Борирование сталей. Марки сталей. Технология прокатки

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего

профессионального образования

«Ярославский государственный технический университет»

Кафедра «Технология металлов»

Контрольная работа по дисциплине

«Материаловедение»

Работу выполнил

студент гр. ДСА-24

________ Е.В. Кочурова

«___»________2012г.

2012

Борирование сталей и сплавов

Борирование -- процесс химико-термической обработки, диффузионного насыщения поверхности металлов и сплавов бором при нагреве и выдержке в химически активной среде. Борирование приводит к упрочнению поверхности.

Борирование проводят преимущественно с целью повышения износостойкости (в условиях сухого трения, скольжения со смазкой и без смазки, абразивного изнашивания, фреттинг-коррозии). Борирование повышает также коррозийную стойкость железоуглеродистых сплавов во многих агрессивных средах и жаростойкость при температурах ниже 850 С⁰.

Борирование можно проводить всеми известными методами и способами. Промышленное применение получили: борирование в порошковых смесях, электролизное борирование, жидкостное безэлектролизное борирование, ионное борирование и борирование из обмазок (паст).

Борирование чаще всего проводят при электролизе расплавленной буры (Na2B4O7). Изделие служит катодом. Температура насыщения 930--950 °C, выдержка 2 -- 6 часов.

Борирование можно проводить при отливке деталей. В этом случае на поверхность литейной формы наносится слой специальной боросодержащей массы (пасты). При использовании выжигаемых моделей из пенопластов боросодержащая паста наносится на поверхность модели. Способ отличается производительностью и простотой.

Борирование применяют для повышения износостойкости втулок грязевых нефтяных насосов, дисков пяты турбобура, вытяжных, гибочных и формовочных штампов, деталей пресс-форм и машин литья под давлением. Стойкость деталей после борирования увеличивается в 2 -- 10 раз. Изделия, подвергшиеся борированию, обладают повышенной до 800 °C окалиностойкостью и теплостойкостью до 900-950 °C. Твердость борированного слоя в сталях перлитного класса составляет 15 000-20 000 МПа.

Классификация методов борирования

1.Борирование в порошках в герметизируемых контейнерах

В качестве насыщающих сред при этом способе борирования можно использовать порошки аморфного и кристаллического бора, карбида бора, ферробора, боридов переходных металлов. С целью предотвращения спекания порошков в них часто вводят инертные добавки (А1203, MgO) в количестве от 20 до 60% , а для ускорения процесса - активаторы (NaF, A1F3, KBF4 и др.) в количестве 1-5% от массы смеси.

Из известных смесей для борирования в порошках предпочтение следует отдать следующим смесям на основе карбида бора:

1) 100 % В4С; 2) 98,5...98 % В4С + 1,5...2,0 %A1F3.

Перед использованием компоненты порошковых смесей подсушивают, измельчают, просеивают, дозируют в необходимых количествах и смешивают. Карбид бора передтупотреблением рекомендуется прокаливать при температуре 350-400°С в течение 1,5-2 ч. Отработанные смеси регенерируются путем добавления 20-30% свежей смеси. Температура формирования плавкого затвора должна находиться в пределах 500-700°С.

Насыщение проводят при температуре 900-1000°С в течение 2-6 ч. Длительность выдержки выбирают исходя из требуемой толщины боридного слоя. Как показывает опыт, для подавляющего большинства изделий боридный слой толщиной 80-150 мкм оказывается вполне достаточным. Длительность прогрева тигля устанавливается из расчета 30 мин на 100 мм сечения тигля.

После истечения времени выдержки контейнеры выгружают из печи, охлаждают на воздухе и распаковывают. С целью устранения припекания смеси к поверхности деталей рекомендуется их извлекать из контейнера при температуре не ниже 80°С.

2. Газовое борирование

Газовое борирование проводят в специальных установках за счет разложения газообразных соединений бора: диборана (В2Н6), треххлористого бора (ВСl3), трехбромистого бора бора (ВВr3), триметил [(СН3)3В] и других веществ.

В технологическом отношении процесс газового борирования подобен процессам газовой цементации или азотирования. Борируемые детали собирают, как правило, на специальных приспособлениях и загружают в реакционную камеру, нагретую до заданой температуры, после чего реактор герметизируя установку продувают (3-5мин) инертным газе и создают избыточное давление (200-400 мм. рт. ст.). После достижения указанного давления через инжекторный смеситель в реактор подают борсодержащий газ. Наиболее часто для борирования применяют диборан и треххлористый бор, который разбавляют водородом, аргоном, очищеным азотом или аммиаком. Наибольшая скорость процесса наблюдается при использовании смесей В2Н6 и ВС13 с водородом. Соотношение диборана и

водорода должно быть в пределах 1/25-1/225, а треххлористого бора и водорода - 1/15-1/20[5]. Замена водорода азотом или аммиаком уменьшает скорость процесса, но уменьшает и его взрывоопасность, поэтому такую замену следует считать целесообразной.

