Термообработка углеродистых инструментальных сталей у7 у13 включает операции
Обновлено: 15.05.2024
Режущий инструмент работает в условиях длительного контакта и трения с обрабатываемым металлом. В процессе эксплуатации должны сохраняться неизменными конфигурации и свойства режущей кромки. Материал для изготовления режущего инструмента должен обладать высокой твердостью (НRС 60-62) и износостойкостью, т. е. способностью длительное время сохранять режущие свойства кромки в условиях трения.
Чем больше твердость обрабатываемых материалов, толще стружка и выше скорость резания, тем больше энергия, затрачиваемая на процесс обработки резанием. Механическая энергия переходит в тепловую. Выделяющееся тепло нагревает резец, деталь, стружку и частично рассеивается. Поэтому основным требованием, предъявляемым к инструментальным материалам, является высокая теплостойкость, т.е. способность сохранять твердость и режущие свойства при длительном нагреве в процессе работы. По теплостойкости различают три группы инструментальных сталей для режущего инструмента: нетеплостойкие, полутеплостойкие и теплостойкие.
При нагреве нетеплостойких сталей до 200-300 о С в процессе резания углерод выделяется из мартенсита закалки и начинается коагуляция карбидов цементитного типа. Это приводит к потере твердости и износостойкости режущего инструмента. К нетеплостойким относятся углеродистые и низколегированные стали. Полутеплостойкие стали, к которым относятся некоторые среднелегированные стали, например 9Х5ВФ, сохраняют твердость до температур 300-500 о С. Теплостойкие стали сохраняют твердость и износостойкость при нагреве до температур 600 о С.
Углеродистые и низколегированные стали имеют сравнительно низкую теплостойкость и невысокую прокаливаемость, поэтому их используют для более легких условий работы при малых скоростях резания.
Быстрорежущие стали, имеющие более высокую теплостойкость и прокаливаемость, применяют для более тяжелых условий работы.
Еще более высокие скорости резания допускают твердые сплавы и керамические материалы. Из существующих материалов наибольшей теплостойкостью обладает нитрид бора - эльбор. Эльбор позволяет обрабатывать материалы высокой твердости, например закаленную сталь, при высоких скоростях.
Углеродистые инструментальные стали
Углеродистые инструментальные стали маркируются буквой У, а следующая за ней цифра показывает содержание углерода в десятых долях процента. Для изготовления инструмента применяют углеродистые качественные стали марок У7-У13 и высококачественные стали марок У7А-У13А. Высококачественные стали содержат не более 0,02 % серы и фосфора, качественные - не более 0,03 %.
По назначению различают углеродистые стали для работы при ударных нагрузках и для статически нагруженного инструмента.
Стали марок У7-У9 применяют для изготовления инструмента при работе с ударными нагрузками, от которого требуется высокая режущая способность (зубила, клейма по металлу, деревообделочный инструмент, в частности пилы, топоры и т. д.).
Стали марок У10-У13 идут на изготовление режущего инструмента, не испытывающего при работе толчков, ударов и обладающего высокой твердостью (напильники, шаберы, острый хирургический инструмент и т. п.). Из стали этих марок иногда изготавливают также простые штампы холодного деформирования.
Углеродистые доэвтектоидные стали после горячей пластической обработки (ковки или прокатки) и последующего охлаждения на воздухе имеют структуру, состоящую из пластинчатого перлита и небольшого количестваферрита, а заэвтектоидные стали - пластинчатого перлита и избыточного цементита, который обычно образует сплошную или прерывистую сетку по границам бывших зерен аустенита.
Термическая обработка углеродистых инструментальных сталей состоит из двух операций: предварительной и окончательной обработок.
Предварительная термическая обработка сталей заключается в отжиге при 740-760 о С, цель которого - получить микроструктуру, состоящую из зернистого перлита - псевдоперлита, так как при такой микроструктуре после последующей закалки получаются наиболее однородные свойства. Кроме того, при такой структуре облегчается механическая обработка инструмента.
Окончательная термическая обработка состоит из закалки и низкого отпуска. Закалку проводят в воде от 780-810 о С, т. е. с температур, для доэвтектоидных сталей лежащих несколько выше Ас1, а для заэвтектоидных - лежащих ниже Асm.
Углеродистые стали имеют очень высокую критическую скорость закалки - порядка 200-300 о С/с. Поэтому недопустимо даже малейшее замедление охлаждения при закалке, так как это может привести к частичному распаду аустенита при температурах перлитного интервала и, как следствие, к появлению мягких пятен. Особенно быстро протекает распад аустенита в углеродистых сталях при температурах, близких к 500-550 о С, где он начинается почти мгновенно, протекает чрезвычайно интенсивно и в течение нескольких секунд полностью заканчивается.
Поэтому только инструменты малого диаметра могут после закалки в воде прокаливаться насквозь. Однако при этом в них возникают большие внутренние напряжения, которые могут вызвать существенные деформации.
Инструменты, имеющие крупные размеры, при закалке в воде и в водных растворах солей, кислот и щелочей, охлаждающая способность которых выше, чем воды, закаливаются на мартенсит лишь в тонком поверхностном слое. Структура же глубинных зон инструментов представляет собой продукты распада аустенита в перлитном интервале температур. Сердцевина инструментов, имеющая такую структуру, является менее хрупкой по сравнению с мартенситной структурой. Поэтому инструменты, имеющие такую сердцевину, лучше переносят толчки и удары по сравнению с инструментами, закаленными насквозь на мартенсит.
Углеродистые инструментальные стали отпускают при температурах не более 200 о С во избежание снижения твердости. Твердость окончательно термически обработанного инструмента из углеродистых сталей обычно лежит в интервале НRС 56-64.
Достоинствами углеродистых инструментальных сталей являются 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.
Легированные инструментальные стали
Низколегированные стали для режущего инструмента также не обладают высокой теплостойкостью и обычно пригодны для работы при температурах не более 200-250 о С. Среднелегированные стали типа 3ХВФ, 8Х4ВЗМЗФ2 имеют более высокую теплостойкость (300-400 о С). В отличие от углеродистых легированные стали обладают большей устойчивостью переохлажденного аустенита, следовательно большой прокаливаемостью и несколько более высокой износостойкостью. Их можно закаливать в масле до критического диаметра 40 мм и более.
Низколегированная сталь 13Х имеет сравнительно неглубокую прокаливаемость и рекомендована для инструментов диаметром до 15 мм. Из этой стали изготавливают хирургический, гравировальный инструменты, лезвия безопасных бритв.
Стали 9ХС, ХВГ, ХВСГ используют для изготовления инструментов крупного сечения: сверл, разверток, протяжек диаметром 60-80 мм.
Обычная термическая обработка легированных режущих сталей состоит из закалки от 830-870 о С в масле или ступенчатой закалки и отпуска при температуре 200 о С. Твердость после термообработки составляет НRС 61-65. Если необходимо увеличить вязкость, то температуру отпуска повышают до 200-300 "С. Вследствие некоторого распада мартенсита твердость после этого снижается до НRС 55-60.
Термическая обработка металлов для инструментов, изготовленных из углеродистых сталей.
Предварительная термическая обработка сталей заключается в отжиге при 740—760 °С, цель которого — получить микроструктуру, состоящую из зернистого перлита — псевдоперлита, так как при такой микроструктуре после последующей закалки получаются наиболее однородные свойства. Кроме того, при такой структуре облегчается механическая обработка инструмента.
Окончательная термическая обработка состоит из закалки и низкого отпуска. Закалку проводят в воде от 780—810 °С, т. е, с температур, для доэвтектоидных сталей лежащих несколько выше Лс3, а для заэвтектоидных — лежащих ниже Аст.
Углеродистые стали имеют очень высокую критическую скорость закалки — порядка 200—300 °С/с. Поэтому недопустимо даже малейшее замедление охлаждения при закалке, так как это может привести к частичному распаду аустенита при температурах перлитного интервала и, как следствие, к появлению мягких пятен. Особенно быстро протекает распад аустенита в углеродистых сталях при температурах, близких к 500—550 °С, где он начинается почти мгновенно, протекает чрезвычайно интенсивно и в течение нескольких секунд полностью заканчивается.
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 НВ.С 56—64.
Достоинствами углеродистых инструментальных сталей являются 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.
Сущность понятия пищевое производство. Оборудование пищевых производств.
Пищевое производство представляет собой совокупность последовательных процессов по переработке сырья растительного и животного происхождения с целью получения пищевых продуктов или фармацевтической продукции с заданными свойствами и сроками хранения.
Для оборудования используют:
1. Машины для измельчения пищевых продуктов
2. Машины для перемешивания пищевых продуктов
3. Сортировка сыпучих продуктов на станках
5. Машины и аппараты для тепловой обработки пищевых продуктов
Требования к материалам для оборудования пищевых производств.
Детали и компоненты пищевых машин и аппаратов должны:
- иметь гладкую полированную поверхность
- не содержать вредных веществ, которые могут проникать в продукт
- не служить питательной средой для патогенных микроорганизмов
- не ухудшать органо-пептические свойства готовой пищевой продукции
- обеспечивать сохранность биологической ценности продукта
- легко подвергаться плановой мойке, чистке и дезинфекции
- не вступать в реакцию с различными видами щелочей и кислот
Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).
Папиллярные узоры пальцев рук - маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни.
Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого.
© cyberpedia.su 2017-2020 - Не является автором материалов. Исключительное право сохранено за автором текста.
Если вы не хотите, чтобы данный материал был у нас на сайте, перейдите по ссылке: Нарушение авторских прав. Мы поможем в написании вашей работы!
Инструментальная легированная сталь
Легированные стали для режущего и измерительного инструмента. По характеру легирования, свойствам и областям применения стали можно разделить на две группы:
1) небольшой прокаливаемости (7ХФ, 8ХФ, 9ХФ, 11ХФ, 13Х, ХВ4, ХВ5);
2) повышенной прокаливаемости (9Х, X, 9ХС, ХГС, 12X1, 9ХВГ, ХВГ, ХВСГ).
Химический состав легированных инструментальных сталей приведен в ГОСТ 5950-2000 .
Стали, входящие в первую группу, по устойчивости переохлажденного аустенита незначительно превосходят углеродистые стали У7-У13, но благодаря легированию хромом (0,2-0,7 %), ванадием (0,15-0,3%) и вольфрамом (до 4 %) имеют повышенные устойчивость против перегрева, износостойкость и теплостойкость.
Так же как и углеродистые стали У7-У13, они после термической обработки содержат мало остаточного аустенита, что обеспечивает им высокий предел текучести. Большинство из этих сталей с успехом используют при изготовлении инструментов, подвергаемых поверхностной (местной) закалке. Некоторые из сталей небольшой прокаливаемости имеют специализированное применение: сталь 13Х предназначена главным образом для бритвенных ножей, лезвий, хирургического и гравировального инструмента; сталь ХВ4 рекомендуется для резцов и фрез, используемых для обработки резанием с небольшими скоростями материалов высокой твердости; сталь В2Ф используется для изготовления ленточных пил и ножовочных полотен для резки конструкционных сталей средней твердости.
Комплексное легирование даже относительно небольшими количествами элементов существенно повышает прокаливаемость, способствует увеличению дисперсности и однородности распределения карбидов (за исключением сталей типа ХВГ), уменьшает чувствительность к перегреву, способствует сохранению более мелкого зерна при закалке. Стали повышенной прокаливаемости применяют для изготовления инструментов больших сечений, охлаждаемых при закалке в масле или горячих средах. Указанные особенности сталей второй группы (9ХС, ХГС, ХВГ, ХВСГ) позволяют использовать их для изготовления режущего (метчики, плашки, развертки, фрезы, протяжки), а также штампо-вого инструмента более ответственного назначения, чем из углеродистых и низкопрокаливающихся сталей. Отличительной особенностью марганецсо-держащих сталей (ХВГ, ХВСГ, 9ХВГ) является их малая деформируемость при термической обработке, обусловленная повышенным содержанием остаточного аустенита. Это позволяет рекомендовать их для изготовления тех инструментов, к которым предъявляются жесткие требования относительно стабильности размеров при термической обработке. Недостатком указанных сталей является повышенная склонность к образованию карбидной сетки по границам зерен в результате выделения карбидов в Процессе замедленного охлаждения после горячей пластической деформации или высокотемпературного нагрева. Стали ХВГ и ХВ4 характеризуются также неблагоприятным распределением карбидов в деформированном металле сечением более 30—40 мм. Карбидная неоднородность наблюдается также и в стали X, которая обладает, кроме того, повышенной чувствительностью к перегреву и существенным колебанием прокаливаемости в различных плавках. К особенностям термической обработки низколегированных инструментальных сталей следует отнести необходимость использования резких охлаждающих сред (водные растворы солей и щелочей) для сталей небольшой прокаливаемости, закаливаемых на максимальную твердость (7ХФ, 8ХФ, 9ХФ, 11ХФ, 13Х).
Стали повышенной прокаливаемости (9ХС, ХВГ, 9ХВГ, ХВСГ) для уменьшения термических напряжений и коробления у инструментов сложной формы целесообразно подвергать неполной изотермической (выдержка при 180-250 °С длительностью 30-60 мин) или ступенчатой (охлаждение в горячих средах с температурой 150- 220 °С с последующим переносом на воздух) закалке.
Продолжительность выдержки при аустенизации низколегированных сталей выбирают из расчета 50-70 с/мм при нагреве в воздушной печи и 35- 40 с/мм при нагреве в соляной ванне.
Продолжительность отпуска обычно составляет 1-2 ч плюс 1 - 1,5 мин на 1 мм толщины крупногабаритного инструмента.
Сортамент поставляемых легированных инструментальных сталей: кованая круглая и квадратная (ГОСТ 1133-71), калиброванная (ГОСТ 7417-75, ГОСТ 8559-75 и ГОСТ 8560-78); прокат горячекатаный круглый (ГОСТ 2590-88), горячекатаный квадратный; полосы горячекатаные и кованые (ГОСТ 4405-74).
Допускаемая глубина обезуглеро-женного слоя регламентирована ГОСТ 5950-2000 .
Критические точки, режимы ковки и отжига, режимы окончательной термической обработки и назначение ле-гурованных инструментальных сталей приведены в таблицах ниже:
| Критические точки (температура, С) легированных инструментальных сталей | ||||||
| Сталь | Ас1 | Асм | Аrм | Аr1 | Мн | Мк |
| Стали небольшой прокаливаемости | ||||||
| 7ХФ * 1 | 770 | 780 | 740 | 710 | - | - |
| 8ХФ * 1 | 740 | 750 | - | 700 | 215 | - |
| 9ХФ | 700 | — | - | - | 215 | - |
| 11ХФ | — | — | - | - | 195 | - |
| 13Х | 760 | 780 | 740 | 710 | - | - |
| В2Ф | 750 | 800 | 690 | 650 | - | - |
| Стали повышенной прокаливаемости | ||||||
| 9Х | 730 | 860 | - | 700 | 270 | |
| X | 745 | 900 | - | 700 | 240 | - |
| 9ХС | 770 | 870 | - | 730 | 160 | -30 |
| 12X1 | 750 | 890 | - | - | 245 | -40 |
| 9ХВГ | 750 | 900 | - | - | 205 | - |
| ХВГ | 750 | 940 | - | 710 | 210 | -50 |
| ХВСГ | 770 | 785 | 730 | 720 | 200 | 20 |
| Х6ВФ | 815 | 845 | 775 | 625 | 150 | -100 |
| Для сталей 7ХФ и 8ХФ Ас3 и Аr3 | ||||||
| Режимы ковки и отжига легированных инструментальных сталей | |||
| Сталь | Интервал ковочных температур, °С | Режим отжига | НВ после отжига, МПа, не более |
| 7ХФ | 1160—850 | Нагрев на 780—800 °С, охлаждение со скоростью 50°С/ч до 640—680 °С, выдержка 2—3 ч, охлаждение со скоростью 50°С/ч до 550 °С, далее на воздухе | 2290 |
| 8ХФ | 1150—850 | Такой же, как для стали 7ХФ | 2550 |
| 9ХФ | 1180—800 | Нагрев на 760—790 °С, далее как для стали 7ХФ | 2550 |
| 11ХФ | 1100—800 | Нагрев на 750—790 °С, охлаждение со скоростью 50°С/ч до 670—700 °С, выдержка 2—3 ч, охлаждение со скоростью 50°С/ч до 550 °С, далее на воздухе | 2290 |
| 13Х | 1100-800 | Такой же, как для стали 11ХФ | 2410 |
| ХВ4 | 1125-850 | Нагрев на 800-820 °С, охлаждение со скоростью 50°С/ч до 600 °С, выдержка 2-3 ч, охлаждение со скоростью 50°С/ч до 550 °С, далее на воздухе | 2850 |
| В2Ф | 1200-900 | Нагрев на 780-800 °С, охлаждение со скоростью 50 °С до 710-730 °С, выдержка 2- 3 ч, охлаждение со скоростью 50°С/ч до 550 °С, далее на воздухе | 2850 |
| 9X1 | 1150-850 | Нагрев на 800-820 °С, охлаждение со скоростью 50°С/ч до 670-680 °С, выдержка 2-3 ч, охлаждение со скоростью 50°С/ч до 550°С, далее на воздухе | 2290 |
| X | 1150-850 | Нагрев на 780-800 °С, охлаждение со скоростью 50 °С/ч до 670-720 °С, выдержка 2-3 ч, охлаждение со скоростью 50°С/ч до 550 °С, далее на воздухе | 2290 |
| 9ХС | 1140-800 | Нагрев на 790-810 °С, охлаждение со скоростью 50°С/ч до 670-720 "С, выдержка 2-3 ч, охлаждение со скоростью 50°С/ч до 550 °С, далее на воздухе | 2410 |
| 12X1 | 1120-850 | Такой же, как и для стали X | 2410 |
| 9ХВГ | 1120-850 | Такой же, как и для стали X | 2410 |
| ХВГ | 1150-850 | Такой же, как и для стали X | 2550 |
| ХВСГ | 1140-850 | Такой же, как для стали 9ХС | 2410 |
| Х6ВФ | 1100-850 | Нагрев на 830-850 °С, охлаждение со скоростью 40°С/ч до 700-720 °С, выдержка 2-3 ч, охлаждение со скоростью 50 °С/ч до 550 °С | 2410 |
Режимы окончательной термической обработки легированных инструментальных сталей
Назначение легированных инструментальных сталей:
| Сталь | Назначение |
| 7ХФ | Деревообрабатывающий инструмент (топоры, долота, зубила), круглые и ленточные пилы со сплющенными и разведенными зубьями, инструмент для чеканки |
| 8ХФ | Ножи для холодной резки металла, обрезные матрицы и пуансоны, кернеры, штемпели |
| 9ХФ | Рамные, ленточные, круглые, строгальные пилы, ножи, обрезные матрицы и пуансоны для холодной обрезки заусенцев, кернеры, штемпели |
| 11ХФ | Метчики и другие режущие инструменты диаметром до 30 мм, закаливаемые в горячих средах, хирургические инструменты, штампы для холодной штамповки, пуансоны, калибры |
| 13Х | Вместо стали У13, У13А для мелких инструментов диаметром 1- 15 мм, чтобы иметь возможность проводить закалку в масле; для инструментов диаметром до 30-35 мм (при закалке в воду) получают более глубокий закаленный слой, чем у стали У13, У13А; назначение то же, что и у стали У13, У13А (см. табл. 6) |
| ХВ4 | Инструменты для чистового резания твердых материалов (отбеленный чугун, валки с закаленной поверхностью) с небольшой скоростью, граверный инструмент, прошивные пуансоны |
| В2Ф | Ленточные пилы по металлу, ножовочные полотна |
| 9X1 | Деревообрабатывающий инструмент, валки холодной прокатки, клейма, пробойники, холодновысадочные матрицы и пуансоны |
| X | Токарные, строгальные и долбежные резцы, работающие при небольших скоростях резания; зубила, гладкие цилиндрические калибры и кaлибeрные кольца |
| 9ХС | Сверла, развертки, метчики, плашки, гребенки, фрезы; машинные штемпели; клейма; деревообрабатывающий инструмент |
| 12X1 | Измерительные инструменты (плитки, калибры, шаблоны) |
| 9ХВГ | Резьбовые калибры сложной формы, штампы для холодного деформирования сложной формы, которые при закалке не должны подвергаться значительным объемным изменениям и короблению |
| ХВГ | Режущие и измерительные инструменты, в том числе крупных сечений, для которых повышенное коробление при закалке недопустимо (протяжки, длинные метчики и развертки, плашки, резьбовые калибры; деревообрабатывающий инструмент; ножи для бумажной промышленности; холодновысадочные матрицы и пуансоны) |
| хвсг | Инструмент для ручной работы (плашки, сверла, развертки, гребенки, штемпели, клейма); холодновысадочные матрицы и пуансоны; деревообрабатывающий инструмент; ножи для бумажной промышленности |
| Х6ВФ | Дереворежущий фрезерный инструмент, ручные ножовочные полотна, резьбонакатной инструмент, матрицы и пуансоны холодного деформирования |
Автор: Администрация
| Краткие обозначения: | ||||
| σв | - временное сопротивление разрыву (предел прочности при растяжении), МПа | ε | - относительная осадка при появлении первой трещины, % | |
| σ0,05 | - предел упругости, МПа | Jк | - предел прочности при кручении, максимальное касательное напряжение, МПа | |
| σ0,2 | - предел текучести условный, МПа | σизг | - предел прочности при изгибе, МПа | |
| δ5,δ4,δ10 | - относительное удлинение после разрыва, % | σ-1 | - предел выносливости при испытании на изгиб с симметричным циклом нагружения, МПа | |
| σсж0,05 и σсж | - предел текучести при сжатии, МПа | J-1 | - предел выносливости при испытание на кручение с симметричным циклом нагружения, МПа | |
| ν | - относительный сдвиг, % | n | - количество циклов нагружения | |
| s в | - предел кратковременной прочности, МПа | R и ρ | - удельное электросопротивление, Ом·м | |
| ψ | - относительное сужение, % | E | - модуль упругости нормальный, ГПа | |
| KCU и KCV | - ударная вязкость, определенная на образце с концентраторами соответственно вида U и V, Дж/см 2 | T | - температура, при которой получены свойства, Град | |
| s T | - предел пропорциональности (предел текучести для остаточной деформации), МПа | l и λ | - коэффициент теплопроводности (теплоемкость материала), Вт/(м·°С) | |
| HB | - твердость по Бринеллю | C | - удельная теплоемкость материала (диапазон 20 o - T ), [Дж/(кг·град)] | |
| HV | - твердость по Виккерсу | pn и r | - плотность кг/м 3 | |
| HRCэ | - твердость по Роквеллу, шкала С | а | - коэффициент температурного (линейного) расширения (диапазон 20 o - T ), 1/°С | |
| HRB | - твердость по Роквеллу, шкала В | σ t Т | - предел длительной прочности, МПа | |
| HSD | - твердость по Шору | G | - модуль упругости при сдвиге кручением, ГПа | |
_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _
Инструментальная углеродистая сталь
Сортамент углеродистых инструментальных сталей по ГОСТ 1133-71 (кованая круглая и квадратная); ГОСТ 2879-88 (горячекатаная шестигранная); ГОСТ 4405-74 и ГОСТ 103-2006 (полосы кованые и горячекатаные); ГОСТ 7417-75, ГОСТ 8559-75 и ГОСТ 8560-78 (калиброванная), ГОСТ 14955-77 (со специальной отделкой).
Назначение углеродистых инструментальных сталей приведено в таблице ниже.
| Сталь | Назначение |
| У7, У7А | Инструменты для обработки дерева - топоры, колуны, стамески, долота; пневматические инструменты небольших размеров - зубила, обжимки, бойки. Слесарно-монтажные инструменты - кусачки, плоскогубцы, острогубцы, молотки, кувалды, отвертки, бородки и др. |
| У8, У8А | Инструменты для обработки дерева - фрезы, зенковки, цековки, топоры, стамески, долота, продольные и дисковые пилы. Накатные ролики. Плиты и стержни для форм литья под давлением оловянно-свинцовых сплавов. Обжимки, кернеры, бородки, отвертки, плоскогубцы, острогубцы, боковые кусачки |
| У9, У9А | Инструменты для обработки дерева, слесарно-монтажные инструменты, калибры простой формы и пониженных классов точности |
| У10, У10А | Столярные пилы ручные и машинные, ручные ножовки, спиральные сверла; слесарные шаберы, напильники, накатные ролики; штампы для холодной штамповки деталей небольших размеров и простой формы; калибры простой формы и пониженных классов точности |
| У11, У11А | То же, а также ручные метчики, холодновысадочные пуансоны и штампы мелких размеров, калибры простой формы и пониженных классов точности |
| У12, У12А | То же, а также небольшие пресс-формы для пластмасс |
| У13, У13А | Инструменты повышенной износостойкости, работающие при умеренных и значительных давлениях без разогрева режущей кромки (напильники, бритвенные ножи, лезвия, острые хирургические инструменты, шаберы, гравировальные инструменты) |
Химический состав углеродистых инструментальных сталей стандартизирован по ГОСТ 1435-99 .
Углеродистые стали применяют для изготовления режущих инструментов, работающих в условиях, не вызывающих нагрева рабочей кромки свыше 150-200 °С. Они используются также для штамповых и измерительных инструментов.
Основные достоинства углеродистых сталей - получение высокой твердости в поверхностном слое при сохранении вязкой сердцевины. Это в ряде случаев обеспечивает минимальную поводку инструмента и повышение его механических свойств; низкую твердость в отожженном состоянии НВ 1800-2000 МПа, позволяющую использовать высокопроизводительные методы изготовления инструмента (накатку, насечку); закалку с низких температур (770-820 °С); получение после закалки малых количеств остаточного аустенита, что обеспечивает им повышенное сопротивление пластической деформации; сохранение чистой поверхности при закалке вследствие охлаждения в воде, что упрощает очистку инструментов; низкую стоимость.
Углеродистые стали используют для инструментов, не подвергаемых в процессе работы нагреву до температур свыше 150-200 °С и не требующих в процессе изготовления значительного шлифования (напильники, метчики, развертки, ножовки, топоры, колуны, стамески, слесарно-монтажные и хирургические инструменты, а также для некоторых штамповых и измерительных инструментов.
Высокая твердость углеродистых сталей (HRC 62-63) достигается уже при 0,6 % С в инструменте диаметром (толщиной) 1-5 мм.
| Критические точки и режимы отжига углеродистых инструментальных сталей (t °С) | |||||||
| Сталь | Ас1 | Ас3 (Асм) | Аr3 (Arm) | Аr1 | Mн | Mк | Температура отжига * |
| У7, У7А | 723 | 765 | - | 700 | 280 | - | 730-750 |
| У8, У8А | 720 | 740 | - | 700 | 245 | - | 730-750 |
| У9, У9А | 740 | 760 | - | 700 | 190 | - | 740-750 |
| У10, У10А | 730 | 800 | - | 700 | 210 | - | 740-750 |
| У11, У11А | 730 | 810 | - | 700 | 200 | - | 750-780 |
| У12, У12А | 730 | 820 | - | 700 | 200 | -20 | 750-780 |
| У13, У13А | 730 | 830 | - | 700 | 190 | - | 750-780 |
| * После выдержки при 730-780 °С охлаждение со скоростью 50°/ч до 620-660°С, далее на воздухе. | |||||||
Оптимальное содержание углерода определяется особенностями работы инструмента, его формой и технологией изготовления. Если инструмент подвергается в основном ударным нагрузкам (деревообрабатывающий инструмент, зубила, некоторые штампы), целесообразно применять доэвтектоидные стали с 0,6-0,7 % С с трооститной структурой. Для остального режущего инструмента более целесообразна мартенситная структура с избыточными карбидами, образующаяся в заэвтектоидных сталях, содержащих 0,9- 1,3% С. Эти стали имеют высокую твердость и износостойкость и удовлетворительные механические свойства. Сталь эвтектоидного состава (0,8 % С) более склонна к росту зерна (перегреву), обладает меньшей стабильностью свойств и в связи с этим находит ограниченное применение.
Предварительная термическая обработка углеродистых инструментальных сталей. Неполный отжиг (нагрев 690-710 °С) с непрерывным охлаждением и сфероидизацию рекомендуется проводить в шахтных или камерных печах (стали У7, У7А, У8, У8А). Продолжительность выдержки после прогрева всей садки до температуры отжига 3-4 ч.
Изотермический отжиг целесообразен для печей непрерывного действия (конвейерных, толкательных). Продолжительность выдержки после прогрева всей садки до температуры отжига 1-2 ч. Изотермическая выдержка при охлаждении 1-2 ч. Отжиг с полной перекристаллизацией (стали У7, У7А, У8, У8А) проводят при необходимости одновременного измельчения структуры. Сфероидизацию (маятниковый отжиг) применяют для получения структуры зернистого перлита.
Высокий отпуск (650-700 °С) следует использовать для снятия наклепа после холодной пластической деформации (так называемый рекристаллизационный отжиг), а также для снятия внутренних напряжений от обработки резанием, предшествующей закалке, перед повторной закалкой изделий, имеющих пониженную твердость после термообработки. Продолжительность выдержки при высоком отпуске 2-3 ч после прогрева всей садки.
Нормализацию применяют для измельчения зерна перегретой стали и для получения небольших параметров шероховатости поверхности при обработке, резанием в тех случаях, когда сталь в отожженном состоянии имеет твердость меньше НВ 1830 МПа. Продолжительность выдержки при нагреве в печах 20-30 мин после прогрева всей садки; при нагреве в соляных ваннах - равняется расчетной выдержке для нагрева под закалку. Режимы отжига, механические и физические свойства углеродистых инструментальных сталей приведены в таблицах ниже.
Нагрев под закалку углеродистых инструментальных сталей осуществляется как в воздушных печах, так и в соляных ваннах. Для соляных ванн выдержка 20-25 с, для воздушных печей 60-80 с на 1 мм толщины.
Условия охлаждения при закалке определяются сечением инструмента.
Поскольку быстрое охлаждение в воде или водном растворе солей и щелочей нежелательно, инструмент небольшого сечения охлаждают в масле или расплавленных солях при 160- 200 o С. Для уменьшения возможности образования трещин и деформаций при закалке в ряде случаев целесообразно проводить охлаждение сначала в воде с последующим переносом в масло.
| Физические свойства углеродистых инструментальных сталей после отжига | |||||
| Сталь | Нс·10 -2 , А/м | μmax·10 -5 , Гн/м | 4πJs, Тл | Р1·10 -6 , Ом·м | Р, т/м 3 |
| У7, У7А | 3-10 | 94 | 2 | 0,13 | 7,83 |
| У8, У8А | 4-10 | 91 | 2 | 0,14 | 7,83 |
| У9, У9А | - | - | - | - | - |
| УЮ, У10А | 5-13 | 88 | 1,95 | - | 7,81 |
| У11, У11А | - | - | 1,8 | - | 7,81 |
| У12, У12А | 6-8 | 85 | 1,9 | - | 7,81 |
| У13, У13А | - | - | - | - | 7,80 |
| Режимы отжига углеродистых сталей на зернистый перлит | ||
| Сталь | Температура, o С нагрева | Температура, o С изотермической выдержки при охлаждении |
| У7, У7А У8, У8А У9, У9А У10, У10А У11, У11А У12, У12А У13, У13А | 730-750 730-750 740-750 740-750 750-780 750-780 750-780 | 600-650 600-650 600-650 600-650 620-660 620-660 620-660 |
Отпуск для сохранения высокой твердости и получения оптимальной прочности и вязкости рекомендуется проводить при 150-160 °С для инструмента толщиной более 5 мм и при 170-180°С для инструмента меньшего сечения. Такой отпуск сохраняет твердость выше HRC 62 без разложения остаточного аустенита. Для деревообрабатывающего инструмента рекомендуется более высокий отпуск: 275-290 °С для HRC 55-58 (стамески) и 400-450°С для HRC 44-48 (пилы).
Отпуск проводят в воздушных печах или в жидкостных ваннах продолжительностью 1 ч с последующим охлаждением на воздухе. Для предотвращения трещинообразования отпуск должен быть осуществлен непосредственно после закалки. После шлифования и заточки для снятия напряжений полезен отпуск при 140-160 °С продолжительностью 30-45 мин,
Механические свойства и прокаливаемость углеродистых инструментальных сталей после закалки и отпуска приведены в таблице ниже.
Сталь инструментальная У7
Расшифровка марки стали У7: буква у говорит о том, что перед нами инструментальная качественная нелегированная сталь, в которой присутствует углерод в количестве 0,7%.
Инструмент из стали У7 и его термообработка: молотки кровельные, гладильные и пр., давильники, стойны всех видов, амбосы всех видов, скребки, шпераки всех видов и роштуки изготовляют из стали У7. Закалке подвергается рабочая часть инструмента. Отпуск производят при температуре 375-425° в течение 30-60 мин. Твёрдость Rc = 45-50. Контролируют на приборе РВ и тарированным напильником.
Также из этой стали изготавливают кровельные ножницы прямые и кривые. Закалку ножниц производят в разобранном виде. Наиболее целесообразно нагревать их в свинцовых или соляных ваннах. Отверстие под заклёпку нагревать и калить не рекомендуется. Охлаждают в масле или керосине. Отпускают при температуре 220-300° в течение 20-30 мин. Твёрдость Rс = 52-60. Контролируют тарированным напильником.
Кувалды изготовляют из стали У7. Закалке подвергают рабочую часть на длину 20-30 мм. Способ закалки такой же, как и слесарных молотков. Отпускают при температуре 220-340° в течение 1-1,5 часа. Твёрдость Rc = 49-57. Определяют твёрдость на приборе РВ или тарированным напильником.
Забила кузнечные для горячей и холодной рубки изготовляют из данной стали. Закалке подвергают рабочую и ударную части. Способ закалки кузнечных зубил такой же, как и слесарных. Отпускают при температуре 375-425°. Твёрдость Rc = 45 -50.
Прошивни и оправки для раздачи отверстий, эти инструменты закаливаются полностью. При диаметре до 12 мм их следует калить в масле, а свыше 12 мм - в воде с переносом в масло. Отпускать при температуре 425 - 475° в течение 30-60 мин. Требуемая твёрдость Rc = 35-44.
Для изготовления пробойников, гладилок, подбоек и обжимок применяют сталь У7. Во всех указанных инструментах рабочую часть закаливают в воде с переносом в масло. Кроме того, у пробойников и гладилок закаливают и ударную часть. Отпускают при температуре 420-460° в течение 1 часа. Твёрдость калёных частей Rc = 40 -45.
Для изготовления столярных клещей, также применяют сталь этой марки. Закалку столярных клещей производят в собранном виде. Закаливают только губки на длину 10-15 мм, для чего их нагревают в соляной или свинцовой ванне и охлаждают в масле, а крупные клещи закаливают в воде с переносом в масло. Отпускают при температуре 330-400° в течение 20- 40 мин. Требуемая твёрдость Rс = 43-50. Определяют твёрдость тарированным напильником.
Для изготовления топоров применяют стали У7 и У8. При изготовлении топоров с приварными лезвиями последние можно изготовлять из стали У10, а остальную часть из сталей 20 и 30. Закалке подвергают только лезвие топора на длину 30 мм охлаждают в масле. Отпуск производят при температуре 270-320° в течение 1 часа. Требуемая твёрдость Rc = 50-56. Определяют твёрдость тарированным напильником.
Основным материалом для изготовления ударного слесарного инструмента является углеродистая сталь марок У7 и У8, обеспечивающая получение достаточной твёрдости и вязкости. Весь ударный инструмент, изготовляемый кузнечным способом, перед закалкой следует отжечь или нормализовать.
Зубила и крейцмейсели изготовляют из этих же сталей. Для закалки рабочую часть зубила нагревают в свинцовой или соляной ванне на длину 25-30 мм и охлаждают в воде с переносом в масло. После этого нагревают и калят в масле ударную часть на длину 10 мм. Отпуск производят при температуре 270-300° в течение 20-30 мин. При нагреве зубила по всей длине в камерной печи, охлаждают рабочую часть в воде до 150-170°, затем вынимают, быстро зачищают наждачной бумагой или о камень и в момент появления на лезвии фиолетового цвета побежалости зубило охлаждают в масле. Твёрдость рабочей части Rc = 53 - 56. Твёрдость контролируют тарированным напильником.
Кернеры и бородки изготовляют из вышеупомянутых сталей. Кернеры закаливают на длину 20 мм, а бородки на длину всего конуса. Способ закалки кернеров и бородок такой же, как и зубил. Отпуск производят при температуре 280-300° в течение 20- 40 мин., твёрдость Rc = 52-55. Твёрдость проверяют тарированным напильником, а кернеры и пробой на кернение.
Читайте также: