Сталь для изготовления режущего инструмента – метчиков и плашек

Размещено на http://www.allbest.ru/

Курсовая работа

Сталь для изготовления режущего инструмента - метчиков и плашек

метчик плашка сталь режущий

Содержание

Введение

1. Основные сведения о метчиках и плашках

2. Требования к режущему инструменту

3. Общие сведения об инструментальных легированных сталях

4. Сталь ХВГ. Характеристика, структура, свойства

5. Общие сведения о термической обработке

6. Выбор термообработки для метчиков и плашек изготовленных из стали ХВГ

Выводы

Используемая литература

Введение

В данной работе изучается сталь для изготовления режущего инструмента - метчиков и плашек. Прежде чем приступать к стали необходимо описать и охарактеризовать инструменты.

Для изготовления режущего инструмента - метчиков, плашек выбрана сталь ХВГ. Твердость после термической обработки НРС 60-62.

Обосновать выбор стали. Указать на возможность замены. Назначить режим термообработки. Описать структуру после термообработки.

Для изготовления метчиков и плашек дана сталь ХВГ - инструментальная легированная. Эта марка стали применяется для изготовления измерительных и режущих инструментов, для которых повышенное коробление при закалке недопустимо, резьбовых калибров, длинных метчиков, длинных разверток и других видов специального инструмента.

1. Основные сведения о метчиках и плашках

Метчик - инструмент для нарезания внутренней резьбы. Представляет собой цилиндрический винт, сопряженный с нарезаемой резьбой, с режущими кромками на конце. В зависимости от назначения метчики делятся на ручные, машинно-ручные, гаечные и плашечные. В зависимости от профиля нарезаемой резьбы метчики делятся на пять типов: для метрической, дюймовой, трубной, трапецеидальной и конической резьб.

Плашка (круглая нарезная) - инструмент для нарезания (накатывания) наружной резьбы вручную или на станках. Круглая плашка представляет собой гайку, сопряженную с нарезаемой резьбой, превращенную в режущий инструмент путем прорезания стружечных канавок и затылования зубьев. Нарезные плашки бывают круглые (лерки), раздвижные (призматические).

В зависимости от области применения, метчики и плашки изготавливают из инструментальной углеродистой и легированной быстрорежущей стали.

Для изготовления ручных метчиков и плашек обычно применяют углеродистую (легированную) инструментальную сталь. Метчики и плашки ручные применяют для нарезания внутренней и внешней резьбы вручную, поэтому принимаем скорость резания незначительно малой. При малых скоростях резания не происходит перегрев режущего инструмента, что очень существенно при выборе марки стали.

2. Требования к режущему инструменту

Определим необходимые параметры для изготовления метчиков и плашек из стали ХВГ. Метчики и плашки относятся к режущим инструментам, к которым необходимо предъявить следующие требования:

1. Инструментальный материал должен иметь высокую твердость, для того чтобы в течение длительного времени срезать стружку.

2. Значительное превышение твердости инструментального материала по сравнению с твердостью обрабатываемой заготовки должно сохраняться и при нагреве инструмента в процессе резания.

3. Режущая часть инструмента должна иметь большую износостойкость в условиях высоких давлений и нагрева.

4. Важным требованием является также достаточно высокая прочность инструментального материала, так как при недостаточной прочности происходит выкрашивание режущих кромок, либо поломка инструмента, особенно при их небольших размерах.

5. Инструментальные материалы должны обладать хорошими технологическими свойствами, т.е. легко обрабатываться в процессе изготовления инструмента, а также быть сравнительно дешевыми.

Для изготовления метчиков и плашек дана сталь ХВГ - инструментальная легированная. Эта марка стали применяется для изготовления измерительных и режущих инструментов, для которых повышенное коробление при закалке недопустимо, резьбовых калибров, длинных метчиков, длинных разверток и других видов специального инструмента.

3. Общие сведения об инструментальных легированных сталях

Легированной называется сталь, в которой наряду с обычными примесями имеются легированные элементы, резко улучшающие ее свойства.

По химическому составу легированная сталь делится на три группы:

Ш низколегированная сталь - не более 2,5% примесей;

Ш среднелегированная - 2,5-10%;

Ш высоколегированная - свыше 10%.

Инструментальная легированная сталь имеет ряд преимуществ перед инструментальной углеродистой сталью. Штампы из углеродистой стали обладают высокой твердостью и прочностью, но плохо сопротивляются удару. Метчики, развертки и другие длинные и тонкие инструменты из углеродистой стали при закалке получаются хрупкими, они ненадежны в работе и часто ломаются.

Режущий инструмент - резцы, фрезы, сверла из углеродистой стали при незначительном нагреве (около 200°C) теряют свою твердость, поэтому применение их при обработке металла с большой скоростью резания невозможно. При введении определенных легирующих примесей сталь приобретает красностойкость, износоустойчивость, получает глубокую прокаливаемость; она имеет высокую твердость (примерно 60-65 HRС), прочность при некоторой вязкости для предупреждения поломки инструмента в процессе работы и износостойкость, необходимую для сохранения размеров и формы режущей кромки при резании и хорошо противостоит ударным нагрузкам.

Важнейшие легирующие примеси инструментальной легированной стали: хром, вольфрам, молибден, марганец, кремний. Содержание углерода в этой стали может быть ниже, чем в углеродистой, и колеблется от 0,3 до 2,3%.

Обозначение марки легированной стали, например 25ХГ2С, показывает, что в ней содержится 0,25% углерода, 1% хрома, 2% марганца и 1% кремния. Таким образом первые две цифры показывают содержание углерода в сотых долях процента, остальные - содержание легирующего элемента.

При маркировке высококачественной легированной стали в конце ставится буква А. Например, 30 ХМА - легированная хромомолибденовая высококачественная сталь.

Чаще всего инструментальные - это заэвтектоидные или ледебуритные стали, со структурой после закалки и низкого отпуска - мартенсит и избыточные карбиды.

Все инструментальные стали подразделяются на три группы:

1. нетеплостойкие (углеродистые и легированные с содержанием легирующих элементов до 3-4%).

2. полутеплостойкие (до 400-500°С, с содержанием углерода до 6-7%, а хрома 4-18%).

3. теплостойкие (до 550-650°С. это в основном высоколегированные стали ледебуритного класса, содержащие Cr, W, V, Mo, Co - их ещё называют быстрорежущими).

Одной из важнейших характеристик инструментальных сталей является прокаливаемость. Из всех инструментальных сталей высокой прокаливаемостью обладают только высоколегированные теплостойкие и полутеплостойкие стали. Инструментальные стали, которые не обладают теплостойкостью, делят на две группы:

1. стали небольшой прокаливаемости (углеродистые).

2. стали повышенной прокаливаемости (легированные).

4. Сталь ХВГ. Характеристика, структура, свойства

Из указанных ранее общих сведений об инструментальных сталях мы можем сделать вывод, что предложенная нам для изготовления метчиков и плашек сталь ХВГ относится к легированным сталям повышенной прокаливаемости, необладающей теплостойкостью, именно поэтому эту сталь применяют для изготовления инструментов небольших размеров, таких, например, как метчики и плашки.

Углеродистые стали можно использовать в качестве режущего инструмента, только тогда, когда процесс резанья происходит при малых скоростях, т.к. при нагреве выше температуры 190-200°С сильно снижается высокая твердость данной стали.

Сталь ХВГ - содержание углерода примерно 1%, содержание каждого из легирующих элементов в среднем 1%.

Химический состав стали в %

Ш Кремний: 0,10-0,40

Ш Марганец: 0,80-1,10

Ш Медь: до 0,3

Ш Никель: до 0,35

Ш Сера: 0,03

Ш Углерод: 0,90-1,05

Ш Фосфор: 0,03

Ш Хром: 0,90-1,20

Ш Молибден: 0,30

Ш Вольфрам: 1,20-1,60

Температуры критических точек материала знать необходимо для дальнейшего проведения анализа стали и последующего выбора термообработки.

По отношению к углероду хром и вольфрам относятся к карбидообразующим элементам. Они растворяются в цементите, замещая в нем атомы железа. Марганец вводят в стали как технологическую добавку для повышения степени их раскисления и устранения вредного влияния серы. Марганец считается технологической примесью, если его содержание, не превышает 0,8%. Марганец как технологическая примесь существенного влияния на свойства стали не оказывает.

Влияние легирующих элементов на свойства стали заключается в основном в воздействии их на характер превращения переохлажденного аустенита и на состав карбидных фаз, образующихся в стали и выделяющихся в процессе распада мартенсита при отпуске.

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

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

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

Свойства стали:

Сталь ХВГ - качественная сталь, по структуре относится к заэвтектоидной. Структура стали в закаленном состоянии -мартенсит, остаточный аустенит и вторичный цементит.

Преимущества стали, как нетеплостойкой:

1. Однородная структура с мелкими и равномерно распределенными карбидами.

2. Очень хорошо обрабатывается после отжига резаньем и давлением в холодном состоянии.

3. Пригодна для закалки с индукционным нагревом.

Недостатки:

1. Пригодна только для резанья относительно мягких материалов с небольшой скоростью.

2. Используется для инструмента, не подвергаемого в работе, нагреву свыше 200-250⁰С.

Исходя из выше перечисленных требований (пункт 2.2.) для изготовления метчиков и плашек, можно сделать вывод, что углеродистая легированная сталь ХВГ отвечает эти требованиям.

5. Общие сведения о термической обработке

Для того чтобы определиться с термической обработкой для стали ХВГ, рассмотрим основные понятия термической обработки и суть их применения.

Термической обработкой называется нагрев сплава до определенной температуры, выдержка его при данной температуре и последующее охлаждение с заданной скоростью. Целью термической обработки является получение заданных свойств сплава путем изменения его структуры без изменения формы и состава. Термической обработкой можно изменять свойства сплавов в самых различных целях. Основными видами термической обработки, различно изменяющими структуру и свойства стали и назначаемыми в зависимости от требований, предъявляемых полуфабрикатом и готовым изделиям, является отжиг, нормализация, закалка и отпуск.

Закалка - термическая обработка - заключается в нагреве стали до температуры выше критической, в выдержке и последующем охлаждении со скоростью, превышающей критическую. Закалка не является окончательной операцией термической обработки. Чтобы уменьшить хрупкость и напряжения, вызванные закалкой, и получить требуемые механические свойства, сталь после закалки обязательно подвергают отпуску.

Отпуск - термическая обработка - заключается в нагреве закалённой стали ниже Ас1, в выдержке и последующем охлаждении.

Инструментальную сталь (У10) в основном подвергают закалке и отпуску для повышения твердости, износостойкости и прочности, т.е. именно для улучшения тех параметров которые нам необходимы для изготовления метчиков и плашек.

6. Выбор термообработки для метчиков и плашек изготовленных из стали ХВГ

Изучив основы термической обработки стали назначим для стали ХВГ режим термической обработки (температуру закалки, охлаждающую среду и температуру отпуска).

Сталь ХВГ - сталь повышенной прокаливаемости. Инструмент из этой стали закаливается в масле (при ступенчатой закалке - в соли) и прокаливается, как правило, насквозь. Сталь получает высокую твердость, что позволяет значительно уменьшить деформацию инструментов.

Режимы закалки приведены в таблице. При нагреве до указанных в ней температур сталь сохраняет мелкое зерно и более высокую прочность. Структура после охлаждения - скрытокристаллический мартенсит, вторичный цементит и остаточный аустенит.

Для предупреждения обезуглероживания и окисления нагрев выполняют в расплавленных солях BaCl2 и NaCl.

Выдержка на каждый миллиметр диаметра 20-35 с при нагреве в соли и 50-80 с при нагреве в печи. Ее увеличивают на 20-25% для мелких инструментов.

Стали охлаждают в а) масле (20-25⁰С) или б) расплавленной соли (55% NaNO3 и 45% NaNO2), а затем на воздухе, выдержка в соли равна 30-50% от выдержки, принятой для окончательного нагрева.

Режимы закалки нетеплостойких сталей высокой твердости

Режим отпуска 180-200⁰С. Такой отпуск является низким отпуском. Низкий отпуск проводят при нагреве до 250°С. При этом снижаются закалочные микронапряжения, мартенсит закалки переводится в отпущенный мартенсит, повышается прочность и немного улучшается вязкость без заметного снижения твердости. Закаленная сталь (0,6-1,3% С) после низкого отпуска сохраняет твердость 60-62 HRC, а, следовательно, высокую износостойкость. Низкотемпературному отпуску подвергают режущий и мерительный инструмент из углеродистых и низколегированных сталей, а также детали, претерпевшие поверхностную закалку. Продолжительность отпуска составляет обычно 1-2,5 часа.

В структуре сохраняется более мягкая составляющая - остаточный аустенит, полученный при закалке.

Выводы

После проделанной работы получили сталь высокой и равномерной твердости, с повышенной износостойкостью, а также с высокой прочностью. Полученная сталь отвечает основным требованиям, предъявляемым к стали для режущего инструмента. Значит, метчики и плашки можно делать из стали ХВГ.

Данную сталь можно заменить другой, с похожими свойствами и структурой. Например, сталями марок ХВСГ, У11А, Х, 9ХС, У10.

Используемая литература

1. Гуляев А.П., Металловедение; "Металлургия" 2010 г.

2. Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П., Материаловедение 2006 г.

3. Солнцев Ю.П., Пряхин Е.И., Войткун Ф., Материаловедение; "МИСИС", М-2009 г.,

4. И.И. Новиков "Теория термической обработки металлов" 2011 г.

5. М.Л. Бернштейн "Металловедение и термическая обработка стали" том 3 "Термическая обработка металлопродукции".

6. Справочник металлиста.

Размещено на Allbest.ru