Насыщение прoводят при температурах 800-850°С. Время выдержки варьируется от 2 до 6 ч. Существенное влияние на результаты борирования оказывает скорость газового потока. Для каждой установки она подбирается индивидуально. При рекомендованных режимах борирования на углеродистых сталях формируется боридный слой толщиной 50-200 мкм. По окончании процесса борирования подачу борсодержащего газа прекращают, а газ-разбавитель пропускают через установку еще 5-10 мин. По истечении указанного времени давление в реакторе уменьшают до атмосферного, прекращают подачу инертного газа, разгерметизируют установку и извлекают борированные детали.

3. Электролизное борирование

Электролизное борирование проводят на специальных установках, основными составными частями которых являются печь-ванна с металлическим тиглем, система питания постоянным током, система автоматического контроля и регулирования температуры.

Подготовленные к насыщению детали монтируют па специальных приспособлениях и подключают в цепь электролиза в качестве катода. Анодами служат графитовые (реже силитовые) стержни. Перед началом процесса детали прогревают в электролите 10-30 мин, затем включают ток электролиза, величина которого устанавливается из расчета 1 * 103...2 *103 А/м2 борируемых деталей и приспособления, и ток защиты тигля 1 * 102...2 * 102 А/м2 поверхности тигля, находящейся в расплаве[3]. Режим процесса электролизного борирования выбирают в зависимости от требуемой толщины слоя.

Электролизное борирование применяется преимущественно в массовом производстве при обработке однотипных изделий.

4. Жидкостное (безэлектролизное) борирование

Жидкостное (безэлектролизное) борирование можно проводить в любых печах-ваннах, обеспечивающих получение требуемой температуры. Обычно для этих целей применяют те же печи, что и для электролизного борирования. В качестве насыщающих сред используют расплавы на основе боратов щелочных металлов (преимущественно Na2B407), в которые добавляют электрохимические восстановители: химически активные элементы (Al, Si, Ti, Са, Мn, В и др.) или ферросплавы, лигатуры и химические соединения на их основе - ферромарганец (ФМн95), силикомарганец (СМн17), силикоциркоиий (СиЦр50), карбид бора (В4С), карбид кремния (SiC), силикокальций (СК25). Указанные вещества вводят в расплав в виде порошка с размером частиц 0,05-0,6 мм (в зависимости от природы и удельной массы восстановителя).

Оптимальное содержание восстановителя в расплаве колеблется от 20 до 40% по массе.

Для получения двухфазных (FeB + Fe2B) слоев можно рекомендовать следующие расплавы: 1) 60-70 % Na2B407 + 40-30 % В4С; 2) 80 % Na2B407 + 20 % СК25, а для получения однофазных (Fe2B) слоев: 1) 70 % Na2B407 + 30 % SiC; 2) 70 % Na2B407 + 30 % СМн17.

Наиболее рационально применение данного способа борирования в мелкосерийном и серийном производствах.

5. Борирование в обмазках (из паст)

Борирование в обмазках (из паст) целесообразно применять при упрочнении крупногабаритных изделий, а также при необходимости местного борирования. Развитие этого направления в борировании стимулируется также возможностью совмещения борирования с применяемыми на предприятиях режимами термической обработки упрочняемых деталей.

Технология процесса борирования из паст предусматривает выполнение следующих операций: приготовление обмазки, подготовка упрочняемой поверхности к насыщению, нанесение и сушка обмазки, борирование деталей по заданному режиму, охлаждение и очистка деталей от пасты. Основные компоненты пасты тщательно смешивают в специальных смесителях и разбавляют связующим до требуемой консистенции. В качестве связующих используют гидролизоваиный этилсиликат, жидкое стекло, сульфитно-спиртовую барду, декстриновый клей и т. д. Консистенция пасты определяется в основном выбранной технологией ее нанесения на детали: пульверизацией, окунанием, кистью.

После завершения режима насыщения детали охлаждают на воздухе или подвергают непосредственной закалке.

