В чем состоит отличие сталей у10 и у12 закаленных от температуры 760 с
Обновлено: 27.04.2024
Метчик - инструмент для нарезания внутренней резьбы - цилиндрический валик с режущими кромками на конце . Различают ручные и машинные метчики .
Плашка (круглая нарезная) - инструмент для нарезания (накатывания) наружной резьбы вручную или на станках . Нарезные плашки бывают круглые (лерки) , раздвижные (призматические) . Накатные плашки состоят из 2-х прямоугольных призм или роликов , рабочие части которых имеют профиль , противоположный профилю резьбы 1 .
В зависимости от области применения , метчики и плашки изготавливают из инструментальной углеродистой и 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 .
Требования , предъявляемые к материалам изделий : высокая твёрдость , износостойкость, прочность .
Для изготовления вышеперечисленных изделий предлагается сталь У10 - инструментальная углеродистая высокопрочная нетеплостойкая небольшой прокаливаемости .
Общие сведения об инструментальных сталях .
Инструментальными называются углеродистые и легированные стали высокой твёрдости ( примерно 60-65 HRc ) в режущей кромке , значительно повышающей твёрдость обрабатываемого материла , а так же высокой прочностью при некоторой вязкости для предупреждения поломки инструмента в процессе работы и износостойкостью , необходимой для сохранения размеров и формы режущей кромки при резании . Именно благодаря этим свойствам , стали этого класса используются при изготовления различного инструмента . 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 :
нетеплостойкие ( углеродистые и легированные с содержанием легирующих элементов до 3-4 % ) .
полутеплостойкие до 400-500С , с содержанием углерода до 6-7 % , а хрома около 4-18 % .
теплостойкие до 550-650С . 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 :
стали небольшой прокаливаемости ( углеродистые ) .
стали повышенной прокаливаемости ( легированные ) .
Маркируются инструментальные углеродистые стали буквой “У” , следующая за буквой цифра обозначает среднее содержание углерода в десятых долях процента .
Сталь У10 . Характеристики , структура , термообработка .
Предложенная для изготовления метчиков и плашек сталь У10 относится к углеродистым сталям небольшой прокаливаемости , необладающим теплостойкостью . Углеродистые инструментальные стали этого класса имеют небольшую прокаливаемость вследствие неустойчивости переохлаждённого аустенита . Именно поэтому эти стали применяют для изготовления инструментов небольших размеров .
Углеродистые стали можно использовать в качестве режущего инструмента , только тогда , когда процесс резанья происходит при малых скоростях . Это обусловлено тем , что их высокая твёрдость сильно снижается при нагреве выше температуры 190-200С .
Углеродистые стали в исходном состоянии имеют структуру зернистого перлита, при этом твёрдость их не превышает 170-180 НВ . В этом состоянии углеродистые стали легко обрабатываются резанием . Температура закалки углеродистой стали должна быть чуть выше точки Ас1 - 760-780С , но ниже , чем Астдля того , чтобы в результате закалки получить мартенситную структуру и сохранить мелкозернистую нерастворённую структуру вторичного цементита 2 .
Поведение легированной и углеродистой стали при термической обработке
Основными марками инструментальной стали, применяемыми для изготовления режущего инструмента, являются:
а) углеродистая сталь У10 и У12;
б) легированная сталь 9ХС; в отдельных случаях, перечисленных ранее, применяется также хромистая сталь X, Х05, Х09 и хромовольфрамовая сталь ХВ5, ХВГ, 9ХВГ;
в) высокохромистая сталь Х12М.
Углеродистая сталь. На фиг. 64, а показана твердость стали У12 после закалки в зависимости от температуры нагрева, а на фиг. 64, б — твердость правильно закаленной стали У12 в зависимости от температуры отпуска. Углеродистая инструментальная сталь У10 и У12 (а также сталь У7, У8 и У9) в процессе термической обработки характеризуется следующими свойствами.
а) Углеродистая сталь имеет узкий интервал температур нагрева при закалке и очень чувствительна к перегреву; при нормальной закалке, например, при нагреве стали У12 в интервале 760—780°, сталь получает твердость 62—65 Rс и структуру скрытокристаллического мартенсита, а при перегреве (для стали У12 нагрев выше 790—800°) твердость стали сохраняется в тех же пределах, но микроструктура характеризуется образованием игольчатого мартенсита. С повышением температуры нагрева размер игл мартенсита возрастает и одновременно увеличивается хрупкость инструмента, а стойкость его в работе значительно понижается.
