Технологія конструкційних матеріалів та матеріалознавство (стр. 31 )

Для роботи при понад низьких температурах застосовують криогенні сталі й сплави для виготовлення ємностей для зберігання й перевезення зріджених газів, що мають дуже низьку температуру кипіння (кисень –183 oС, водень –253 oС). Основними матеріалами для роботи в подібних умовах є аустенітні сталі з підвищеним змістом нікелю 10Х14Г14Н4Т, 10Х18Н10Т,03Х20Н16АГ6.

Зносостійкі сталі

Для роботи в умовах зношування, супроводжуваного більшими питомими навантаженнями використовується високомарганцева сталь 110Г13Л, що має у своїй сполуці 1...1,4% вуглецю, 12...14 % марганцю. Сталь має аустенітну структуру й відносно низьку твердість (200...250 НВ). У процесі роботи, коли на деталь діють високі навантаження, які викликають у матеріалі напруги, що перевершують границю текучості, відбувається інтенсивне наклепування сталі й ріст її твердості й зносостійкості. При цьому сталь зберігає високу в'язкість. Завдяки цим властивостям сталь широко використовується для виготовлення корпусів кульових млинів, щік каменедробарок, хрестовин рейок, гусеничних траків, козирків землечерпалок і т. д.

Схильність до інтенсивного наклепу є характерною рисою сталей аустенітного класу.

Автоматні сталі

Автоматними називають сталі, що володіють підвищеною оброблюваністю різанням.

Ефективним металургійним прийомом підвищення оброблюваності різанням є введення в сталь сірки, селен, телуру, кальцію, які змінюють сполуку неметалічних включень, а також свинцю, що утворить власні включення.

Автоматні сталі А12, А20 з підвищеним змістом сірки й фосфору використовуються для виготовлення мало навантажених деталей на верстатах автоматах (болти, гвинти, гайки, дрібні деталі швейних, текстильних, рахункових і інших машин). Ці сталі мають поліпшену оброблюваність різанням, поверхня деталей виходить чистої й рівної. Зносостійкість може бути підвищена цементацією й загартуванням.

Стали А30 і А40Г призначені для деталей, що випробовують більше високі навантаження.

В автоматних сталей, що містять свинець, (АС11, АС40), підвищується стійкість інструмента в 1...3 рази й швидкість різання на 25...50 %.

Леговані хромисті й хромонікелеві сталі із присадкою свинцю й кальцію (АЦ45Г2, АСЦ30ХМ, АС20ХГНМ) використовуються для виготовлення навантажених деталей в автомобільній і тракторній промисловості.

Автоматні сталі піддають дифузійному відпалу при температурі 1100…1150oС, для усунення ліквації сірки.

Інструментальні сталі

Сталі для різального інструменту

Інструментальна сталь повинна мати високу твердість, зносостійкістю, достатньою міцністю й в'язкістю (для інструментів ударної дії).

Ріжучі крайки можуть нагріватися до температури 500…900oС, тому важливою властивістю є теплостійкість, тобто, здібність зберігати високу твердість і ріжучу здатність при тривалому нагріванні (червоностійкість).

інструменти можуть працювати тільки при невисоких швидкостях різання.

Леговані інструментальні сталі

Містять 0,9...1,4 % вуглецю. Як легуючі елементи містять хром, вольфрам, ванадій, марганець, кремній і інші. Загальний зміст легуючих елементів до 5%.

Висока твердість і зносостійкість в основному визначаються високим змістом вуглецю. Легування використовується для підвищення загартованості й прокалюваності, збереження дрібного зерна, підвищення міцності й в'язкості.

Термічна обробка включає загартування й відпустку.

Проводять загартування з температури 800…850oС у масло або східчасте загартування, що зменшує можливість жолоблення й утворення гартівних тріщин.

Відпустку проводять низькотемпературний, при температурі 150…200oС, що забезпечує твердість HRC 61...66 Іноді, для збільшення в'язкості, температуру відпустки збільшують до 300oС, але при цьому спостерігається зниження твердості HRC 55...60

Для деревообробного інструмента зі сталей 6ХС і 9ХФ рекомендується ізотермічне загартування, що значно поліпшує в'язкість.

Підвищений зміст кремнію (сталь 9ХС) сприяє збільшенню прокалюваності до 40 мм і підвищенню стійкості мартенситу при відпустці. Недоліками сталей, що містять кремній, є чутливість їх до зневуглероджування при термообробці, погана оброблюваність різанням і деформуванням через зміцнення фериту кремнієм.

Підвищений зміст марганцю (стали ХВГ, 9ХВСГ) сприяє збільшенню кількості залишкового аустеніту, що зменшує деформацію інструмента при загартуванні. Це особливо важливо для інструмента, що має більшу довжину при малому діаметрі, наприклад, протягань.

Хром збільшує прокалюваність і твердість після загартування.

Стали використовуються для виготовлення інструмента й ударного, і ріжучого.

“Алмазна” сталь ХВ5 містить 5% вольфраму. Завдяки присутності вольфраму, у термічно обробленому стані має надлишкову дрібнодисперсну карбідну фазу. Твердість становить HRC 65...67. Сталь використовується для виготовлення інструмента, що зберігає тривалий час гостру ріжучу крайку й високу розмірну точність (розгорнення, фасонні різці, граверний інструмент).