Марки сплавов. Свойства сплавов

Алюминий и сплавы Лист - 1105АМ, 1105АН, 1561Б, 1561БМ, А0М, А0Н2П, А5, А5М,А5Н, А5Н2, А5Н2П, А7м, АД0М, АД0Н, АД1М, АД1Мп, АД1Н, АД1Н2, АДМ,АДН, АДН2, АК4-1, АМг2М, АМг2Н, АМг2Н2, АМг2НР, АМг3, АМг3М, АМг3Н2,АМг5, АМг5БМ, АМг5М, АМг6, АМг6Б, АМг6БМ, АМг6М, АМц, АМцМ, АМцН,АМцН2, ВД1АТ, Д16АМ, Д16АТ, Д16чАТ, Д16чАТВ, Д19А, Д19АМ, Д19АТ,Д19чАТ, Д19чАТВ, Д1АТ, Д1Т. Плита - 1561Б, А5, АД0, АД1, АК4-1, АК4-1чт, АМг2, АМг3,АМг5, АМг6, АМг6Б, АМц, В95, Д16, Д16АТ, Д16Б, Д16БТ, Д20. Пруток - 1915, АВПП, АД1, АД33Т1, АК4-1, АК6, АК6ПП, АМг3,АМг5, АМг6, АМг6М, АМц, АМцС, В95, В95Т1, Д1, Д16, Д16ПП, Д16Т,Д16ТП, Д16Ткв, Д19Т, Д1ПП, Д1Т, Д20, Д20Т1, Д20Т1п, САП-2. Профиль - 1561, 1561М, АД31, АД31Т, АД31Т1, АМг2, АМг5,АМг6, АМц, Д16, Д16Т, Д16ЧТ, Д16ЧТПП, Д19ЧТ, Д19ЧТПП, Д20Т1. Проволока - АД, АД1, АД1М, АД1Н, АДМ, АДН, АК5Н, АМг3,АМг3Н, АМг5П, АМг5ПН, АМг6, АМг6М, АМц, АМцМ, В48, В65, Д16П, Д18,Д18П, Д19П, Д1П, Катанка, СвА85Т, СвАК5, СвАК5Н, СвАМг3, СвАМг3Н,СвАМг5, СвАМг6, СвАМг6М, СвАМг6Н, СвАМц, СвАМцМ, СвАМцН. Лента - А6Н, АМг6М. Латунь и сплавы Пруток - Л63, Л63 ПР, Л63ПТ, ЛС59-1ПР, ЛС59-1ПТ, ЛС59-1Т. Плита - Л63Г/К, ЛС59, ЛС59-1. Лента - Л63М, Л63ПТ, Л63Т, Л68М, Л68ПТ. Лист - Л63М, Л63Т, Л63ПТ, ЛС59-1Т. Проволока - Л63М, Л63ПТ, Л63Т, ЛС59-1Т. Труба - Л63М, Л63ПТ, Л63Т, Л68П, Л68ПТ, ЛО 70-1, ЛС59-1Т. Cетка - Л80. Сырьё - ЛК. Бронза и сплавы Отливка - БРАЖ 9-4, БРОЦС 555. Пруток - БРАЖ 9-4, БРАЖМЦ, БРАМЦ 9-2, БРБ2, БРОФ, БРОЦС555. Сырьё - БРАЖ10-3, БРОЦ10-2, БРОЦС 555. Лента - БРБ2М, БРБ2Т, БРКМЦ, БРОФ. Лист - БРХЦРТ. Поковка - БРАЖ 9-4. Труба - БРАЖМЦ10-3-1. Медь и сплавы Плита - М1, М1ГК, М1М. Пруток - М1, М1М, М1Т, М2М, М2ПР, М2Т, М3Т. Анод - АМФ, М1. Катод - М0К, МООК. Труба - М1М, М2М, М2Т, М3М. Проволока - М1М, ММ. Лента - M1M. Лист - М1М, М1Т. Сырьё - МФ 10.

Свойства металлов и сплавов полностью определяются их структурой (кристаллической структурой фаз и микроструктурой). Макроскопические свойства сплавов определяются микроструктурой и всегда отличаются от свойств их фаз, которые зависят только от кристаллической структуры. Макроскопическая однородность многофазных (гетерогенных) сплавов достигается за счёт равномерного распределения фаз в металлической матрице. Сплавы проявляют металлические свойства, например: электропроводность и теплопроводность, отражательную способность (металлический блеск) и пластичность. Важнейшей характеристикой сплавов является свариваемость.

При охлаждении сплавов твердые растворы могут распадаться (эвтектоидный распад). Продуктом такого распада аустенита при температуре 723° С и содержании углерода 0,83% является, например, перлит. Он представляет собой смесь феррита и цементита. В процессе кристаллизации железоуглеродистых сплавов образуется также ледебурит -- эвтектическая смесь аустенита и цементита. В результате распада аустенита в интервале температур 250--450°С кристаллизуется бейнит -- высокодисперсная смесь феррита и карбида железа.

Фазовые превращения в процессе кристаллизации сплавов -- основное явление, используемое для изменения их структуры и свойств. Многообразие свойств сталей в решающей степени определяется превращениями аустенита. В настоящее время используют стали со структурой феррита, фер/па с перлитом, бейнита и мартенсита.

Выбор сталей для строительных конструкций базируется в основном на оценке четырех основных характеристик: предела текучести стг, предела прочности при растяжении временного сопротивления, относительного удлинения 6 и ударной вязкости при отрицательной температуре. Все стали так же, как и другие сплавы для металлических конструкций, по уровню основных механических свойств, определенных при испытаниях на растяжение, принято делить на классы прочности.

С увеличением содержания углерода в стали увеличивается количество хрупкого и твердого цементита, увеличивается (при С<1%) предел прочности при растяжении и уменьшается относительное удлинение.

Стали для металлических конструкций свариваются достаточно хорошо, если содержание углерода в них не превышает 0,17--0,18%, а суммарное содержание легирующих элементов равно не более 4-- 5%.

Применяемые в строительстве низколегированные стали (с содержанием легирующих элементов до 3%) обладают значительно более высоким пределом текучести, меньшей чувствительностью к старению и склонностью к хладноломкости, чем обычные углеродистые стали. К специальным легированным сталям относятся жаростойкие, коррозионно-стойкие, износостойкие и магнитные стали.

