Свойства быстрорежущих сталей. Хрупкое разрушение стали

Технологический процесс изготовления режущих пластин токарного обрезного резца. Режим термической обработки, структура и механические свойства стали для валов двигателей внутреннего сгорания. Характеристика быстрорежущих сталей. Явление хладноломкости.

Рубрика Производство и технологии
Вид контрольная работа
Язык русский
Дата добавления 25.08.2015
Размер файла 50,6 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Задание 1.

Опишите технологический процесс изготовления режущих пластин токарного обрезного резца, работающего с заготовками диаметром 60 мм; материал заготовки - сталь 45.

Ответ:

Пластины твердосплавные являются сменными частями для режущего инструмента. Каждый сплав твердосплавных пластин применяется для обработки различных материалов - это позволяет качественно выполнять необходимую работу путём замены одной пластины на другую. Твердосплавные пластины находят применение в изготовлении металлорежущего, бурового инструмента.

Твердые сплавы - это твердый износостойкий металл, который сохраняет свои свойства даже при очень высоких температурах (до 1150°С).

Для данных условий резания следует использовать титано-вольфрамо-кобальтовые сплавы Т30К4 или Т15К6.

Технологический процесс изготовления режущих пластин токарного обрезного резца будет включать:

- получение выбранного материала;

- получение заготовок из выбранного материала;

Принципиально технологические схемы производства всех существующих марок порошковых твердых сплавов идентичны, но могут и существенно различаться по условиям проведения и наличию или отсутствию отдельных технологических операций.

В качестве исходных материалов используют триоксид вольфрама (вольфрамовый ангидрид), полученный прокалкой вольфрамовой кислоты или паравольфрамата аммония, диоксид титана, оксиды кобальта, тантал в виде порошка или пентаоксида и сажу.

Рис. 1. Принципиальная технологическая схема производства твердых сплавов ВК, ТК и ТТК

Типовая технологическая схема производства порошкового твердого сплава приведена на рис. 1. Как видно из рис. 1, основным исходным сырьем для производства металлокерамических твердых сплавов (ТК) являются трехокись вольфрама (вольфрамовый ангидрид), окись кобальта, карбонильный никель, двуокись титана, порошок вольфрама и кобальта.

Процесс производства состоит из следующих основных технологических операций:

а) восстановления вольфрама из вольфрамового ангидрида;

б) карбидизации вольфрама;

в) смешения порошков карбида, вольфрама, титана с кобальтом;

г) прессования изделий из приготовленных смесей;

д) спекания сформованных изделий;

е) механической обработки готовых изделий;

ж) контроля качества готовых изделий и их упаковки.

Вольфрамовый ангидрид WО3 (триоксид вольфрама), получают прокалкой технической вольфрамовой кислоты (H24) или паравольфрамата аммония (ПВА) при 500-800°С.

Иногда вольфрамовый ангидрид подвергают предварительному измельчению в шаровых вращающихся мельницах, что позволяет при его последующем восстановлении водородом даже при достаточно высокой температуре получать мелкозернистый вольфрамовый порошок.

Диоксид титана ТiO2, используемый при производстве сплавов ТК и ТТК, соответствующий ТУ 6-10-1394-78, получают прокаливанием метатитановой кислоты (продукт переменного состава, содержащий TiО2, Н2О и SО3) в барабанных вращающихся печах с футеровкой из высокоглиноземистого кирпича при 850-1000°С в течение 6-8 ч.

Оксид кобальта (Со2О3 или Со3О4) по ТУ 48-19-33-79 получают либо из металлического кобальта, либо из технического гидроксида кобальта. В первом случае исходный металлический кобальт (продукт пирометаллургической обработки мышьяковых, сульфидных и окисленных кобальтовых руд) сначала растворяют в соляной кислоте и очищают раствор от примесей железа, марганца и др. После этого осаждают из раствора оксалат кобальта СоС2О4 (щавелевокислый кобальт), который отфильтровывают, промывают, обезвоживают и прокаливают при 350-400°С, получая черный порошок оксида кобальта, содержащий, %: Со ? 70; Ni ? 1,5; Mn ? 0,09; Fe ? 0,06; Са ? 0,01; Na ? 0,018. Во втором случае технический гидроксид кобальта, полученный при переработке конвертерных шлаков, восстанавливают при 600-700°С, а спекшуюся массу металлического кобальта обрабатывают горячей соляной кислотой, после чего из очищенного раствора хлористого кобальта осаждают щавелевокислый кобальт и получают из него оксид кобальта, как указано выше.

