Готовые ДЗ варианты Д-хх (Д-128)

Посмотреть архив целиком




МГТУ им. Н.Э.Баумана

2001г.




Работа по материаловедению.


Задание 128Д / Р.ИН – Т



Группа ИУ4-31

Фесай О.

Первичная термическая обработка быстрорежущих сталей.


Быстрорежущие стали, к которым относится сталь марки Р9, - наиболее характерные для режущих инструментов. Они сочетают высокую теплостойкость ( 600 – 650оC в зависимости от состава и обработки ) с высокими твердостью ( до HRC 68 – 70 ), износостойкостью при повышенных температурах и повышенным сопротивлением пластической деформации. Высокие режущие свойства быстрорежущих сталей обеспечиваются легированием сильными карбидообразующими элементами ( W, Mo, V ), элементами, повышающими температуру ( α γ ) – превращения ( Со, Аl ), и применением специальной термической обработки, заключающейся в закалке с высоких температур ( 1200 - 1300 оC ) и в отпуске, вызывающем дисперсионное твердение ( первичная термическая обработка ).

Подобная термическая обработка приводит к карбидной неоднородности. Избыточные карбиды быстрорежущих сталей входят в состав эвтектики, образующейся по границам зерен аустенита и δ–феррита. Литая сталь из-за присутствия эвтектики имеет высокую хрупкость и низкую прочность.


Основные свойства быстрорежущей стали марки Р9 в состоянии поставки

( первичная термическая обработка).


Температура ковки : 1180-850 оC

Температура отжига : 840-860 оC

НВ( не более) : 2550 Мпа

Массовая доля карбидной фазы : 17%


Низкотемпературное газовое цианирование быстрорежущих сталей.


Качество инструмента в значительной мере определяется свойствами поверхностного слоя. Наиболее эффективно свойства поверхностного слоя могут быть повышены в результате химико-термической обработки, поскольку возрастают твердость, теплостойкость, стойкость против коррозии, в ряде случаев уменьшается коэффициент трения.

Наиболее универсальным и эффективным методом упрочнения поверхностного слоя инструментов из быстрорежущих сталей является азотирование и цементация. Азот и углерод легко усваиваются поверхность стали, образуют с железом твердые растворы внедрения и сравнительно быстро диффундируют в стали, образуя защитные слои значительной толщины.

Исследования показали, что в ряде случаев совместное диффузионное насыщение стали азотом и углеродом ( цианирование ) позволяет получать определенные преимущества перед отдельным и последовательным азотированием и цементированием. Например, азот способствует диффузии углерода, поэтому можно понизить температуру диффузионного насыщения до 850 оC и получить примерно такое же науглероживание, как и при цементации. В этом случае уменьшится рост зерна аустенита и последующую закалку можно проводить сразу же после некоторого подстуживания. Средой низкотемпературного газового цианирования является смесь цементирующего газа с 3-5% аммиака, в диффузионной зоне образуются карбонитриды. В зависимости от состава газовой смеси и содержания углерода в стали атмосфера в рабочем пространстве может быть науглероживающей, обезуглероживающей и нейтральной. Нейтральному составу газовой смеси соответствует определенная равновесная концентрация углерода на поверхности стальной детали. Эту концентрацию принято называть углеродным потенциалом контролируемой атмосферы. Очевидно, науглероживание будет происходить в том случае, если концентрация углерода на поверхности стали будет меньше углеродного потенциала газовой смеси при данной температуре.

При соответствующем составе газовой среды и определенных свойствах протяжки ионы углерода и азота адсорбируются поверхностью изделия. При этом образуется защитный слой на поверхности детали, а также идет процесс диффузионного насыщения стали.

Наружная часть слоя, содержащая больше 0,8% С, имеет структуру заэвтектоидных сталей – перлит и вторичный цементит, который при медленном охлаждении выделяется на границах аустенитных зерен в виде оболочек. Средняя часть слоя, имеющая эвтектоидную концентрацию, состоит из перлита. Далее по направлению к сердцевине концентрация углерода уменьшается, структура соответствует доэвтектоидной стали.

Цианированные слои хорошо сопротивляются износу и коррозии, обладают повышенной твердостью.

Одновременное насыщение стали углеродом и азотом можно также проводить при температуре 820-860 оC в расплавленных солях, содержащих цианистый натрий( жидкостное цианирование). В ванне, содержащей 20-25% NaCN, 25-50% NaCl и 25-50% Na 2CO 3 , за 1 час выдержки при указанной температуре можно получить диффузионный слой толщиной примерно 0,3 мм, который после закалки от 820-860 оC приобретает поверхностную твердость HRC 58-62 и содержит примерно 0,7% С и 1% N.

Активированная газовая среда является более рациональной исходной средой для процесса химико-термической обработки. Это среда, лишенная нейтральных( балластных) примесей, где активный диффундирующий элемент образуется в результате диссоциации, диспропорционирования или восстановительных реакций. Очевидно, что процесс химико-термической обработки в газовой среде лишен многих “лишних” стадий, следовательно, идет быстрее и качественнее. В жидкостном цианировании есть еще один существенный недостаток – ядовитость образующихся в ходе процесса цианистых солей.


Термическая обработка быстрорежущей стали марки Р9.


Существенное улучшение структуры и прочностных свойств данных сталей достигается в ходе особой термической обработки. Рассмотрим ее на примере быстрорежущей стали марки Р9 ( рис. 1 ).



















Для снижения твердости сталь, прежде всего, отжигают. В литом виде она имеет ледебуритную эвтектику, которую устраняют горячей деформацией путем измельчения первичных карбидов.

Ковка стали очень важна. При недостаточной проковке возникает карбидная ликвация – местное скопление карбидов в виде участков неразрушенной эвтектики. Карбидная ликвация снижает стойкость инструмента и увеличивает его хрупкость. Деформированную сталь для снижения твердости ( до НВ 2070 – 2550 ) подвергают изотермическому отжигу. Структура отожженных сталей состоит из сорбитообразного перлита, вторичных и более крупных первичных карбидов. В карбидах содержится 80-95% вольфрама и ванадия и 50% хрома. Остальная часть легирующих элементов растворена в феррите.

Высокие эксплуатационные свойства инструменты из быстрорежущих сталей приобретают после закалки и трехкратного отпуска ( рис. 1 ). Из-за низкой теплопроводности быстрорежущие стали при закалке нагревают медленно с прогревами при 450 и 850 оC, применяя соленые ванны для уменьшения окисления и обезуглероживания. Особенность закалки быстрорежущих сталей – высокая температура нагрева. Она необходима для обеспечения теплостойкости – получения после закалки высоколегированного мартенсита в результате перехода в раствор максимального количества специальных карбидов.

Степень легирования аустенита( мартенсита ) увеличивается с повышением температуры нагрева. При температуре 1300 оC достигается предельное насыщение аустенита – в нем растворяется весь хром, около 8%W, 1%V и 0,4-0,5%С.

Легирование аустенита происходит при растворении вторичных карбидов. Первичные карбиды не растворяются и тормозят рост зерна аустенита, поэтому при нагреве, близком к температуре плавления, в быстрорежущих сталях сохраняется мелкое зерно.

Быстрорежущие стали по структуре после нормализации относятся к мартенситному классу. От температуры закалки мелкие инструменты( подобные данной протяжке, диаметр – 20 мм ) охлаждают на воздухе.

После закалки не достигается максимальная твердость сталей ( НВ 60-62 ), так как в структуре кроме мартенсита и первичных карбидов содержится 30-40% остаточного аустенита, присутствие которого вызвано снижением температуры точки Мк ниже 0 оC. Остаточный аустенит превращают в мартенсит при отпуске и обработке холодом. Отпуск проводят при температуре 550-570 оC. В процессе выдержки при отпуске из мартенсита и остаточного аустенита выделяются дисперсные карбиды М6С. Аустенит, обедняясь углеродом и легирующими элементами, становится менее устойчивым и при охлаждении ниже точки Мн испытывает мартенситное превращение ( на рисунке 1а температурный интервал превращения обозначен усиленной линией ). Однократного отпуска недостаточно для превращения всего остаточного аустенита. Применяют двух- и трехкратный отпуск с выдержкой по одному часу и охлаждением на воздухе. При этом количество аустенита значительно снижается. Применение обработки холодом после закалки сокращает цикл термической обработки ( рис. 1б ). В термически обработанном состоянии быстрорежущие стали имеют структуру, состоящую из мартенсита отпуска и карбидов, и твердость HRC 63-65( для стали марки Р9 – HRC 62-64 ).


Режимы окончательной термической обработки и свойства быстрорежущей стали марки Р9

Температура закалки : 1220-1240 оC

Температура отпуска : 550-570 оC

HRC : 62-64

σ и : 2600-3000 Мпа


Влияние легирующих элементов на свойства стали.

Основное свойство быстрорежущих сталей – высокая теплостойкость. Она обеспечивается введением большого количества вольфрама совместно с другими карбидообразующими элементами: молибденом, ванадием, хромом.

W и Mo в присутствии Cr связывают углерод в специальный труднокоагулируемый при отпуске карбид типа М6С и задерживают распад мартенсита. Выделение дисперсных карбидов, которое происходит при повышенных температурах отпуска(500-600 оC), вызывает дисперсионное твердение мартенсита( явление вторичной твердости). Добавление ванадия усиливает действие вольфрама и молибдена.


Случайные файлы

Файл
24788-1.rtf
151399.rtf
4347-1.rtf
112386.rtf
76542-1.rtf




Чтобы не видеть здесь видео-рекламу достаточно стать зарегистрированным пользователем.
Чтобы не видеть никакую рекламу на сайте, нужно стать VIP-пользователем.
Это можно сделать совершенно бесплатно. Читайте подробности тут.