Алюминиевые сплавы

Al, Mg, Si, Cu, Zn, Mn, Li, Be

Легкость, высокая электро- и теплопроводность, коррозионная стойкость, высокая удельная прочность.

Конструкционные материалы в авиации, строительстве, машиностроении и др.; электротехнические устройства и материалы.

Амальгама

Hg и другие металлы.

В зависимости от соотношения ртути и др. металла может быть (при комнатной температуре) жидкой, полужидкой или твёрдой.

Золочение металлических изделий, производство зеркал, стоматология, реактив- восстановитель в химии и металлургии.

Вольфрамовые сплавы

Mo, Re, Cu, Ni, Ag, оксиды (ThO2), карбиды (TaC) и др.

Пластичность, жаропрочность и высокая термо-эдс.

Детали электровакуумных приборов, высокотемпературных термопар, детали двигателей ракет и самолётов.

Железоуглеродистые сплавы (чугун, сталь, ферросплавы).

Fe, C, Р, S, Mn, Si, N, Cr, Ni, Mo, W, V, Ti, Со, Cu и др.

Механическая прочность, твердость, упругость, коррозионная устойчивость, вязкость и др.

Конструкционные материалы для всех областей техники, технологии, хозяйства, машины, инструмент.

Золотые сплавы

Au, Ag, Cu, Pt, Pd, Sb, Bi, Pb, Hg

Сплав с Ag при 20--40% Ag зеленовато-жёлтый, при 50% Ag -- бледно-жёлтый; мягкий и ковкий; сплавы Au с Cu красновато-жёлтые; более твердые и упругие, чем чистое золото.

Золочение металлических изделий, изготовление монет, ювелирных изделий, зубных протезов, электрических контактов.

Легкоплавкие сплавы

Sn, Bi, In, Pb, Cd, Zn, Sb, Ga, Hg и др.

Низкие температуры плавления (не выше 232 °С); при содержании Bi более 55% расширяются при затвердевании.

Изготовление припоев, плавких предохранителей в электроаппаратуре, прессформ и моделей для изготовления отливок сложной формы из металлов и пластмасс, металлические замазки.

Магниевые сплавы

Mg, Al, Zn, Mn, Zr, Th, Li, La, Nd, Y, Ag, Cd, Be

Лёгкость, прочность, коррозионная стойкость.

Высоконагруженные детали из прессованных полуфабрикатов, штамповок и поковок в автомобилестроении, панели, штамповки сложной формы, сварные конструкции.

Медные сплавы

Cu, Zn, Sn, Al, Ni, Be, P

Прочность, высокая электропроводность, коррозионная стойкость, пластичность.

Трубы, теплотехническая аппаратура, подшипники, шестерни, втулки, пружины, детали приборов точной механики, термопары, фасонные детали, декоративно-прикладные изделия и скульптура.

Никелевые сплавы

Cu, Co, Fe,

Ферромагнетизм, высокая пластичность и коррозионная стойкость, отсутствие аллотропических превращений, химическая стойкость.

Конструкционные материалы с высокой стойкостью к агрессивным средам, ферромагнитные изделия, магнитострикционные материалы.

Оловянные сплавы

Sn, Pb, Sb, Cu, Zn, Cd и др.

Низкая температура плавления, мягкость, коррозионная стойкость; антифрикционные свойства.

Легкоплавкие сплавы (припой, полуда) и подшипниковые материалы.

Платиновые сплавы

Pt, Rh, Ir, Pd, Ru, Ni, Co, Cu, W, Мо

Высокая температура плавления, коррозионная стойкость, механическая прочность, каталитические свойства.

Изготовление термопар электрических контактов, потенциометров, постоянных магнитов, высокотемпературных припоев, катализаторы, лабораторная посуда.

Свинцовые сплавы

Pb, Fe, Cu, Sb, Sn, Cd, Са, Ca, Mg, Li, К, Na

Прочность, твёрдость, антифрикционные, свойства, низкая температура плавления свинца, коррозионная стойкость, хорошая адгезия со многими металлами и сплавами.

Изготовление или облицовка кислотоупорной аппаратуры и трубопроводов, изготовление оболочек низковольтных и силовых кабелей, припои и полуды, подшипники, типографские сплавы, грузы, балласты, отливка дроби, сердечников пуль, изготовление решёток для свинцовых аккумуляторов.

Твёрдые сплавы

WC, TiC, TaC; связующие металлы: Co, Ni, Mo, сталь

Высокая твердость, тугоплавкость, износоустойчивость, коррозионная стойкость.

Цельнотвердосплавные изделия (инструмент) для обработки металлов, сплавов и неметаллических материалов, для оснащения рабочих частей буровых инструментов и как конструкционные материалы.

Типографские сплавы (гарт)

Pb, Sb, Sn и др.

Низкая температура плавления (240--350 °С), хорошие литейные свойства.

Изготовления литых стереотипов (полиграфическая промышленность) и элементов набора (шрифты др.).

Титановые сплавы

Al, V, Mo, Mn, Sn, Zr, Cr, Cu, Fe, W, Ni, Si; Nb и Та

Лёгкость, высокая прочность в широком интервале температур от -250 °С до 300-600 °С, коррозионная стойкость.