В производстве твердых сплавов используют ламповую или газовую сажу - продукт термического разложения углеводородов. По ГОСТ 7885-77 такая сажа имеет удельную поверхность 12-16 м2/г, содержит влаги не более 0,5%, зольность ее не более 0,2%. Перед применением для получения порошка вольфрама или карбидов сажу можно прокалить при 750-800°С в муфельных электропечах, чтобы уменьшить содержание в ней летучих примесей и влаги.

Порошок вольфрама (б-модификация с кубической кристаллической решеткой, период которой а = 0,316 нм) получают восстановлением WО3 водородом или углеродом (сажей); его цвет изменяется в зависимости от зернистости от черного (мелкие порошки) до серого (крупнозернистые порошки).

Наиболее широко применяют способ восстановления вольфрамового ангидрида водородом, осуществляемый в электропечах либо толкательного типа с горизонтально расположенными 2-13 стальными трубами диаметром 50-75 мм и длиной 5-7 м или 1-4 муфелями прямоугольного сечения (например, 160 Ч (40-50) или 300 Ч 70 мм) и длиной 4-6 м, либо с вращающейся трубой диаметром 250 - 400 мм и длиной 1,5-4 м. Такие печи имеют по длине 2-3 температурные зоны и противоточную или прямоточную подачу водорода. Режимом восстановления (температурой по зонам нагрева, скоростью продвижения WО3 через печное пространство, количеством WО3 в лодочке, расходом, влажностью и направлением подачи водорода) определяется зернистость получаемого порошка вольфрама.

Оксидное соединение кобальта восстанавливают водородом в трубчатых или муфельных электропечах при 500-700°С в течение 4-5 ч. Мягкие, легко рассыпающиеся брикеты при растирании и просеве на вибросите через сетку № 004 превращаются в порошок кобальта с частицами размером 1-5 мкм, насыпной плотностью <0,75 г/см3 и содержанием кислорода <0,7 %.

Далее получают карбиды титана и вольфрама Карбиды вольфрама получают путем науглероживания вольфрамового порошка. Размер зерна карбида вольфрама зависит от размера зерна вольфрамового порошка, температуры и времени науглероживания. До науглероживания могут добавлять небольшое количество ванадия и/или хрома для контроля размера зерна на последующих стадиях обработки вольфрамового порошка. Для различных областей применения используются различные порошки карбидов вольфрама, количество модификаций которых может быть очень большим.

Карбид титана - химическое соединение металла титана и углерода с формулой TiC - получают прокаливанием диоксида титана с сажей в специальных индукционных печах.

Получение смеси порошкообразных компонентов, образующих в конечном счете твердый сплав, сводится, по существу, к способу добавки цементирующего металла к порошкам одного или нескольких карбидов; наиболее часто применяют химическое или механическое смешивание.

Карбидная основа твердосплавной смеси делает ее малопластичной, трудно прессуемой и плохо формуемой. Поэтому в большинстве случаев перед формованием заготовок к смеси добавляют какое-либо пластифицирующее вещество, одновременно обладающее способностью склеивать частицы (порошинки) друг с другом. На практике такими добавками служат глицерин, парафин, гликоль, камфора, олеиновая кислота и синтетический каучук, наиболее широко применяемый в виде его раствора в бензине (СК).