б) Аустенит углеродистой стали в области перлитного превращения, особенно в интервале температур 530—650°, обладает минимальной устойчивостью. S-образная диаграмма, приведенная на фиг. 65 для стали типа У12, показывает, что распад аустенита на ферритно-цементитную смесь начинается в области перлитного превращения после 1—2 сек. выдержки. Поэтому для получения в закаленной стали структуры мартенсита надо обеспечить максимально быстрое прохождение указанного температурного интервала в процессе охлаждения. Это требует применения весьма энергичного охладителя, а именно воды. Однако, вода создает ускоренное охлаждение не только в области перлитного превращения, но и при более низких температурах: в области мартенситного превращения (нижняя область S-образной диаграммы), что создает чрезмерные напряжения и даже трещины в инструменте сложной формы.
Диаграмма (фиг. 65) показывает, что мартенситное превращение начинается при температуре примерно 180—200°. Для уменьшения напряжений охлаждение стали У12 при прохождении ею этой области надо производить в менее энергичном охладителе. Поэтому инструмент, изготовленный из стали У12, охлаждают (замачивают) сначала в воде до потемнения поверхности, а затем переносят в масло для окончательного охлаждения.
Аналогичными свойствами характеризуется сталь У8, У10 и У13.
Углеродистая сталь У7, содержащая меньший процент углерода, также характеризуется быстрым распадом аустенита в области перлитного превращения. Однако эта сталь обладает большей пластичностью, а превращение в мартенсит происходит в ней при несколько более высокой температуре и сопровождается не столь значительными объемными изменениями. Поэтому сталь У7 менее склонна к образованию трещин при ускоренном охлаждении, что позволяет охлаждать изготовленные из нее изделия в воде без переноса в масло.
в) Сталь имеет небольшую глубину прокаливаемости, зависящую, кроме того, от свойств отдельных плавок: величины зерна, структуры перед закалкой и т. д. (способы определения прокаливаемости указаны ранее); поэтому инструмент, изготовленный из углеродистой стали, имеет после закалки неоднородные свойства по сечению: высокую твердость в поверхностном слое и низкую твердость, но более высокую вязкость в сердцевине; это свойство углеродистой стали используется, как будет показано далее, при изготовлении ряда инструментов, например, метчиков, развертой. Легированная сталь: хромистая (X, Х05, Х09, ШХ15, ШХ12, ШХ6), хромокремнистая (9ХС), вольфрамовая (B1, В2), хромовольфрамовая (ХВ5, 9ХВГ и ХВГ). На фиг. 37 и 66 приведены значения твердости и количества остаточного аустенита в зависимости от режима закалки и отпуска стали X (ШX15)), а на фиг. 67 и 68 — аналогичные характеристики для стали Х09. На фиг. 69 и 70 даны значения твердости для стали 9ХС в зависимости от режима закалки и отпуска. Перечисленные здесь марки стали в процессе термической обработки обнаруживают следующие свойства.
а) Легированная сталь обладает несколько более широким, интервалом оптимальных температур закалки, чем углеродистая сталь; в этом отношении следует выделить марки стали 9ХС и ХВ5, имеющие интервал температур нагрева при закалке 30—40°; на следующее за ними место можно поставить сталь марок X и ШХ15, если она имеет перед закалкой структуру мелкозернистого перлита.
б) Карбиды легированной стали, в отличие от цементита углеродистой стали, обладают меньшей скоростью диффузии и медленнее растворяются в аустените; поэтому выдержка при нагреве для закалки инструмента, изготовленного из легированной стали, должна быть несколько больше, чем при нагреве углеродистой стали.
