,45 | 0,90–1,20 | 1,80–2,30 | 0,15–0,30 | - | - | |
| 0,85–1,00 | 0,10–0,40 | 0,15–0,45 | 4,50–5,50 | 0,80–1,20 | 0,15–0,30 | - | - | |
| 1,05–1,15 | 0,10–0,40 | 0,15–0,45 | 5,50–6,50 | 1,10–1,50 | 0,50–0,80 | - | - | |
| 0,50–0,60 | 0,60–0,90 | 0,15–0,45 | 5,50–6,50 | 2,50–3,20 | 0,50–0,80 | 0,60–0,90 | ||
| 2,00–2,20 | 0,10–0,40 | 0,15–0,45 | 11,5–13,0 | - | - | - | - | |
| 1,25–1,45 | 0,10–0,40 | 0,15–0,45 | 11,0–12,5 | - | 0,70–0,90 | - | - | |
| 0,50–0,60 | 0,10–0,40 | 0,50–0,80 | 0,50–0,80 | - | - | 0,15–0,30 | 1,40–1,80 | |
| 0,50–0,60 | 0,10–0,40 | 0,50–0,80 | 0,50–0,80 | 0,40–0,70 | - | - | 1,40–1,80 | |
| 0,65–0,75 | 0,10–0,40 | 0,15–0,45 | 3,20–3,80 | - | - | - | - | |
| 0,37–0,45 | 0,50–0,80 | 0,50–0,80 | 1,50–1,80 | - | 0,30–0,50 | 0,90–1,20 | - | |
| 0,46–0,53 | 0,10–0,40 | 0,40–0,70 | 1,50–2,00 | - | 0,30–0,50 | 0,80–1,10 | 1,20–1,60 | |
| 0,40–0,48 | 0,60–0,90 | 0,30–0,60 | 2,80–3,50 | 0,60–1,00 | 0,60–0,90 | 0,40–0,60 | - | |
| 0,27–0,34 | 0,10–0,40 | 0,20–0,50 | 2,80–3,50 | - | 0,40–0,60 | 2,50–3,00 | - | |
| 0,32–0,40 | 0,90–1,20 | 0,20–0,50 | 4,50–5,50 | - | 0,30–0,50 | 1,20–1,50 | - | |
| 0,37–0,44 | 0,60–1,00 | 0,20–0,50 | 3,20–4,00 | 0,80–1,20 | 0,60–0,90 | 1,20–1,50 | - | |
| 0,37–0,44 | 0,90–1,20 | 0,20–0,50 | 4,50–5,50 | - | 0,80–1,10 | 1,20–1,50 | - | |
| 0,35–0,45 | 0,80–1,20 | 0,15–0 45 | 4,50–5,50 | 1,60–2,20 | 0,60–0,90 | - | - | |
| 0,30–0,40 | 0,10–0,40 | 0,10–0,45 | 2,20–3,00 | 4,50–5,50 | 0,60–0,90 | 0,60–0,90 | - |
Примечание — В обозначении марок первые цифры означают массовую долю углерода в десятых долях процента. Они могут не указываться, если массовая доля углерода близка к единице или больше единицы. Буквы означают: Г — марганец, С — кремний, Х — хром, В — вольфрам, Ф — ванадий, Н — никель, М — молибден, Т — титан. Цифры, стоящие после букв, означают среднюю массовую долю соответствующего легирующего элемента в целых единицах процентов. Отсутствие цифры означает, что массовая доля этого легирующего элемента примерно равна 1%. В отдельных случаях массовая доля этих легирующих элементов не указывается, если она не превышает 1,8%.
