Расшифровать марки заданных сплавов, указать химический состав, механические свойства и назначение сплавов.
Сталь У12А
Инструментальные углеродистые стали в соответствии с ГОСТ 1435–90 маркируют буквой «У» и числом, указывающим среднее содержание углерода в десятых долях процента. Для изготовления инструмента применяют качественные стали марок У12 и высококачественные стали марок У12А, химический состав которых приведен в табл. 1.
Сталь У12А применяется для инструментов с пониженной износостойкостью при умеренных и незначительных удельных давлениях (без разогрева режущей кромки): напильников, бритвенных лезвий и ножей, острых хирургических инструментов, шаберов, гравированных инструментов.
Химический состав инструментальных
углеродистых сталей (ГОСТ 1435–90)
Марка стали | Массовая доля элемента, % | ||||
Углерода | Кремния | Марганца | Серы | Фосфора | |
не более | |||||
У12А | 1,15–1,25 | 0,17–0,33 | 0,17–0,33 | 0,025 | 0,025 |
При комнатной температуре структура стали У12 – Перлит+ Цементит
Углеродистые заэвтектоидные стали после горячей пластической обработки {ковки или прокатки) и последующего охлаждения на воздухе имеют структуру, состоящую из пластинчатого перлита и избыточного цементита, который обычно образует сплошную или прерывистую сетку по границам бывших зерен аустенита.
Углеродистые стали наиболее целесообразно применять для инструментов небольшого сечения (до 5 мм), которые можно закаливать в масле и достигать при этом сквозной прокаливаемости, а также для инструментов диаметром или наименьшей толщиной 18—25 мм, в которых режущая часть приходится только на поверхностный слой, например напильники, зенкера, метчики.
Углеродистые инструментальные стали отпускают при температурах не более 200 °С во избежание снижения твердости. Твердость окончательно термически обработанного инструмента из углеродистых сталей обычно лежит в интервале 57–63 HRC, а прочность при изгибе составляет» 1800–2700 МПа.
Достоинствами углеродистых инструментальных сталей является низкая стоимость, хорошая обрабатываемость давлением и резанием в отожженном состоянии.
Их недостатками являются невысокие скорости резания, ограниченные размеры инструмента из-за низкой прокаливаемости и его значительные деформации после закалки в воде.
Высокопрочный чугун ВЧ80
В зависимости от формы графита и условий его образования различают следующие группы чугунов: серый – с пластинчатым графитом; высокопрочный – с шаровидным графитом; ковкий – с хлопьевидным графитом. Схемы микроструктур чугуна в зависимости от металлической основы и формы графитовых включений представлены на рис.35.
Рисунок 3 - Схемы микроструктур чугуна в зависимости от металлической
основы и формы графитовых включений
Наиболее широкое распространение получили чугуны с содержанием углерода 2,4…3,8%. Чем выше содержание углерода, тем больше образуется графита и тем ниже его механические свойства, следовательно, количество углерода не должно превышать 3,8 %. В то же время для обеспечения высоких литейных свойств (хорошей жидкотекучести) углерода должно быть не менее 2,4 %.
Углерод и кремний способствуют графитизации, марганец затрудняет графитизацию и способствует отбеливанию чугуна. Сера способствует отбеливанию чугуна и ухудшает литейные свойства, ее содержание ограничено – 0,08…0,12 %. Фосфор на процесс графитизации не влияет, но улучшает жидкотекучесть, Фосфор является в чугунах полезной примесью, его содержание – 0,3…0,8 %.
Графитовые включения можно рассматривать как соответствующей формы пустоты в структуре чугуна. Около таких дефектов при нагружении концентрируются напряжения, значение которых тем больше, чем острее дефект. Отсюда следует, что графитовые включения пластинчатой формы в максимальной мере разупрочняют металл. Более благоприятна хлопьевидная форма, а оптимальной является шаровидная форма графита. Пластичность зависит от формы таким же образом. Относительное удлинение
( ) для серых чугунов составляет 0,5 %, для ковких – до 10 %, для высокопрочных – до 15%.
Наличие графита наиболее резко снижает сопротивление при жестких способах нагружения: удар; разрыв. Сопротивление сжатию снижается мало.
Положительные стороны наличия графита:
- графит улучшает обрабатываемость резанием, так как образуется ломкая стружка;
- чугун имеет лучшие антифрикционные свойства, по сравнению со сталью, так как наличие графита обеспечивает дополнительную смазку поверхностей трения;
- из-за микропустот, заполненных графитом, чугун хорошо гасит вибрации и имеет повышенную циклическую вязкость;
- детали из чугуна не чувствительны к внешним концентраторам напряжений (выточки, отверстия, переходы в сечениях);
- чугун значительно дешевле стали;
- производство изделий из чугуна литьем дешевле изготовления изделий из стальных заготовок обработкой резанием, а также литьем и обработкой давлением с последующей механической обработкой.