Далее смесь с пластификатором, подготовленную к уплотнению, прессуют в заготовку заданной формы и размеров на гидравлических или механических прессах при давлении 50-250 МПа. При относительно простой геометрии изделия стремятся прессовать заготовку полным профилем, тогда как при наличии в готовом изделии скосов, конусов и т.п. прессуют заготовку упрощенной формы, а затем подвергают ее требуемой механической обработке. Линейное упругое последействие не превышает 0,5-1,5 % и увеличивается с повышением давления прессования и содержания кобальта в смеси. Для повышения точности изготовления желательно при прессовании на гидропрессе выдерживать заготовки под давлением в течение 30-60 с. Целесообразно применять двустороннее прессование и разъемные пресс-формы.

Пористость прессовок обычно составляет 40-50 % и не влияет на конечные свойства спеченного изделия, если соблюдено условие равноплотности заготовки по объему.

Трудность получения качественных (равноплотных) прессовок сложной формы делает неизбежным применение механической обработки заготовок до спекания. При этом удаляют дефектные участки заготовок, что повышает механические свойства спеченных изделий.

Перед простой механической обработкой заготовки сушат при 150-200°С в шкафах с электрическим (рабочее пространство шкафа по условиям техники безопасности должно быть герметично изолировано от нагревателей) или паровым обогревом либо в сушилах с нагревом инфракрасными лучами. При нагреве, если пластификатором служил синтетический каучук, бензин улетучивается, а каучук частично подвергается деструкции и полимеризации, что приводит к увеличению прочности заготовки до уровня, достаточного для ее заточки или шлифования абразивными кругами. Перед более сложной механической обработкой (фрезерованием, сверлением и т.п.) заготовки подвергают предварительному спеканию при 650-900С в водороде, во время которого полностью удаляются бензин и каучук, а межчастичные связи развиваются и их прочность существенно повышается.

Переходим к спеканию. Спекание в технологии твердых сплавов является важнейшей операцией, в процессе осуществления которой высокопористая заготовка превращается в практически беспористое (остаточная пористость 0,1-0,2 %) изделие с требуемыми физическими и механическими свойствами. Нагрев заготовок сопровождается появлением жидкой фазы вследствие расплавления эвтектики (двойной, тройной или более сложной по составу) и перекристаллизацией через нее некоторого (иногда весьма существенного) количества карбидной основы твердого сплава, что оказывает решающее влияние на формирование конечной микроструктуры спеченного изделия. Независимо от марки твердого сплава при нагреве сначала выгорает пластификатор и восстанавливаются оксиды на поверхности частиц металла - связки, затем за счет диффузионных процессов развиваются межчастичные связи, образуется твердый раствор карбидов в кобальте и происходит уплотнение, достигающее максимума при появлении жидкой фазы; при охлаждении завершается формирование структуры прежде всего в части приобретения карбидными частицами окончательного размера и формы.

При спекании ТК-сплавов, температура спекания практически не зависит от марки твердого сплава и составляет 1500- 1550°С при спекании в водороде или 1450-1480 °С при спекании в вакууме, что в любом случае значительно превышает температуру плавления эвтектики в системе TiC- WC - Со. Сложный карбид (Ti, W)C в меньшей степени растворяется в кобальте и хуже смачивается им, чем WC. Кроме того, при совместном присутствии (Ti, W)C и WC рост их частиц затрудняется, причем тормозящее влияниеWC на рост частицСП, W)C заметнее, чем влияние (Ti, W)C на рост зерен WC. Основная масса зерен карбидов имеет размер 1 - 2 мкм.

Так как в структуре промышленных сплавов ТК эвтектические включения WC и (Ti, W)C отсутствуют, то, по-видимому, при затвердевании кобальтовой фазы эти карбиды выкристаллизовываются из нее на имеющихся избыточных кристаллах WC и (Ti, W)C. В результате перекристаллизации через кобальтовую фазу зерна (Ti, W)C приобретают округлую форму из-за большого поверхностного натяжения, свойственного этому твердому раствору. Если зерно (Ti, W)C по объему имеет переменную концентрацию WC в TiC, то при травлении наблюдается различная окраска его центральной и периферийной части (так называемая кольцевая структура сплава ТК). Сплавы Т5К10, Т5К12, Т14К8 и Т15К6 по структуре трехфазные - WC, (Ti, W)C и кобальтовая фаза, а сплав Т30К4 двухфазный - (Ti, W)C и кобальтовая фаза. При спекании в водороде фаза з в сплавах ТК отсутствует, так как они практически не обезуглероживаются; в структуре может присутствовать свободный графит в количестве до 0,2-1,5% (объемн.) из-за науглероживания, чему способствует проведение спекания заготовок в засыпке из графитовой крупки. Обезуглероживание сплавов опаснее, чем их науглероживание, так как при появлении фазы их сплавы ТК заметно охрупчиваются.

При спекании в вакууме (остаточное давление 0,6-1,3 гПа) смачиваемость фазы (Ti, W)C кобальтовой фазой улучшается (краевой угол смачивания уменьшается вплоть до 0°) и происходит эффективное обезгаживание жидкой фазы в момент ее появления. Это приводит к ускорению уплотнения спекаемых заготовок и облегчает рост зерен карбидных фаз. Так как при спекании в вакууме кобальт частично улетучивается, исходные смеси должны содержать его избыток примерно в 0,5 % против заданного состава. При спекании в вакуумных печах садочного типа смеси также должны содержать некоторый избыток углерода (0,2 - 0,5 % по массе по отношению к стехиометрическому составу) для компенсации обезуглероживания из-за его взаимодействия с кислородом остаточного воздуха в рабочем пространстве печи и оксидами кобальта. При спекании в проходных вакуумных печах непрерывного действия с графитовой трубой избыток углерода в исходной смеси не нужен, поскольку в рабочем пространстве печи постоянно поддерживается восстановительная атмосфера из оксида углерода, образующегося при окислении графита трубы.

Прочностные и эксплуатационные свойства сплавов, спеченных в вакууме, выше, чем у спеченных в водороде, что может быть связано с более благоприятным соотношением размеров зерен карбидных фаз:

Таблица 1

Марка

Содержание основных компонентов

Физические и механические свойства

карбид вольфрама

карбид титана

кобальт

уизг, МПа (не менее)

плотность г/см3

твердость HRA

коэрц. сила, А/м

Т30К4

66

30

4

980

9,5-9,8

92

10135-14310

Т15К6

79

15

6

1176

11,1-11,6

90

Плотность спеченного сплава ТК близка к рассчитанной аддитивно с учетом плотностей карбидов и кобальта; ее несколько меньшее значение связано с остаточной пористостью и наличием включений свободного графита и других примесей. Теплопроводность сплавов ТК ниже, чем сплавов ВК, так как теплопроводность (Ti, W)C меньше теплопроводности WC. Коэрцитивная сила сплава ТК определяется содержанием в нем кобальтовой (ферромагнитной) фазы и зернистостью карбидных фаз, причем сплав с мелкозернистой фазой WC и крупнозернистой фазой (Ti, W)C может иметь такую же коэрцитивную силу, как и сплав с крупнозернистой фазой WC и мелкозернистой фазой (Ti, W)C.

Твердость сплавов ТК с увеличением содержания кобальта снижается, оставаясь выше, чем у сплавов ВК с аналогичным количеством кобальта, так как карбид титана и, соответственно, (Ti, W)C тверже, чем WC. Временное сопротивление при изгибе и сжатии, возрастая с увеличением количества кобальта и уменьшением содержания карбида титана в сплаве, все-таки существенно ниже по сравнению со сплавами ВК с аналогичным содержанием кобальта.

Необходимо отметить, что абсолютные значения определяемых физических и механических характеристик зависят не только от состава твердого сплава и технологических режимов при его изготовлении, но и от размеров и приемов подготовки образцов к соответствующим испытаниям.

На следующей стадии проводят контроль качества твердосплавных изделий. Форма, линейные и угловые размеры, радиусы сопряжений режущих кромок и других поверхностей, а также допустимые отклонения на размеры изделий должны соответствовать требованиям ГОСТ 2209-82. Годные изделия, не имеющие трещин расслоя и выкрашивания, сдаются на маркирование или механическую обработку (выполняется по мере необходимости).

