Домашнее задание (вариант 432А) / Материаловедение.doc

Задание № 432А / режущий инструмент.

При высоких скоростях резания и больших нагрузках для изготовления режущего инструмента (протяжки, фрезы, сверла, метчики и др.) применяется быстрорежущая сталь Р18.

1. Укажите оптимальный режим термической обработки фрезы, изготовленной из этой стали, постройте график термообработки для этой стали в координатах температура-время.

2. Опишите структурные превращения, происходящие при термической обработке.

3. Приведите основные сведения об этой стали: ГОСТ, химический состав, свойства, достоинства, недостатки, влияние легирующих элементов, другие марки стали такого же типа, влияние легирующих элементов и др.

Отчет.

Сталь Р18 относится к быстрорежущим сталям нормальной теплостойкости. Быстрорежущие стали наиболее характерны для режущих инструмен­тов. Они сочетают высокую теплостой­кость (500-650°С) в зависимости от состава и обработки) с высокими твер­достью (до HRC 68-70), износостой­костью при повышенных температурах и повышенным сопротивлением пластической деформации. Быстрорежу­щие стали позволяют повысить ско­рость резания в 2 - 4 раза по сравне­нию со скоростями, применяемыми при обработке инструментами из углероди­стых и легированных инструменталь­ных сталей.

Быстрорежущие стали широко при­меняют для режущих инструментов, работающих в условиях значительного нагружения и нагрева рабочих кромок. Инструмент из быстрорежущих сталей обладает достаточно высо­кой стабильностью свойств, что особо важно в условиях гибкого автоматизи­рованного производства.

Высокие режущие свойства быстро­режущих сталей обеспечиваются ле­гированием сильными карбидообразующими элементами (вольфрамом, мо­либденом, ванадием), элементами, по­вышающими температуру ( γ)-пре­вращения (кобальтом, алюминием), и применением специальной термической обработки, заключающейся в закалке с высоких температур (1200 - 1300 °С) и отпуске, вызывающем дисперсион­ное твердение.

Для стали Р18 основ­ным является карбид М₆С (Fe₃W₃C).

Для получения высоких теплостой­кости и твердости достаточно большая доля распадающегося карбида должна быть переведена при закалке в твердый раствор (аустенит, мартенсит), что насыщает его углеродом, вольфрамом, молибденом, ванадием, хромом.

Последующий отпуск при темпера­турах 550-560 °C повышает твердость до максимальных значений вследствие выделения дисперсных, карбидов и распада остаточного аустенита.

В зависимости от химического со­става, а следовательно, и уровня ос­новных свойств быстрорежущие стали подразделяют на стали нормальной и повышенной теплостойкости (произво­дительности). Если содержание вана­дия не превышает 2%, их относят к быстрорежущим сталям нормальной теплостойкости (производительности). Это стали Р18, Р9, Р6М5.

Быстрорежущие стали с более вы­соким содержанием ванадия, а также дополнительно легированные кобальтом относят к сталям повышенной тепло­стойкости (Р12ФЗ, Р6М5ФЗ, Р18К5Ф2, Р9К5, Р6М5К5, Р9М4К8 и др.).

К группе быстрорежущих сталей повышенной производительности сле­дует отнести и быстрорежущие дисперсионно-твердеющие сплавы с интерметаллидным упрочнением. Их высо­кая теплостойкость и режущие свой­ства обеспечиваются высокими тем­пературами ( γ)-превращения и уп­рочнением вследствие выделения при отпуске интерметаллидов.

В соответствии с заданием необходимо выбрать оптимальный режим термической обработки фрезы. Для инструментов сложной формы, тонколезвийных, а также для инстру­ментов, используемых при прерывистом точении, большее значение при­обретают прочность и вязкость быстро­режущей стали.

Нагрев под закалку быстрорежущих сталей проводится при температурах и выдержках, обеспечивающих раство­рение специальных карбидов и леги­рование аустенита, для получения оп­тимальной теплостойкости. При закалке тонколезвийных ин­струментов небольших размеров (ме­нее 3-5 мм) температура закалки сни­жается на 10-20 °С (балл зерна 11).

Для предупреждения образования трещин и повышенных термических напряжений нагрев под закалку ведут с одним или двумя подогревами. Первый подогрев при 400-500 °С, второй при 800-850 °С. Выдержку при окончательном нагреве выбирают из расчета 10-15 с на 1 мм диаметра (толщины) для инструмента диаметром 5—30 мм. Пусть толщина фрезы 3-5 мм, следовательно время выдержки при окончательном нагреве 40 c; температура - 1280 °С.

Время выдержки при подогреве обычно берут удвоенным по сравне­нию с выдержкой при окончательном нагреве.

Подогрев и окончательный нагрев под закалку быстрорежущих сталей, как правило, проводят в электродных со­ляных ваннах. Среда нагрева: при подогреве - смесь 78 % ВаС1₂ и 22 % NaCl (Т_пл = 640 °С), при окон­чательном нагреве - в расплаве ВаС1₂ (T_пл = 962 °С). Для предохра­нения от окисления ванну раскисляют фтористым магнием.

Переохлажденный аустенит быстро­режущих сталей устойчив, вследствие чего они могут охлаждаться в любой среде - воздухе, масле, горячих сре­дах при 500-560 °С. Будем охлаждать изделие в масле.

Отпуск быстрорежущих сталей вы­полняется при температурах 550-570 °С, 2-3 раза по 1 ч. Бы­строрежущие стали с большой устой­чивостью остаточного аустенита тре­буют трех- и даже четырехкратного отпуска. Будем выполнять трехкратный отпуск при температуре 550 °С.

При отпуске происходит выделение упрочняющих карбидов и распад оста­точного аустенита. В результате бы­строрежущая сталь получает высокую твердость, прочность и теплостойкость.

При закалке в аустените растворяется весь хром, 8% W, 1% V и 0,4-0,5% C. После закалки в структуре кроме мартенсита и первичных карбидов содержится 30-40% остаточного аустенита. Остаточный аустенит превращают в мартенсит при отпуске. Аустенит, обедняясь углеродом и легирующими элементами, становится менее устойчивым и при охлаждении ниже точки M_Н испытывает мартенситное превращение. Однократного отпуска недостаточно для превращения всего остаточного аустенита, поэтому применяют многократный отпуск.

Вид поставки - сортовой прокат, в том числе фасонный: ГОСТ 19265-73, ГОСТ 2590-71, ГОСТ 2591-71. Калиброванный пруток ГОСТ 19265-73, ГОСТ 7417-75. Шлифованный пруток и серебрянка ГОСТ 19265-73, ГОСТ 14955-77. Лист толстый ТУ 14-1-1408-75. Лист тонкий ТУ 14-1-1706-76, ТУ 14-1-1408-75. Полоса ГОСТ 19265-73, ГОСТ 4405-75. Проволока ТУ 14-1-1096-74. Поковки и кованые заготовки ГОСТ 19265-73, ГОСТ 1133-71.

Назначение - резцы, сверла, фрезы, резьбовые фрезы, долбяки, развертки, венкеры, метчики, протяжки для обработки конструкционных сталей с прочностью до 1000 МПа, от которых требуется сохранение режущих свойств при нагре­вании во время работы до 600 °С.

Химический состав, % (ГОСТ 19265-73)

Рассмотренный режим термической обработки обеспечивает получение следующих механических свойств: σ_в = 1370 Мпа; HRC = 63-66; Теплостойкость (HRC 58): 620 °С.

1