Высокопрочные чугуны (ГОСТ 7293) могут иметь ферритную (ВЧ 35), феррито-перлитную (ВЧ45) и перлитную (ВЧ 80) металлическую основу. Получают эти чугуны из серых, в результате модифицирования магнием или церием (добавляется 0,03…0,07% от массы отливки). По сравнению с серыми чугунами, механические свойства повышаются, это вызвано отсутствием неравномерности в распределении напряжений из-за шаровидной формы графита.
Чугуны с перлитной металлической основой имеют высокие показатели прочности при меньшем значении пластичности. Соотношение пластичности и прочности ферритных чугунов - обратное.
Высокопрочные чугуны обладают высоким пределом текучести, σВ = 300…420 МПа, что выше предела текучести стальных отливок. Также характерна достаточно высокая ударная вязкость и усталостная прочность,σв = 230…250 МПа, при перлитной основе.
Высокопрочные чугуны содержат: углерода – 3,2…3,8 %, кремния – 1,9…2,6 %, марганца – 0,6…0,8 %, фосфора – до 0,12 %, серы – до 0,3 %.
Обозначаются индексом ВЧ (высокопрочный чугун) и числом, которое показывает значение предела прочности, умноженное на .
Сталь Ст.5пс –сталь углеродистая, конструкционная, обыкновенного качества.
Ст. – сталь, 5 – номер по ГОСТу, пс – полуспокойная (по степени раскисления – раскисляются добавлением в плавку марганца и кремния). Назначение: ответственные детали (валы, оси, шестерни)
Контрольная работа (домашнее задание) № 2.
Задание:
1. Расшифровать заданные марки сталей и указать их назначение.
2. Для заданных детали и инструмента выбрать соответствующие из приведенных в варианте марок сталей и обосновать выбор.
3. Разработать последовательность операций термической обработки детали и инструмента, обеспечивающие заданную твёрдость материала детали и инструмента.
4. Подробно описать все этапы термической обработки детали и инструмента – цель данного этапа термической обработки; температура и условия нагрева; структура стали при температуре нагрева; скорость охлаждения (охлаждающая среда); структура и свойства стали после охлаждения.
5. Дать анализ соответствия полученных свойств стали условиям работы детали и инструмента.
№ Вари- анта | Деталь, HRC | Инстру-мент, HRC | Марки стали |
Вилка | Фреза | 20Х; Р18; 45ХГА; Х | |
Рычаг | Резец | 20ХНА; Р9; 45ХА; ХГ | |
Палец | Резец | 45ХНТ; Р9; 20ХГ; ХГ | |
Шестерня | Штамп | 18ХГТ; 5ХНМ; 45ХНМ; ХГ | |
Рычаг | Штамп | 45ХНА; Р9; 20Х; 5ХНВ | |
Ось | Калибр | 35ХА; ХГ; 20Х; ШХ15 | |
Шестерня | Штамп | 18ХГТ; Р18; 45ХНА; 5ХНВ | |
Ось | Калибр | 40ХА; 20Х; Х; Р9 | |
Рычаг | Штамп | 40ХНА; 20ХГ; 5ХНС; 9ХВГ | |
Ось | Палец | 35ХА; 20Х; Р18; 5ХНС | |
Шестерня | Штамп 52 | 18ХГТ; ХГ; 45ХНМ; ХГ | |
Палец | Калибр | 15Х; 40ХНА; ШХ15; ХГ | |
Ось | Фреза | 40ХН; 20Х; Р18; ХГТ | |
Палец | Фреза | 40ХНМ; Р9; 15ХН; ХВ5 | |
Вилка | Сверло | 40Х; 20ХН; Р9; 5ХНТ | |
Рычаг | Резец | 20ХН; ХГ; 45ХА; Р9 | |
Палец | Штамп | 40ХС; 20Х; 5МНС; Х | |
Рычаг | Калибр | 20ХН; Р9; 45ХА; Х | |
Шестерня | Резец | 18ХГТ; Р9; 45ХА; Х | |
Вилка | Сверло | 40Х; 20ХН; 5ХНТ; Р9 | |
Палец | Фреза | 40ХН; 20Х; Р9; ХВ5 | |
Палец | Резец | 40ХНТ; Р18; 20ХНА; Х | |
Стержень | Фреза | 45ХА; Р9; 18ХГТ; ХВГ | |
Шестерня | Фреза | 35ХНТ; ХГ; 20Х; Р9 | |
Ось | Сверло | 40Х; Р18; 20ХНА; ХГ |
Контрольная работа (домашнее задание) № 3.