Таблица 2.2
ГОСТ 5950–2000. Прутки, полосы и мотки из инструментальной легированной стали. Твердость стали после закалки и закалки с отпуском
| Марка стали | Температура, °С, и среда закалки образцов | Температура отпуска, °С | Твердость HRC, не менее |
| 13Х | 790–810, вода | ||
| 8ХФ | 820–840, масло | ||
| 11ХФ | 810–830, масло | - | |
| Х | 830–850, масло | ||
| 9Х1 | 820–850, масло | - | |
| 12Х1 | 850–870, масло | - | |
| 9Г2Ф | 780–800, масло | ||
| 9ХВГ | 820–840, масло | - | |
| 9ХС | 840–860, масло | - | |
| В2Ф | 820–840, вода | ||
| ХГС | 820–860, масло | - | |
| ХВСГФ | 840–860, масло | - | |
| ХВГ | 820–840, масло | ||
| 5ХВ2СФ | 900–920, масло | ||
| Х12 | 960–980, масло | ||
| Х12МФ | 960–980, масло | ||
| Х12ВМФ | 1010–1030, масло | ||
| 5ХНМ | 840–860, масло | ||
| 5Х2МНФ | 960–980, масло | ||
| 3Х3М3Ф | 1030–1050, масло | ||
| 4Х5МФС | 1010–1030, масло | ||
| 4Х4ВМФС | 1050–1070, масло | ||
| 4Х5МФ1С | 1020–1040, масло | ||
| 6ХС | 840–860, масло | ||
| 6Х3МФС | 980–1020, масло | ||
| 6ХВ2С | 860–900, масло | ||
| 7ХГ2ВМФ | 840–880, воздух | ||
| 9Х5ВФ | 950–1000, масло | ||
| 6Х4М2ФС | 1050–1070, масло | ||
| Х6ВФ | 980–1000, масло | ||
| 8Х4В2МФС2 | 1060–1090, масло | ||
| 6Х6В3МФС | 1055–1075, масло | ||
| Х12Ф1 | 1050–1100, масло | ||
| 5ХНВ | 840–860, масло | ||
| 5ХНВС | 860–880, масло | ||
| 7Х3 | 850–880, масло | ||
| 8Х3 | 850–880, масло | ||
| 4ХМФС | 920–930, масло | ||
| 4Х3ВМФ | 1040–1060, масло | ||
| 4Х5В2ФС | 1030–1050, масло или воздух | ||
| 4Х2В5МФ | 1060–1080, масло | ||
| 5Х3В3МФС | 1120–1140, масло |
Таблица 2.3
Примерное назначение инструментальных легированных сталей.
| Марка стали | Область применения |
| 13Х | Для бритвенных ножей и лезвий, острого хирургического инструмента, шаберов, гравировального инструмента |
| 8ХФ | Для штемпелей при холодной работе; ножей при холодной резке металла; обрезных матриц и пуансонов при холодной обрезке заусенцев; кернеров |
| 9ХФ | Для рамных, ленточных, круглых строгальных пил; штемпелей при холодной работе; ножей при холодной резке металла; обрезных матриц и пуансонов при холодной обрезке заусенцев; кернеров |
| 11ХФ | Для метчиков и другого режущего инструмента диаметром до 30 мм, закаливаемого с охлаждением в горячих средах |
| Х | Для зубил, применяемых при насечке напильников; очень твердых кулачков эксцентриков и пальцев; гладких цилиндрических калибров и калиберных колец; токарных, строгальных и долбежных резцов в ремонтных мастерских |
| 9Х1 | Для валков холодной прокатки, дрессировочных валков, клейм, пробойников; холодновысадочных матриц и пуансонов; деревообрабатывающих инструментов |
| 12Х1 | Для измерительного инструмента (плиток, калибров, шаблонов) |
| 6ХС | Для пневматических зубил и штампов небольших размеров для холодной штамповки; рубильных ножей |
| 9Г2Ф | Для режущего и штамповочного инструмента (плашек, метчиков, ножей для ножниц, измерительного инструмента, штампов для прессования резины и пластмасс) |
| 9ХВГ | Для резьбовых калибров, лекал сложной формы, сложных высокоточных штампов для холодных работ, которые при закалке не должны подвергаться значительным объемным изменениям и короблению |
| 6ХВГ | Для пуансонов сложной формы при холодной прошивке преимущественно фигурных отверстий в листовом и полосовом материале; небольших штампов для горячей штамповки, главным образом, когда требуется минимальное изменение размеров при закалке |
| 9ХС | Для сверл, разверток, метчиков, плашек, гребенок, фрез, клейм т |
| В2Ф | Для ленточных пил по металлу и ножовочных полотен |
| 4ХС | Для зубил, обжимок, ножниц при холодной и горячей резке металла; штампов горячей вытяжки |
| ХВСГФ | Для круглых плашек, разверток и другого режущего инструмента |
| ХВГ | Для измерительных и режущих инструментов, для которых повышенное коробление при закалке недопустимо; резьбовых калибров, протяжек, длинных метчиков, длинных разверток, плашек и другого специального инструмента, холодновысадочных матриц и пуансонов, технологической оснастки |
| 6ХВ2С, 5ХВ2СФ | Для ножей при холодной резке металла, для резьбонакатных плашек, пуансонов и обжимных матриц; деревообделочных инструментов при длительной работе |
| 6Х3МФС | Для пуансонов, работающих с повышенными динамическими нагрузками; для холодновысадочных штампов, штемпелей, клейм; чеканочных штампов и некоторых слесарно-монтажных инструментов (взамен марок 7×3 и 6ХВ2С) |
| 7ХГ2ВМФ | Для штампов холодного объемного деформирования и вырубного инструмента сложной конфигурации, используемых при производстве изделий из цветных сплавов и низкопрочных конструкционных сталей |
| 9Х5ВФ | Для ножей и фрез, применяемых для фрезерования древесины, строгальных пил и других деревообрабатывающих инструментов |
| 6Х4М2ФС | Для вырубного и высадочного инструмента (штампов, пуансонов, пневматических зубил и др.), накатного инструмента |
| Х6ВФ | Для резьбонакатного инструмента (роликов и плашек), ручных ножовочных полотен, бритв, матриц, пуансонов, зубонакатников и других инструментов, предназначенных для холодной деформации, для дереворежущего фрезерного инструмента |
| 8Х4В2МФС2 | Для матриц и пуансонов штампов холодного объемного деформирования, испытывающих в процессе эксплуатации давление до 2300 МПа, резьбонакатных роликов |
| 11Х4В2МФ3C2 | Для вырубных штампов, в том числе для обработки холоднокатаных электротехнических сталей Э412 и Э413 с покрытиями типа «Карлит»; пуансонов и матриц холодновысадочных автоматов, пуансонов и выталкивателей для холодного выдавливания, эксплуатируемых с удельными давлениями до 2000 МПа в условиях повышенного изнашивания и нагрева рабочих поверхностей до 400°С; шлице- и резьбонакатного инструмента |
| 6Х6В3МФС | Для резьбонакатных роликов, зубонакатников, шлиценакатников, обрезных матриц, пуансонов и инструментов, предназначенных для холодной пластической деформации металлов повышенной твердости; ножей гильотинных ножниц для резки высокопрочных сталей и сплавов; рубильных ножей, применяемых в деревообрабатывающей промышленности; шарошек для разрушения горных пород и других аналогичных инструментов |
| Х12, Х12ВМФ | Для холодных штампов высокой устойчивости против истирания, не подвергающихся сильным ударам и толчкам; для волочильных досок и волок, глазков для калибрования пруткового металла под накатку резьбы, гибочных и формовочных штампов, сложных секций кузовных штампов, которые при закалке не должны подвергаться значительным объемным изменениям и короблению; матриц и пуансонов вырубных и просечных штампов; штамповки активной части электрических машин и электромагнитных систем электрических аппаратов |
| Х12МФ, Х12Ф1 | То же, что и для марки Х12, но когда требуется большая вязкость; для профилировочных роликов сложных форм; секций кузовных штампов сложных форм; сложных дыропрошивочных матриц при формовке листового металла, эталонных шестерен, накатных плашек, волок, матриц и пуансонов вырубных, просечных штампов со сложной конфигурацией рабочих частей; штамповки активной части электрических машин |
| 5ХНМ | Для молотовых штампов паровоздушных и пневматических молотов массой падающих частей св. 3 т; прессовых штампов и штампов машинной скоростной штамповки при горячем деформировании легких цветных сплавов; блоков матриц для вставок горизонтальных машин |
| 5ХНВ, 5ХНВС | Для молотовых штампов паровоздушных и пневматических молотов массой падающих частей до 3 т |
| 7Х3, 8Х3 | Для инструмента (пуансонов, матриц) горячей высадки крепежа и заготовок из углеродистых и низколегированных конструкционных сталей на горизонтально-ковочных машинах; деталей штампов (матриц, пуансонов, выталкивателей) для горячего прессования и выдавливания этих материалов на кривошипных прессах при мелкосерийном производстве; гибочных, обрезных и просечных штампов |
| 4ХМФС | Для молотовых штампов молотов массой падающих частей до 3 т при деформации легированных конструкционных и нержавеющих сталей; прессового инструмента для обработки алюминиевых сплавов |
| 5Х2МНФ | Для крупногабаритных цельных штампов (со стороной квадрата или диаметром до 600 мм) для штамповки поковок из конструкционных сталей и жаропрочных сплавов на молотах и кривошипных; инструментов (зажимных и формующих вставок, наборных и формовочных пуансонов) для высадки конструкционных сталей и жаропрочных сплавов на горизонтально-ковочных машинах (ГКМ); ножей горячей резки |
| 4Х3ВМФ | Для мелких молотовых штампов, молотовых и прессовых вставок (толщиной или диаметром от 300 до 400 мм), инструмента горизонтально-ковочных машин при горячем деформировании конструкционных сталей и жаропрочных сталей; инструмента для высокоскоростной машинной штамповки конструкционных сталей |
| 3Х3М3Ф | Для инструмента горячего деформирования на кривошипных прессах и горизонтально-ковочных машинах, подвергающихся в процессе работы интенсивному охлаждению (как правило, мелкого инструмента); пресс-форм литья под давлением медных сплавов |
| 4Х5МФС | Для мелких молотовых штампов; крупных (толщиной или диаметром более 200 мм) молотовых и прессовых вставок при горячем деформировании конструкционных сталей и цветных сплавов в условиях крупносерийного массового производства |
| 4Х4ВМФС | Для инструмента высокоскоростной машинной штамповки, высадки на горизонтально-ковочных машинах; вставок штампов для горячего деформирования легированных конструкционных сталей и жаропрочных сплавов на молотах и кривошипных прессах; пресс-форм литья под давлением медных сплавов |
| 4Х5МФ1С, 4Х5В2ФС | Для пресс-форм литья под давлением цинковых, алюминиевых и магниевых сплавов; молотовых и прессовых вставок (толщиной или диаметром от 200 до 250 мм) при горячем деформировании конструкционных сталей; инструмента для высадки заготовок из легированных конструкционных и жаропрочных материалов на горизонтально-ковочных машинах |
| 4Х2В5МФ | Для тяжелонагруженного прессового инструмента (мелких вставок окончательного штампового ручья, мелких вставных знаков, матриц и пуансонов для выдавливания и т. п.) при горячем деформировании легированных конструкционных сталей и жаропрочных сплавов |
| 5Х3В3МФС | Для тяжелонагруженного прессового инструмента (прошивных и формующих пуансонов, матриц и т. п.); инструмента для высадки на горизонтально-ковочных машинах и вставок штампов напряженных конструкций, для горячего объемного деформирования конструкционных сталей и жаропрочных металлов и сплавов. Наиболее высокие прокаливаемость и теплостойкость имеет сталь марки 5Х3В3МФС |