в) Аустенит легированной стали (содержащей более 1% Cr) в области перлитного превращения обладает несколько большей устойчивостью, чем аустенит углеродистой стали; поэтому скорость охлаждения, сообщаемая маслом, оказывается достаточной для получения в закаленной стали структуры мартенсита и высокой твердости в пределах 62—65 Rс. Однако инструмент небольших размеров и простой формы, изготовленный из стали с пониженным содержанием хрома (марки ШХ6, Х09), надо закаливать в воде для получения высокой и равномерной твердости. Недостаточно однородную и высокую твердость и неудовлетворительную прокаливаемость обнаруживает часто сталь марок B1 и В2, что требует предварительной проверки отдельных плавок этой стали на чувствительность к закалке. После закалки твердость стали марок X, Х09, 9ХС, ХВГ, 9ХВГ составляет 62—65 Rс. Более высокую твердость после закалки показывает сталь Х05 (64—66 Rс) и особенно сталь ХВ5 (66—67 Rс).
г) При правильной закалке с охлаждением в масле инструмент, изготовленный из легированной стали, получает меньшую деформацию, чем такой же инструмент, изготовленный из углеродистой стали и охлажденный при закалке в воде. Незначительной деформируемостью характеризуется, в особенности, легированная марганцем сталь марок ХВГ, 9ХВГ и ХГ и в несколько меньшей степени — сталь 9ХС.
д) После нормальной закалки структура стали — скрытокристаллический мартенсит и свободные карбиды, не перешедшие полностью в раствор при нагреве. На фиг. 71 дана микроструктура стали X после нормальной закалки и отпуска. При перегреве твердость стали, как показывают кривые фиг. 37, 67, 69, изменяется незначительно, но в структуре образуется игольчатый мартенсит; с ростом игл мартенсита резко увеличивается хрупкость стали и снижается износоустойчивость и стойкость режущего инструмента. Количество свободных карбидов при этом уменьшается вследствие их более полного растворения в аустените.
е) В структуре закаленной стали сохраняется некоторое количество остаточного аустенита, обычно в пределах 5—25%. Количество его зависит как от температуры нагрева, так и от режима охлаждения: оно возрастает при повышении температуры нагрева при закалке и в случае охлаждения стали в масле, а не в воде. Применение расплавленных солей в качестве охлаждающей среды или горячего масла (изотермическая закалка) дополнительно увеличивает количество остаточного аустенита. Микроанализ обычно его не обнаруживает (фиг. 35 и 71).
ж) Легированная сталь по сравнению с углеродистой получает при закалке большую глубину прокаливаемости, возрастающую с повышением содержания легирующих элементов (хрома, марганца, вольфрама); сталь X и ШХ15, имеющая в среднем 1,5% хрома, дает более глубокую прокаливаемость, чем, например, сталь XO5 и ШX6, содержащая в среднем 0,5—0,6% хрома.
Различные плавки одной и той же марки легированной инструментальной стали (кроме стали марок B1 и В2) дают однородную прокаливаемость.
В качестве общего правила можно отметить, что чем более равномерная твердость и однородная структура были получены в результате отжига, тем лучше поведение такой стали при закалке, о чем было подробно указано ранее.
Высокохромистая сталь Х12М (и сталь Х12) имеет устойчивый аустенит, не распадающийся полностью в области перлитного превращения даже при охлаждении на воздухе, и получает в этом случае примерно такую же структуру и твердость как после закалки с охлаждением в масле.
Охлаждение стали X12М на воздухе позволяет избежать значительных остаточных напряжений при закалке. Из стали Х12М целесообразно изготовлять инструмент сложной формы, так как она характеризуется минимальной деформируемостью при закалке.
На фиг. 72—74 приведены значения твердости и количества остаточного аустенита стали Х12М в зависимости от режима закалки и отпуска. Эти диаграммы показывают, что при повышении температуры нагрева в закаленной стали X12М возрастают количество остаточного аустенита и его устойчивость против отпуска; одновременно понижается твердость стали. Однако с повышением температуры нагрева стали возрастает количество карбидов хрома, переходящих в раствор, что повышает красностойкость стали.
Режущий инструмент, изготовленный из стали Х12М, нагревают при закалке обычно до температур 1000—1050°; в закаленном состоянии сталь имеет структуру, состоящую из аустенита, мартенсита и карбидов.
В 1941 г. В.Н. Берхин предложил нагревать сталь Х12М до еще более высокой температуры 1115—1130°; после такой закалки сталь Х12М получает почти полностью аустенитную структуру (практически теряет магнитность). Режущие свойства инструмента в результате такого нагрева возрастают, но одновременно усложняется процесс последующего отпуска вследствие трудности в результате двух-трехкратного отпуска перевести полностью остаточный аустенит в мартенсит и получить требуемую высокую твердость.
Твердость стали Х12М при закалке с температур 1115—1130° составляет 45—48 Rс и повышается после многократного отпуска при 500—520° до 60—62 Rс. На фиг. 75—76 приведена структура стали Х12М после закалки, а на фиг. 77 — после отпуска.
Помогите пожалуста!! ! Нужно найти ответы на вопросы по материаловедению
Опишите структуру и свойство стали 45 и стали У12, после закалки от температуры 7600 и 8400С (объясните с применением диаграммы железа – цементит) . Выберите оптимальный режим нагрева под закалку каждой стали.
Сталь У12- углеродистая инструментальная сталь, состоит из зерен перлита и зерен цементита. Зерен феррита в этих сталях нет. Такие стали называются заэвтектоидными
При нагреве углеродистой стали любой марки никаких изменений в ее структуре не происходит до температуры 720°. При температуре 720° в стали происходит первое очень глубокое изменение структуры: зерна перлита превращаются в зерна аустенита. Это превращение заключается в том, что пластинчатые зерна цементита, которые образовали как бы каркас внутри зерна перлита, растворяются в окружающем их железе и равномерно по нему распределяются. Получившееся из зерна перлита зерно аустенита представляет собой уже не сложное зерно чистого железа, внутри которого были заключены пластинчатые зерна цементита, а однородное зерно твердого раствора углерода в железе.
Превращение зерен перлита в зерна аустенита происходит в углеродистой стали всех марок, когда температура металла достигает 720°. Эта очень важная для теории и практики термической обработки температура называется нижней критической температурой.
При нагреве углеродистых сталей выше 720° зерна аустенита будут увеличиваться, а зерна феррита уменьшаться, потому что зерна аустенита будут постепенно поглощать зерна феррита и растворять их в себе. Наконец, при какой-то температуре зерен феррита не останется вовсе — структура металла будет состоять из одних зерен аустенита. Та температура, при которой заканчивается полностью процесс растворения зерен феррита в зернах аустенита, называется верхней критической температурой.
В стали 45 содержится 0.45% углерода. тона является доэвтектойдной
Повышенная прочность стали 45 достигается с помощью различных приемов термической обработки. Например, к стали 45 применяют двойную термообработку с высоко температурным отпуском, в результате чего обеспечивается ее стойкость к водородному растеканию.
Если сталь 45 обрабатывают термическим методом один цикл, она обретает зернистую структуру, а при многоразовой (в основном два раза) обработке, так называемой закалке с высоким отпуском сталь 45 имеет равновесную структуру из зерен, величина которых не превышает 10 мкм.
Еще одним методом повышения прочности стали 45, считается азотирование поверхностного слоя, то есть легирование стали 45 азотом.
Закалка доэвтектоидной стали заключается в нагреве стали до температуры выше критической (Ас3), в выдержке и последующем охлаждении со скоростью, превышающей критическую.
Температура точки Ас3 для стали 45 составляет 755°С.
Если доэвтектоидную сталь нагреть выше Ас1, но ниже Ас3 (неполная закалка) , то в ее структуре после закалки наряду с мартенситом будут участки феррита. Присутствие феррита как мягкой составляющей снижает твердость стали после закалки. При нагреве до температуры 740°С (ниже точки Ас3) структура стали 45 – аустенит + феррит, после охлаждения со скоростью выше критической структура стали – мартенсит + феррит.
Доэвтектоидные стали для полной закалки следует нагревать до температуры на 30-50°С выше Ас3. Температура нагрева стали под полную закалку, таким образом, составляет 800-840°С. Структура стали 45 при температуре нагрева под закалку – аустенит, после охлаждения со скоростью выше критической – мартенсит.
есть у меня реферат (делал для олимпиады по технологии в 10 классе - 1 место занял) , про стали, их свойства, там все есть что тебе надо.
только теперь цена вопроса??
Назначьте температуру закалки, охлаждающую среду и температуру отпуска резьбовых калибров из стали У10А.
Опишите сущность происходящих превращений, микроструктуру и твердость инструмента после термической обработки.
Напишите пожалуйста как вы это сделали, по диаграмме и тд.