В твердых сплавах в зависимости от условий спекания уже в исходном состоянии могут формироваться напряжения сжатия и растяжения, глубина которых не превышает 0,1 мм. Для достижения высокой точности и качества поверхности пластины из твердых сплавов после спекания подвергаются механической обработке на плоскошлифовальном прецизионном станке.

Приготовленные методом спекания обработанные пластины твердого сплава припаивают к корпусу инструмента, изготовленного из углеродистой стали 45. Коэффициент линейного расширения применяемой стали в 2 раза больше, чем у твердого сплава Т30К4. Это обстоятельство требует, чтобы нагрев и охлаждение твердосплавного инструмента при пайке происходили равномерно, в противном случае на пластинах твердого сплава образуются трещины.

Задание 2.

На заводе изготавливали валы двигателей внутреннего сгорания диаметром 60 мм из стали с пределом текучести 200...230 МПа и относительным удлинением 20...22%. В дальнейшем был получен заказ на валы такого же диаметра для более мощных двигателей. Завод должен был гарантировать для валов одного типа предел текучести у0,2 не ниже 600 МПа и ударную вязкость не ниже 600 кДж/м2, а для валов другого типа у0,2 не ниже 800 МПа и ударную вязкость не ниже 800 кДж/м2. Укажите стали, режим термической обработки, структуру и механические свойства после окончательной обработки. Укажите, как изменится отношение у0,2в у выбранных сталей в результате выполнения улучшающей термической обработки.

Ответ:

Изначально валы изготавливались из углеродистой конструкционной качественной стали 40.

Для выполнения заказа в первом случае достаточно использовать конструкционную легированную хромоникелевую сталь 20ХН, во втором случае 20ХНР.

В обоих случаях следует применить улучшение (закалку + высокий отпуск).

Сталь 20ХН (0,2% углерода, по 1% хрома и никеля), 20ХНР имеет аналогичный химический состав, но с дополнительным легированием бором, который увеличивает прокаливаемость стали. Хромоникелевые стали являются наилучшими конструкционными сталями; они обладают высокой прочностью и вязкостью, что особо важно для деталей, работающих в тяжелых условиях.

Последовательность операций предварительной и окончательной термообработки деталей в обоих случаях будет состоять из цементации, двойной закалки и низкого отпуска.

Цементацию проводим в газовом карбюризаторе - газовая цементация. При газовой цементации в качестве карбюризатора используют разбавленный природный газ, контролируемые атмосферы, получаемые в специальных генераторах, а также жидкие углеводороды (керосин, бензол, и др.), каплями подаваемые в герметичное рабочее пространство печи, где они образуют активную газовую среду. Концентрация углеродного потенциала газовой смеси должна быть больше концентрации углерода на поверхности стали: будет происходить науглероживание.

Типичная структура цементованного слоя на поверхности стали после медленного охлаждения от температуры цементации: наружная часть слоя имеет структуру заэвтектоидных сталей - перлит и вторичный цементит, который при медленном охлаждении выделяется на границах аустенитных зерен в виде оболочек. Средняя часть слоя, имеющая эвтектоидную концентрацию, состоит из перлита. Далее по направлению к сердцевине концентрация углерода уменьшается, структура соответствует доэвтектоидной стали.

После цементации структура поверхностного слоя соответствует изменением структуры на диаграмме Fe-C. При этом на поверхности детали возникает неблагоприятная структура, в виде сплошной сетки вторичного цементита по границе зерен. Несмотря на самую высокую твердость цементитная сетка сильно охрупчивает металл и может вызвать выкрашивание поверхности. Для исправления структуры и получения нужных свойств детали после цементации в обязательном порядке подвергают дополнительной термообработке. Она включает в себя одинарную или двойную закалку и последующий низкий отпуск. Если деталь не имеет ответственного назначения, то после цементации применяют одну закалку. Нагревают до 880-900єС и охлаждают в масле. Закалка с такой температурой вызывает частичное растворение цементитной сетки. В результате вместо сплошных выделений вторичного цементита по границам образуются отдельные мелкие включения по всему объему металла. Но закалка с такой температурой сохраняет крупнозернистое строение стали. Поэтому вязкость будет пониженная. Отпуск при температуре 160-180є С позволяет уменьшить закалочные напряжения без уменьшения твердости.Для ответственных деталей, подвергающихся ударным нагрузкам применяют сложную ТО, которая состоит из трех операций.

1. Высокотемпературная закалка 860-880є С, которая для крупногабаритных деталей может быть заменена на нормализацию. Эта операция термообработки направлена на устранение цементитной сетки.

2. Закалка 760-780є С (обязательная). Повторная закалка позволяет измельчить зерно в стали и соответственно повысить её вязкость.

3. Низкий отпуск (1-2 часа). Цель - снятие закалочных напряжений. Дополнительная обработка после цементации позволяет перевести перлитную структуру в мартенситную. Это обеспечивает увеличение прочности и твердости поверхности.

Окончательные свойства детали получаются после цементации при термообработке, поверхность будет иметь 700-750 НВ, середина свои свойства не изменяет: 180-200 НВ.

Отношение у0,2в для сталей 20ХН (20ХНР) до термообработки:

20ХН: 175/410 = 0,42; 20ХНР: 270/550 = 0,49.

Отношение у0,2в для сталей 20ХН (20ХНР) после ХТО и ТО (75 мм.):

20ХН: 520/870 = 0,60; 20ХНР: 970/1060 = 0,92.

Таким образом, в результате проведенной термообработки сталей отношение предела текучести к пределу прочности увеличилось.

Задание 3.

В распоряжении завода, имеются быстрорежущие стали двух марок: вольфрамомолибденовая Р6М5 и кобальтовая Р9М4К8. Объясните различие в основных свойствах этих сталей и рекомендуйте оптимальное назначение каждой из них. Укажите термическую обработку этих сталей и их структуру и свойства в готовых инструментах диаметром 20 и 60 мм.

Ответ:

Вольфрамомолибденовая сталь Р6М5 (Р - быстрорежущая, 6% вольфрама, 5% молибдена) имеет твердость в закаленном состоянии 63...66 HRC, предел прочности при изгибе 2900...3400 МПа, ударную вязкость 2,7... 4,8 Дж/м2 и теплостойкость 600...650 °С. Используется при обработке конструкционных сталей, чугунов, цветных металлов, пластмасс. Р6М5 относится к сталям нормальной производительности.

Кобальтовая Р9М4К8 (9% вольфрама, 4% молибдена, 8% кобальта) относится к сталям повышенной производительности. Р9М4К8 используются в основном при обработке жаропрочных сплавов, высокопрочных и нержавеющих сталей, других труднообрабатываемых материалов, а также конструкционных сталей с повышенными режимами резания. Легирование быстрорежущих сталей кобальтом понижает прочность, но повышает красностойкость до 630-670єС. При этом возрастают режущие свойства, т. е. повышается стойкость инструмента в 1,5-3,0 раза по сравнению со стойкостью инструментов из стали Р6М5.

Вместе с тем быстрорежущие стали повышенной производительности, содержащие кобальт, имеют повышенную чувствительность к обезуглероживанию. Быстрорежущая сталь Р9М4К8 шлифуются хуже стали Р6М5 и требует более точного соблюдения температур нагрева при термической обработке. Ухудшение шлифуемости выражается в повышении износа абразивных кругов и увеличении толщины поверхностного слоя стали, повреждаемого при излишне жестком режиме шлифования.

Поэтому быстрорежущие стали повышенной производительности из-за технологических недостатков не являются сталями универсального назначения. Они имеют относительно узкие границы применения, более пригодны для инструментов, подвергаемых незначительному профильному шлифованию.

Для придания стали Р6М5 теплостойкости инструменты подвергают закалке и многократному отпуску. Температуру закалки стали принимают равной 1220 °С. Высокие температуры закалки необходимы для более полного растворения вторичных карбидов и получения при нагреве аустенита, высоколегированного хромом, вольфрамом, молибденом и ванадием. Это обеспечивает получение после закалки мартенсита, обладающего высокой теплостойкостью.

После закалки следует многократный отпуск при 550-570 °С. Продолжительность каждого отпуска 45-60 мин.

Для стали Р9М4К8 применяют похожий режим термообработки, состоящий из закалки от 1220єС в масло и трехкратного отпуска 500 єС, по 1ч.

В зависимости от сечения можем получить как насквозь прокаленную мартенситную, так и бейнитно-мартенситную структуру.

Приведем основные механический свойства полученные в результате проведенного режима термообработки.

Р6М5: уи = 3500 Н/мм2, HRC 64-65, Красн. 620єС

Р9М4К8: уи = 2600 Н/мм2, HRC 66-68, Красн. 670єС

Задание 4.

Рекомендуйте состав (марку) стали и способ ее металлургического передела для шестерен ответственного назначения в механизмах, работающих при температурах от -60 до +60 °С. Предел текучести должен быть не ниже 750...800 МПа. Объясните, какие факторы способствуют понижению порога хладноломкости, и укажите режим термической обработки и механические свойства готового изделия.

Ответ:

Явление хладноломкости, т.е. хрупкого разрушения, связанного с действием низких температур, впервые стало предметом широкого обсуждения в связи с бурным строительством железных дорог в конце XIX века.

После замены пудлингового способа производства на бессемеровский и мартеновский было отмечено, что рельсы, изготовленные из литого металла, внезапно разрушались при понижении температуры. Уже тогда была признана актуальной проблема хладноломкости металлов, необходимость изучения ее природы и выработки мероприятий по ее устранению.

Под хладостойкостью материала понимают способность его сопротивляться деформации и разрушению при понижении температуры.

По хладостойкости металлические материалы, используемые при низких температурах, условно могут быть разбиты на четыре основные группы:

1. Металлы и сплавы, характеристики механических свойств которых позволяют использовать их до -60 °С. Они являются основными конструкционными материалами холодильного машиностроения. Их используют также для изготовления изделий так называемого северного исполнения. К этой группе относятся качественные углеродистые и низколегированные стали ферритного и перлитного классов с ОЦК решеткой.

2. Ко второй группе относятся сплавы, сохраняющие вязкость и пластичность при охлаждении до 170 К. Это стали с 0,2-0,3 % С, дополнительно легированные Ni, Cr, Ti, Mo. К этой группе относятся, например, низкоуглеродистые ферритные стали с 2-5% Ni, используемые при температурах 210-150 К.

3. К третьей группе относятся сплавы, способные без ухудшения свойств выдерживать температуры до 77 К (температура кипения жидкого азота). Сюда относятся стали типа 12Х18Н10Т, 0Н9А, большинство сплавов на основе Al, Ti, Cu, не обнаруживающих склонности к хрупкому разрушению. Для ненагруженных конструкций с целью экономии Ni применяют Cr - Mn и Cr - Ni - Mn стали типа 10Х14Г14Н4Т (ЭИ711), 03Х13АГ19 (ЧС36), 07Х21Г7АН5 (ЭП222).

4. К четвертой группе относятся сплавы, используемые для работы при температуре ниже 77 К. К этой группе принадлежат материал, используемые в космической технике, производстве и потреблении водорода, экспериментальной физике. Для работы при таких температурах пригодны лишь высоколегированные коррозионностойкие стали типа 10Х11Н23Т3МР (ЭП33), 03Х20Н16АГ6, некоторые бронзы, никелевые, алюминиевые сплавы, легированные Mg, и сплавы титана.

Факторы, влияющие на хладноломкость металлов, можно разделить на 4 основные группы.

1. Внешние факторы: температура, условия и скорость нагружения.

2. Внутренние металлургические факторы: тип кристаллической решетки, химический состав, структура и размер зерна, загрязненность металла неметаллическими включениями, метод выплавки.

3. Конструктивные факторы: масштабный эффект, концентраторы напряжений.

4. Технологические факторы: состояние поверхности, остаточные напряжения, обусловленные технологией изготовления.

Для данных условий эксплуатации выбираем конструкционную легированную сталь 20ХГНМ (0,2% углерода, хрома, марганца и никеля по 1%, молибдена до 0,5%) - хромомарганцевоникелевая с молибденом.

Термообработка стали состоит в нитроцементации на глубину 0,6 ± 0,1 мм и закалке в масле с 860єC на твердость более 58 НRС и низком отпуске с температур 150-180єС, воздух. Механические свойства: ув = 1500 МПа, ут = 930 МПа, д = 7%, KCU = 590 кДж/м2.

быстрорежущий сталь хладноломкость

Список литературы

1. Алаи С.И. и др. Технология конструкционных материалов. М.: Просвещение. 1986. - 302 с.

2. Дриц М.Е. и др. Технология конструкционных материалов и материаловедение. М.: Высшая школа, 1990. - 447 с.

3. Дунаев П.Ф., Леликов О.П. Конструирование узлов и деталей машин: Учеб. пособие для машиностроительных специальностей вузов.- 8-е изд., перераб. и доп. - М.: Высшая школа, 2003 - 496 с.

4. Конструкционные стали и сплавы для низких температур - М.: Металлургия, 1985. - 270 с.

5. Корягин С.И., Пименов И.В., Худяков В.К. Способы обработки материалов: Учебное пособие / Калинингр. ун-т - Калининград, 2000. - 448 с.

6. Материалы в машиностроении. Выбор и применение. М.: Машиностроение. Т. 2. Конструкционная сталь, 1987. 496 с.; Т. 3. Специальные стали и сплавы, 1988. - 448 с.

7. Материаловедение: Учебник для вузов изд. 3-е, переработ., доп.», Ржевская С.В. - 2003, - 456 с.

Размещено на Allbest.ru


Подобные документы

  • Характеристика быстрорежущих сталей - легированных сталей, которые предназначены для изготовления металлорежущего инструмента, работающего при высоких скоростях резания. Маркировка, химический состав, изготовление и термообработка быстрорежущих сталей.

    реферат [775,4 K], добавлен 21.12.2011

  • Сущность назначения резца и его применение. Анализ технологических свойств и химического состава быстрорежущих сталей. Этапы технологического процесса предварительной и упрочняющей термической обработки, выбор приспособлений, дефекты и их устранение.

    курсовая работа [28,1 K], добавлен 11.12.2010

  • Сравнительная характеристика быстрорежущих сталей марок: вольфрамомолибденовой Р6М5 и кобальтовой Р9М4К8 - различие в свойствах этих сталей и оптимальное назначение каждой из них. Разработка и обоснование режимов обработки изделий из этих сталей.

    практическая работа [1,8 M], добавлен 04.04.2008

  • Требования к свойствам инструментальных материалов. Перечень марок нескольких основных нетеплостойких сталей для режущего инструмента. Закалка доэвтектоидных сталей. Быстрорежущие стали: маркировка, структура, технология термической обработки и свойства.

    контрольная работа [19,8 K], добавлен 20.09.2010

  • Конструкционные стали с повышенным содержанием углерода. Качество и работоспособность пружины. Маркировка и основные характеристики пружинных сталей. Основные механические свойства рессорно-пружинной стали после специальной термической обработки.

    курсовая работа [25,4 K], добавлен 17.12.2010

  • Механические свойства сталей. Основные механические свойства, определяемые для низкоуглеродистых сталей. Статические и динамические нагрузки. Влияние азота, кислорода и водорода. Легирующие элементы и примеси. Машиностроительные стали и сплавы.

    презентация [1,6 M], добавлен 12.09.2015

  • Принципы обозначения стандартных марок легированных сталей, их механические свойства. Влияние вредных примесей, величины зерна на свойства. Виды закалки, структура сплава после нее. Понятие свариваемости стали. Коррозионные повреждения нержавеющей стали.

    курсовая работа [5,1 M], добавлен 18.03.2010

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.