Конструкционные материалы в авиации, ракетостроении, химическая аппаратура.

Цинковые сплавы

Zn, Al, Cu, Mg

Невысокая температура плавления, легкость обработки давлением и резанием, сварки и пайки, возможность нанесения покрытий электрохимическим и химическим способами, удовлетворительная коррозионная стойкость.

Конструкционные и конструкционно-декоративные детали в автомобильной промышленности, электромашиностроении, оргтехнике, вкладыши подшипников, бытовые изделия, сувениры.

Штамповые стали

При изготовлении технологической оснастки используются специальные стали, многие из которых обладают особыми свойствами в отличие от сталей, обычно применяемых в машиностроении.

Наиболее ответственные детали штампов, пресс-форм и форм для литья металлов под давлением изготовляются из углеродистых и легированных инструментальных сталей определенных марок, выделенных в особую категорию и называемых штамповыми.

Штамповые стали в свою очередь подразделяются на три основные группы, а именно:

1 -- штамповые для деформирования металлов в холодном состоянии;

2 -- штамповые для деформирования металлов в горячем состоянии;

3 -- штамповые, устойчивые против коррозии.

К каждой из указанных групп сталей в соответствии с их назначением предъявляются особые требования, характеризующие данную группу.

Штамповые стали первой группы, предназначенные для изготовления штампов холодной штамповки, должны иметь после окончательной термической обработки высокую твердость на рабочих поверхностях и режущих кромках, высокую износостойкость, необходимую для сохранения формы и размеров рабочих кромок при эксплуатации штампа, высокую прочность как рабочей кромки, непосредственно воздействующей на обрабатываемый материал, так и участков штампа, воспринимающих наибольшие изгибающие и скручивающие нагрузки.

Штамповые стали второй группы должны сохранять повышенные механические свойства при высоких температурах. Их термически обрабатывают таким образом, чтобы получить большую вязкость при меньшей твердости сравнительно со сталями других групп.

Штамповые стали третьей группы применяются для изготовления из них матриц пресс-форм и форм для литья металлов под давлением. Помимо свойств сталей второй группы, они должны обладать устойчивостью против воздействия агрессивных сред -- химически активных пластмасс, агрессивных сплавов отливаемого металла.

Важнейшее требование, предъявляемое ко всем видам штамповых сталей, -- сочетание твердости с высокой вязкостью. Штамповые стали должны обладать также особыми технологическими свойствами, к которым относятся:

· хорошая обрабатываемость, т. е. способность хорошо принимать обработку резанием и обработку давлением в холодном и горячем состоянии;

· хорошая прокаливаемость, т. е. возможность получить высокую и однородную твердость, равномерную мелкокристаллическую структуру на большую глубину;

· малая чувствительность к перегреву, т. е. возможность закалки с нагревом в достаточно широком интервале температур;

· малая деформация при термической обработке;

· небольшая чувствительность к обезуглероживанию при нагреве, снижающем твердость поверхностного (рабочего) слоя металла;

· хорошая шлифуемость, определяющая высокое качество шлифованной и полированной поверхности.

Стали инструментальные углеродистые. Инструментальные углеродистые стали выпускаются с содержанием углерода от 0,65% до 1,35% и имеют следующие 16 марок: У7, У7А, У8, У8А, У8Г, У8ГА, У9, У9А, У10, У10А, У11, УНА, У12, У12А, У13 и У13А.

Стали марок У12, У12А, У13 и У13А, имеющие наиболее высокое содержание углерода и отличающиеся большой хрупкостью после закалки, при изготовлении штампов и пресс-форм не применяются. Избегают применять и сталь У9, У9А, которая при закалке получает более крупное зерно, имеет большую склонность к короблению и изменению размеров, а по прочности и пластичности уступает стали У10, У10А. Сталь УН и У11А применяется редко.

С точки зрения требований, предъявляемых к сталям, идущим на изготовление технологической оснастки, углеродистые инструментальные стали имеют ряд существенных недостатков:

· низкая износостойкость и красностойкость (при нагревании до температуры свыше 250° С сталь теряет свою твердость);

· несквозная прокаливаемость, вследствие чего твердость в средних слоях закаленных деталей значительно ниже, чем на поверхности;

· склонность к образованию трещин, усадок и значительных короблений при термообработке;

· низкая коррозийная стойкость, особенно при нагреве.

Вследствие этого углеродистые инструментальные стали употребляют только для изготовления таких деталей оснастки, которые работают с низкими нагрузками, а также в тех случаях, когда к конструкции самой оснастки не предъявляется высоких требований.

Стали инструментальные легированные. Легированной называют сталь, в состав которой наряду со всеми элементами, входящими в углеродистую сталь, входят еще и специальные добавки, влияющие на физико-механические и технологические свойства стали.

Легирующие добавки изменяют твердость, прочность, вязкость, износостойкость, коррозийную стойкость, теплопроводность, коэффициент теплового расширения и другие свойства металла.

Изменение свойств стали в результате легирования зависит не только от состава и количества легирующих элементов, но и от характера взаимодействия их с железом и углеродом, а также взаимодействия между собой. Особенно сильно сказывается влияние легирующих элементов на свойства стали в результате ее термической обработки.

В сравнении с углеродистыми сталями легированные инструментальные стали обладают следующими преимуществами:

· повышенной вязкостью в закаленном состоянии;

· более глубокой прокаливаемостью;

· меньшей склонностью к короблению, изменению размеров и трещинам при закалке;

· большей стойкостью против коррозии;

· большей износостойкостью и красностойкостью.

Для обозначения марок легированных сталей каждому употребляемому химическому элементу присвоена соответствующая буква русского алфавита, например: В-- вольфрам, Г -- марганец, К -- кобальт, М -- молибден, Н -- никель, II -- фосфор, С -- кремний, Т -- титан, У -- углерод, Ф -- ванадий, X хром и т. д. Буквой А в конце марки обозначается сталь высококачественная.

В наименовании марок легированных инструментальных сталей цифра слева от буквы показывает среднее содержание углерода в десятых долях процента. Если количество углерода превышает 0,9%, то оно не показывается. Цифры после букв показывают содержание легирующего элемента в процентах (содержание в 1 % и менее не показывается).

Например: 9Х -- сталь инструментальная легированная с содержанием углерода 0,9% и хрома 1%.

Х12 -- сталь инструментальная легированная с содержанием углерода свыше 0,9% и хрома 12%.

4ХВ2С -- сталь инструментальная легированная с содержанием углерода 0,4%, хрома около 1%, вольфрама 2% и кремния около 1 %.

Для изготовления менее ответственных деталей оснастки применяются углеродистые конструкционные стали с нормальным и повышенным содержанием марганца. Наиболее часто используются стали марок: Ст3, Ст4, Ст5, Ст6, 15, 20, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 70, 60Г, 65Г.

Для изготовления отдельных видов деталей оснастки находят применение также легированные конструкционные стали, например: 15Х, 20Х, 30Х, 35Х, 40Х, 50Х, 30ХМ, 35ХМ, 20ХГ, 35X12, 40ХН, 45ХН, 50ХН, 20ХГС, 30ХГС.

Технология прокатки. Технологический процесс прокатки. Схема прокатного стана. Прокатная клеть

Исходным продуктом для прокатки могут служить квадратные, прямоугольные или многогранные слитки, прессованные плиты или кованые заготовки. Процесс прокатки осуществляется как в холодном, так и горячем состоянии. Начинается в горячем состоянии и проводится до определенной толщины заготовки. Тонкостенные изделия в окончательной форме получают, как правило, в холодном виде (с уменьшением сечения увеличивается теплоотдача, поэтому горячая обработка затруднена).

Основными технологическими операциями прокатного производства являются подготовка исходного металла, нагрев, прокатка и отделка проката.

Подготовка исходных металлов включает удаление различных поверхностных дефектов (трещин, царапин, закатов), что увеличивает выход готового проката.

Нагрев слитков и заготовок обеспечивает высокую пластичность, высокое качество готового проката и получение требуемой структуры. Необходимо строгое соблюдение режимов нагрева. Основное требование при нагреве: равномерный прогрев слитка или заготовки по сечению и длине до соответствующей температуры за минимальное время с наименьшей потерей металла в окалину и экономным расходом топлива.

Температуры начала и конца горячей деформации определяются в зависимости от температур плавления и рекристаллизации. Прокатка большинства марок углеродистой стали начинается при температуре 1200…1150 0С, а заканчивается при температуре 950…9000С.

Существенное значение имеет режим охлаждения. Быстрое и неравномерное охлаждение приводит к образованию трещин и короблению.

При прокатке контролируется температура начала и конца процесса, режим обжатия, настройка валков в результате наблюдения за размерами и формой проката. Для контроля состояния поверхности проката регулярно отбирают пробы.

Отделка проката включает резку на мерные длины, правку, удаление поверхностных дефектов и т.п. Готовый прокат подвергают конечному контролю.

Процесс прокатки осуществляют на специальных прокатных станах.

Прокатный стан - комплекс машин для деформирования металла во вращающихся валках и выполнения вспомогательных операций (транспортирование, нагрев, термическая обработка, контроль и т.д.).

Оборудование для деформирования металла называется основным и располагается на главной линии прокатного стана (линии рабочих клетей).

Схема прокатного стана

1 - прокатные валки; 2 - плита; 3 - трефовый шпиндель; 4 - универсальный шпиндель; 5 - рабочая клеть; 6 - шестеренная клеть; 7 - муфта; 8 - редуктор; 9 - двигатель

Главная линия прокатного стана состоит из рабочей клети и линии привода, включающей двигатель, редуктор, шестеренную клеть, муфты, шпиндели.

Прокатная клеть

Прокатные валки 1 установлены в рабочей клети 5, которая воспринимает давление прокатки. Определяющей характеристикой рабочей клети являются размеры прокатных валков: диаметр (для сортового проката) или длина (для листового проката) бочки. В зависимости от числа и расположения валков в рабочей клети различают прокатные станы: двухвалковые (дуо-стан), трехвалковые (трио-стан), четырехвалковые (кватро-стан) и универсальные.

В двухвалковых клетях осуществляется только по одному пропуску металла в одном направлении. Металл в трехвалковых клетях движется в одну сторону между нижним и верхним, а в обратную - между средним и верхним валками.

В четырехвалковых клетях устанавливаются опорные валки, которые позволяют применять рабочие валки малого диаметра, благодаря чему увеличивается вытяжка и снижаются деформирующие усилия.

Универсальные клети имеют неприводные вертикальные валки, которые находятся между опорами подшипников горизонтальных валков и в одной плоскости с ними.

Шестеренная клеть предназначена для распределения крутящего момента двигателя между валками. Это одноступенчатый редуктор, передаточное отношение которого равно единице, а роль шестерен выполняют шестеренные валки.

Шпиндели предназначены для передачи крутящего момента от шестеренной клети прокатным валкам при отклонении от соосности до 10…12 0. При незначительном перемещении в вертикальной плоскости применяют шпиндели трефового типа 3 в комплекте с трефовой муфтой. Внутренние очертания трефовых муфт отвечают форме сечения хвостовика валка или шпинделя. Муфтой предусмотрен зазор 5…8 мм, что допускает возможность работы с перекосом 1…2 0. При значительных перемещениях валков в вертикальной плоскости ось шпинделя может составлять значительный угол с горизонтальной плоскостью, в этом случае применяют шарнирные или универсальные шпиндели 4, которые могут передавать крутящий момент прокатным валкам при перекосе шпинделя до 10…12 0.

Прокатные клети

В качестве двигателя прокатного стана 9 применяют двигатели постоянного и переменного тока, тип и мощность зависят от производительности стана.

Редуктор 8 используется для изменения чисел оборотов при передаче движения от двигателя к валкам. Зубчатые колеса - обычно шевронные с наклоном спирали 30^о.

По назначению прокатные станы подразделяют на станы для производства полупродукта и станы для выпуска готового проката.

Нагрев металла осуществляют в пламенных и электрических печах. По распределению температуры печи могут быть камерные и методические. В камерных печах периодического нагрева температура одинакова по всему рабочему пространству. В методических печах температура рабочего пространства постоянно повышается от места загрузки заготовок до места их выгрузки. Металл нагревается постепенно, методически. Печи характеризуются высокой производительностью. Применяются в прокатных и кузнечно-штамповочных цехах для нагрева слитков из цветных металлов. Крупные слитки перед прокаткой нагревают в нагревательных колодцах - разновидности камерных, пламенных печей.

В качестве транспортных устройств в прокатном производстве используют:

· слитковозы и различного вида тележки для подачи слитков и заготовок от нагревательных устройств к стану;

· рольганги - основное транспортное средство прокатных цехов (транспортеры с последовательно установленными вращающимися роликами обеспечивают продольное перемещение металла; при косом расположении роликов возникает возможность поперечного движения полосы);

· манипуляторы, предназначенные для правильной задачи полосы в калибр;

· кантователи, предназначенные для поворота заготовки вокруг горизонтальной оси.

Диффузионная сварка в вакууме

При этом способе сварки соединяемые детали помещают в вакуумную камеру при остаточном давлении среды 133-10-3…133-10-5 Н/м2 (10-3-10-5мм рт. ст.) и нагревают токами высокой частоты до необходимой температуры, а затем соединяют друг с другом с усилием. Удельное давление Достигает 25 МН/м2 (МПа).

способ сварки основан на диффузионном соединении материалов в вакууме без их расплавления. Образование подобного соединения объясняется возникновением металлических связей за счет локальной пластической деформации при повышенной температуре, значительным сближением поверхностей, а также взаимной диффузией в поверхностных слоях контактирующих материалов.

Диффузионная сварка в вакууме по сравнению с другими способами имеет следующие преимущества: дает возможность соединять разнородные материалы без каких-либо особых трудностей; позволяет выполнять соединения из очень тонких элементов с элементами значительной толщины; обеспечивает равнопрочность основного металла и сварного соединения; позволяет соединить любые материалы, изготовленные стандартными методами; в процессе сварки отсутствует плавление металла, что исключает влияние на сварное соединение целого ряда неблагоприятных металлургических явлений, удешевляет конструкцию (в частности, за счет отсутствия флюсов, припоев).

Процесс сварки с помощью диффузионного соединения условно подразделяют на две стадии.

На первой стадии происходит нагрев материалов до высокой температуры и приложение давления, что вызывает пластическую деформацию микровыступов, разрушение и удаление различных пленок на контактирующих поверхностях. При этом образуются многочисленные участки непосредственного металлического контакта (металлические связи).

Вторая стадия -- ликвидация оставшихся микронесплошностей и образование объемной зоны взаимного соединения под действием диффузии.

Для получения соединения материалов с помощью диффузионной сварки с технологической точки зрения необходимо выполнить следующие операции: очистить соединяемые поверхности (лучше всего металлической щеткой) и устранить возможность дальнейшего их окисления, приложить сжимающее усилие, нагреть соединяемые детали, обеспечив выдержку их при заданной температуре.

С помощью диффузионной сварки в вакууме можно соединять однородные и разнородные черные, цветные металлы и сплавы, а также металлокерамические изделия с металлами.

Для выполнения диффузионной сварки разработано более 40 типов сварочных диффузионных вакуумных установок (СДВУ).

Схема диффузионной сварки в вакууме:

^{1 - камера; 2 - гидравлический цилиндр; 3 - поршень со штоком; 4 - опора; 5 - нагреватель; 6 - свариваемые заготовки}

Выбор режима при диффузионной сварке зависит от рода свариваемых металлов. При сварке однородных металлов даже под микроскопом трудно установить месторасположение шва.

Диффузионную сварку в вакууме применяют для соединения трудносвариваемых металлов и сплавов, цветных металлов, металлокерамических изделий, пластин из твердых сплавов с державкой режущего инструмента. Кроме того, этим способом можно получить различные биметаллы, например, для деталей, работающих на износ.

Промышленные установки СДВУ (более 30 типов) для диффузионной сварки применяют для индивидуального, серийного и массового производств. Этим методом можно сваривать сталь с алюминием, чугуном, вольфрамом; серебро с нержавеющей сталью, платину с титаном и т. д. Этот эффективный способ соединения деталей небольших сечений легко можно автоматизировать.

Сверление

Сверление - это один из наиболее распространенных способов получения цилиндрических отверстий. Главное движение при сверлении - вращательное, движение подачи - поступательное. Оба вида движения могут сообщаться детали и инструменту. При сверлении на обычных сверлильных станках оба движения сообщаются инструменту. При сверлении на токарных станках вращается обрабатываемая деталь, а сверлу сообщается поступательное движение подачи. Наибольшее применение для сверления находят спиральные свёрла.

Схема сверления.

1 - заготовка; 2 - инструмент.

Части и элементы спирального сверла.

1 - рабочая часть; 2 - режущая часть; 3 - направляющая часть; 4 - шейка; 5 - хвостовик; 6 - лапка

Основные элементы рабочей части сверла

1 - передняя поверхность; 2 - задняя поверхность; 3 - режущая кромка;

4 - ленточка; 5 - поперечная кромки.

Режущая часть - часть сверла, заточенная на конус. Рабочая часть - часть сверла, снабженная двумя спиральными канавками. Направляющая часть - часть сверла, которая обеспечивает направление сверла в процессе резания. Хвостовик - часть сверла, служащая для закрепления сверла.

Передняя поверхность - винтовая поверхность канавки, по которой сходит стружка. Задняя поверхность - поверхность, обращенная к поверхности резания. Режущая кромка - линия, образованная пересечением передней и задней поверхностей; режущих кромок у сверла две. Ленточка - узкая полоска на цилиндрической поверхности сверла, расположенная вдоль винтовой канавки; обеспечивает сверлу направление при резании. Поперечная кромка - линия, образованная в результате пересечения обеих задних поверхностей.

Геометрия спирального сверла

Геометрические параметры спирального сверла показаны на рисунке.

Угол 2ц (удвоенный угол в плане) между режущими кромками колеблется в широких пределах в зависимости от обрабатываемого материала. Угол наклона винтовой канавки щ определяет величину переднего угла и колеблется от 100 до 45° в зависимости от обрабатываемого материала.

Угол ш - угол наклона поперечной режущей кромки измеряется между проекциями поперечной и главной режущей кромок на плоскость, перпендикулярную оси сверла.

Для определения геометрических параметров режущих кромок их рассматривают

в плоскости NN, перпендикулярной к режущей кромке;

в плоскости ОО, параллельной оси сверла. Передний угол г рассматривается в плоскости NN.

Угол наклона винтовой канавки щ и задний угол б рассматриваются в Плоскости ОО.

Элементы резания при сверлении

Скоростью резания при сверлении называется окружная скорость вращения наиболее удаленной от оси сверла точки режущей кромки.

Подачей при сверлении называется перемещение сверла вдоль оси за один его оборот. Величина подачи измеряется в миллиметрах на один оборот сверла и обозначается S мм/об . Т.к. сверло имеет две главные режущие кромки, то подача, приходящаяся на каждую из них S_z= S/2.

Как и при точении, подачу можно измерять и в мм. за 1мин. (минутная подача)

S_M = S?n мм/мин.

a - толщина среза в мм., измеряемая в направлении, перпендикулярном к режущей кромке;

b - ширина среза в мм., измеряемая вдоль режущей кромки;

t - глубина резания - расстояние от обрабатываемой поверхности отверстия до оси сверла t = D/2.

борирование сталь прокатка сварка сверление

Список литературы

1. Кузьмин Б.А. Технология металлов и конструкционные материалы. - М.: Машиностроение, 1981.-351 с.

2. Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедение. - М.: Москва "Машиностроение", 1980.- 493 с.

3. Солнцев Ю.П., Пряхин Е.И. Материаловедение. - М.: ХИМИЗДАТ, 2007.- 784 с.

Размещено на Allbest.ru