Швидкорізальні сталі

Стали одержали свою назву за властивості. У наслідку високої теплостійкості (550…650oС), виготовлені з них інструменти можуть працювати з досить високими швидкостями різання.

Стали містять 0,7...1,5 % вуглецю, до 18 % основного легуючого елемента - вольфраму, до 5 % хрому й молібдену, до 10 % кобальту

Додавання ванадію підвищує зносостійкість інструмента, але погіршує щлифуємість. Кобальт підвищує теплостійкість до 650oС і вторинну твердість HRC 67...70

Мікроструктура швидкорізальної сталі в литому стані має евтектичну структурну у тридцятилітній. Для одержання оптимальних властивостей інструментів зі швидкорізальної сталі необхідно по можливості усунути структурну неоднорідність стали - карбідну ліквацію. Для цього злитки зі швидкорізальної сталі піддаються інтенсивної пластичної деформації (малодоходному). При цьому відбувається дроблення карбідів евтектики й досягається більше однорідний розподіл карбідів по перетині заготівлі.

Потім проводять відпал сталі при температурі 860…900oС. Структура відпаленої швидкорізальної сталі – дрібнозернистий (сорбітообразний) перліт і карбіди, дрібні евтектоїдні й більші первинні. Кількість карбідів близько 25 %. Сталь із такою структурою добре обробляється різанням. Гнітюча кількість легуючих елементів перебувають у карбідній фазі. Для одержання оптимальних властивостей стали в готовому інструменті необхідно при термічній обробці забезпечити максимальне насичення мартенситу легуючими елементами. При загартуванні швидкорізальні сталі вимагають нагрівання до дуже високих температур, близько 1280oС. Нагрівання здійснюють у добре розкислених соляних ваннах BaCl2, що поліпшує рівномірність прогріву й знижує можливість зневуглероджування поверхні. Для зниження термічних фазових напруг нагрівання здійснюють східчасто: сповільнюють нагрівши при температурах 600…650oС і при 850…900oС.

Графік режиму термічної обробки швидкорізальної сталі представлений на мал.

Рис. Графік режиму термічної обробки швидкорізальної сталі

Охолодження від гартівної температури виробляється в маслі. Структура стали після загартування складається з легованого, дуже тонкодисперсного мартенситу, значної кількості (30...40 %) залишкового аустеніту й карбідів вольфраму. Твердість становить 60...62 HRC. Наявність аустеніту залишкового в структурі загартованої сталі погіршує ріжучі властивості.

Для максимального видалення аустеніту залишкового проводять трикратна відпустка при температурі 560oС. При нагріванні під відпустку вище 400oС спостерігається збільшення твердості. Це пояснюється тим, що з легованого залишкового аустеніту виділяються леговані карбіди. Аустеніт при охолодженні від температури відпустки перетворюється в мартенсит відпустки, що викликає приріст твердості. Збільшенню твердості сприяють і відпустки, що виділилися при температурі, дрібнодисперсні карбіди легуючих елементів. Максимальна твердість досягається при температурі відпустки 560oС.

Після однократної відпустки кількість аустеніту залишкового знижується до 10%. Щоб зменшити його кількість до мінімуму, необхідна трикратна відпустка.

Твердість стали після відпустки становить 64...65 HRC. Структура стали після термообробки складається з мартенситу відпустки й карбідів.

При термічній обробці швидкорізальних сталей застосовують обробку холодом. Після загартування сталь прохолоджують до температури — 80…100о С, після цього проводять однократна відпустка при температурі 560oС для зняття напруг.

Іноді для підвищення зносостійкості швидкорізальних сталей застосовують низькотемпературне ціанування.

Основними видами ріжучих інструментів зі швидкорізальної сталі є різці, свердли, довб’яки, протягання, мітчики машинні, ножі для різання паперу. Часто зі швидкорізальної сталі виготовляють тільки робочу частину інструмента.

Сталі для вимірювальних інструментів

Основними вимогами, пропонованими до сталей, з яких виготовляються вимірювальні інструменти, є висока твердість і зносостійкість, стабільність у розмірах протягом тривалого часу. Остання вимога забезпечується мінімальним температурним коефіцієнтом лінійного розширення й відомістю до мінімуму структурних перетворень у часі.

Для виготовлення вимірювальних інструментів застосовуються:

·  високовуглецеві інструментальні сталі, леговані й вуглецеві (стали В12, Х, Х9, ХГ), після загартування й стабілізуючого низькотемпературного (120…170oС) відпустки протягом 10...30 ч. До відпустки бажано провести обробку холодом. Одержують твердість 62...67 HRC;

·  мало вуглецеві сталі (сталь 15, 20) після цементації і гартування з низьким відпуском;

·  нітралоі (сталь 38ХМЮА) після азотування на високу твердість

Штампові сталі

Інструмент, застосовуваний для обробки металів тиском (штампи, пуансони, матриці) виготовляють зі штампових сталей.

Розрізняють сталі для штампів холодного й гарячого деформування.

Сталі для штампів холодного деформування.

Стали повинні мати високу твердість, зносостійкістю, міцністю, в'язкістю (щоб сприймати ударні навантаження), опором пластичним деформаціям.

Для штампів невеликих розмірів (до 25 мм) використовують вуглецеві інструментальні сталі В10, В11, В12 послу загартування й низької відпустки на твердість 57...59 HRC. Це дозволяє одержати гарну зносостійкість і ударну в'язкість.