Закалка: температура нагрева - 770. 800°С; охлаждающая среда - через воду в масло; твердость HRC62. 65. Отпуск: температура нагрева - 160. 200°С; твердость HRC62. 64.
Литература: Белькевич Б. А. , Тимашков В. Д. Справочное пособие технолога машиностроительного завода. Мн. , "Беларусь", 1972, табл. 21, с. 54.
Сталь У10А-углеродистая высококачественная эвтектоидная сталь. Относится к группе инструментальных нетеплостойких сталей высокой твердости с небольшой прокаливаемостью. Химический состав по ГОСТ 1435-90: C1,0%; Mn0,2%; Si≤0,3%; Cr ≤0,25%. Поскольку сталь высококачественная, содержание серы в ней не превышает 0,018% и фосфора - 0,025% и она также имеет повышенную чистоту по неметаллическим включениям.
Для снижения твердости и создания благоприятной структуры все стали до изготовления инструмента подвергают предваритель¬ной термической обработке — отжигу. Поскольку наличие сетки вторичного цементита ухудшает качество и срок службы инстру¬мента, заэвтектоидные стали подвергают сфероидизирующему отжигу, нагревая сталь У10 до 740-7500С. В результате такого отжига пластины ЦII делятся (на этот процесс положительно влияет наличие субграниц и скоп¬лении дислокаций). Регулируя скорость охлаждения, можно полу¬чать глобули ЦII различного размера.
Окончательная термическая обработка — закалка и отпуск.
Структура закаленной стали - мелкоигольчатый мартенсит с мелкими карбидами.
Для закалки стали У10А ее нагревают до температуры 760-7700С, выдерживают при этой температуре для завершения фазовых превращений, а затем резко охлаждают. Средой закалки назначим воду или водный раствор солей, поскольку углеродистая сталь имеет высокую критическую скорость закалки.
В результате охлаждения со скоростью выше критической происходит превращение аустенита в неравновесную структуру – мартенсит, обладающую высокой твердостью и прочностью.
Сталь с исходной структурой зернистого перлита при нагреве приобретает аустенитную структуру при сохранении некоторого количества цементита. Продолжительность нагрева должна обеспечить прогрев изделия по сечению и завершение фазовых превращений. Но не должна быть слишком большой, чтобы не вызвать роста зерна и обезуглероживания поверхностных слоев стали. При закалке в водных растворах паровая рубашка разрушается почти мгновенно и охлаждение происходит более равномерно и в основном протекает на стадии пузырькового кипения.
Отпуск заключается в нагреве закаленной стали до температуры ниже Ас1, выдержке при заданной температуре и последующем ох¬лаждении с определенной скоростью. Отпуск является окончательной операцией термической обработки, в результате которого сталь полу¬чает требуемые механические свойства. Кроме того, отпуск полностью или частично устраняет внутренние напряжения, возникающие при закалке.
Темпера¬туру отпуска выбирают в зависимости от твердости, необходимой для данного вида инструмента. Стали для режущего инструмента должны иметь высокую твердость в режущей кромке, значительно превышающую твердость обрабатывае¬мого материала; высокую износостойкость, необходимую для со-хранения размеров и формы режущей кромки при резании; доста¬точную прочность при некоторой вязкости для предупреждения поломки инструмента в процессе работы и теплостойкости, когда резание выполняется с повышенной скоростью. Для напильников, метчиков, плашек и т. п. (стали У10—У13) проводят низкотемпературный отпуск при 150-200°С, что обеспечивает инструменту максимальную твердость (HRC62-64).
Низкотемперaтурный отпуск проводят при нагреве до 250 С. При этом снижаются закалочные макронапряжения, мартенсит закалки переводится в отпущенный мартенсит, повышается прочность и немного улучшается вязкость без заметного снижения твердости. Закаленная сталь У10 после низкого отпуска сохраняет твердость в пределах HRC62, а следовательно, высокую износостойкость. Однако такое изделие (если оно не имеет вязкой сердцевины) не выдерживает значительных динамических нагрузок. Продолжительность отпуска составляет обычно 1—2,5 ч.
Основные недостатки углеродистых сталей — их небольшая прокаливаемость, примерно до 5—10 мм, и низкая теплостой¬кость. При
Читайте также: