Московский Государственный Технический Университет им. Н.Э. Баумана

















Домашнее задание по курсу материаловедения

Вариант ИШтг-1









Выполнил: студент

Черкасов К. Ю.

Группа: СМ3-42

Проверил: преподаватель

Помельникова А.С.





Москва

2016

Оглавление



Условие задачи 3

Стали для инструментов горячей обработки давлением 4

Структурные превращения, происходящие в стали на всех стадиях термической обработки 6

Основные сведения о стали 5ХНМ 9

Список используемой литературы 13















































Условие задачи

Для изготовления молотовых штампов для горячей обработки давлением при температурах до 500 °С применяют легированные стали умеренной теплостойкости и повышенной вязкости марок: 5ХНМ, 5ХНВ, 5ХГМ, 4ХМФС, 5Х2НМФ и др.

  1. Подберите марку легированной стали для изготовления крупногабаритного (с наибольшим размером 500 мм) штампа с глубокой фигурой, работающего на молотах в тяжёлых условиях при температурах до 500 °С. Объясните Ваш выбор. Назначьте и обоснуйте режимы предварительной и окончательной термической обработки штампа, обеспечивающие твёрдость поверхности 37 – 42 HRC. Постройте график термообработки в координатах температура-время с указанием: критических точек стали, температуры и скорости нагрева, времени выдержки, среды охлаждения.

  2. Опишите структурные превращения, происходящие в стали на всех стадиях термической обработки.

  3. Приведите основные сведения об этой стали: химический состав по ГОСТу, механически свойства после выбранного режима термической обработки, технологические свойства, достоинства и недостатки, влияние легирующих элементов, требования, предъявляемые к сталям для горячей обработки давлением и др.



Стали для инструментов горячей обработки давлением

Стали для штампов горячей обработки давлением работают в тяжёлых условиях, испытывая интенсивное ударное нагружение, периодический нагрев и охлаждение поверхности. От них требуется сложный комплекс эксплуатационных и технологических свойств. Кроме достаточной прочности, износостойкости, вязкости и прокаливаемости (для крупных штампов) эти стали должны обладать также теплостойкостью, окалиностойкостью и разгаростойкостью. Под разагростойкостью понимают устойчивость к образованию поверхностных трещин, вызываемых объёмными изменениями в поверхностном слое при резкой смене температур. Это свойство обеспечивается снижением содержания углерода в стали, которое сопровождается повышением пластичности, вязкости, а также теплопроводности, уменьшающей разогрев поверхностного слоя и термические напряжения в нём.

В соответствии с указанными требованиями для штампов горячей обработки давлением применяют легированные стали, содержащие 0,3-0,6% C, которые после закалки подвергают отпуску при 550-680 °C на структуру троостита или троостосорбита. Среди них следует выделить несколько групп, обладающих в наибольшей степени теми свойствами, которые необходим для определённых условий эксплуатации.

Стали для молотовых штампов. Молотовые штампы имеют большие размеры, работают с ударными нагрузками при относительно невысоком нагреве поверхности (400-500 °С). Для изготовления этих штампов используют низколегированные стали высокой прокаливаемости с повышенной ударной вязкостью и разгаростойкостью. Среди легирующих элементов они содержат молибден или вольфрам, необходимые для предупреждения отпускной хрупкости второго рода, которую в больших сечениях нельзя устранить быстрым охлаждением.

Сталь 5ХНМ –лучшая в этой группе. Из-за высокой прокаливаемости её применяют для изготовления крупных (наибольшая сторона призматических заготовок 400-500 мм) штампов сложной формы. После закалки и отпуска при 550 °С ее механические свойства при температуре 20 °С составляют σв = 1200 ÷ 1300 Мпа; δ = 10 ÷ 13%; KCU = 0,4 ÷ 0,5 МДж/м2. Сталь сохраняет достаточно высокие механические свойства (σв = 900; σ0,2 = 650 Мпа) до температуры 500 °С.

Стали 5ХГМ и 5ХНВС при одинаковой со сталью 5ХНМ прокаливаемостью уступают ей в вязкости. Они предназначены для средних штампов (наибольшая сторона заготовок 300-400 мм) или для более крупных (сталь 5ХНВС) простой формы.

Сталь 5ХНВ по стойкости равноценна стали 5ХНМ, но имеет более низкую прокаливаемость, так как вольфрам повышает её слабее, чем молибден. Сталь 5ХНВ применяют для изготовления небольших (сторона заготовок ~ 200 мм) и средних штампов.

Средненагруженный инструмент, работающий с разогревом поверхности до температуры 600°С, а также инструмент с большой поверхностью, работающий при температурах 400-500°С, изготовляют из стали 4ХМФС. Например, из них изготовляют выталкиватели для неглубоких отверстий, матрицы, различные вставки, инструмент для штамповки труднодеформируемых металлов, пресс-форм для литья под давлением алюминиевых сплавов и т.д. [1].

На основе этих данных делаем вывод, что крупногабаритный штамп с требуемыми характеристиками следует изготовить из стали 5ХНМ, так как она удовлетворяет всем требованиям, предъявляемым для изготовления детали.

Термическая обработка этой стали из-за больших размеров штампов или заготовок призматической формы представляет собой ответственную операцию. После изотермического отжига и механической обработки формы следует загружать в закалочную печь, нагретую до температуры не выше 650 °С для выдержки в течение 1- 2 часов. Далее температура в печи течение 7-8 часов поднимается от 650 до 850 °С, затем вновь выдерживают в течение 1,5-2 часов. Во время закалки обязательно применяют засыпки и обмазки для предохранения от окисления и обезуглероживания. Для снижения термических напряжений большие штампы, после подстуживания до 750-780 °С, охлаждают в масле по способу прерывистой закалки. Полностью неостывшие штампы (100—150°С) переносят в печь для отпуска при температуре 550-580 в течение 15-22 часов [8].

Крупные штампы, которые должны иметь повышенную вязкость, подвергают отпуску при 540-580 °С на твёрдость HRC 35-38, что удовлетворяет требованиям взятым из задания: HRC 37-42. Структура стали после отпуска - троостосорбит. Фигуру штампа нарезают после термической обработки [4].



Рисунок 1 - График термической обработки стали 5ХНМ

Рисунок 2 - График предварительной термической обработки стали 5ХНМ



Структурные превращения, происходящие в стали на всех стадиях термической обработки

Обобщенная технологическая схема обработки инструмента для горячего деформирования из полутеплостойкой стали повышенной вязкости:

  1. горячая пластическая деформация (ковка);

  2. отжиг;

  3. механическая обработка;

  4. закалка и отпуск;

  5. механическая обработка.

Горячая пластическая деформация

Пониженная деформируемость штамповых сталей по сравнению с конструкционными обусловлена их меньшей пластичностью вследствие более высокой легированности твердого раствора, больших количеств карбидных фаз и степени ликвации при кристаллизации.

Температуры нагрева под ковку (прокатку) выбирают из условий достижения наиболее высокой пластичности в достаточно широком интервале температур, что определяется химическим составом стали и массой слитка. Температуры окончания пластической деформации устанавливают с учетом того, чтобы избежать образования трещин и рванин и подготовки необходимой структуры (размера зерна аустенита, распределения и дисперсности избыточных фаз и др.), обеспечивающей высокие механические свойства после окончательной термической обработки. Для полутеплостойких сталей повышенной вязкости температуры начала ковки 1150–1180°С, окончания 850–880°С.

При выполнении ковки необходимо добиваться максимально однородной структуры. Наиболее широко применяемой схемой ковки слитков штамповых сталей (на молотах и прессах) является протяжка в осевом направлении. Такая схема деформирования дает повышенную анизотропию механических свойств, поэтому рекомендуется ряд схем ковки, обеспечивающих более равномерную структуру. К ним относятся: ковка слитков в поперечном направлении, комбинированная ковка со сменой операций вытяжки и осадки, ковка со сменой направления вытяжки, всесторонняя ковка. Всесторонняя ковка с осадкой способствует устранению дендритной ликвации.

Для повышения однородности структуры в более крупных заготовках из высокохромистых, а также высоколегированных штамповых сталей для горячего деформирования рекомендуется ковка по следующей схеме: осадка на 1/3 высоты с обратной вытяжкой до исходных размеров; затем 2–4 осадки до размеров H < D (H – высота, D – диаметр полуфабриката) с вытяжкой в направлении, перпендикулярном образующей цилиндра – полуфабриката; оформление окончательных размеров.

Штамповые стали, особенно высоколегированные, склонны к образованию термических трещин при охлаждении на воздухе. Поэтому после ковки их охлаждают замедленно:

1) в неотапливаемых колодцах или термостатах;

2) на воздухе до 700°С, а затем в футерованной яме или в песке. Можно не допуская охлаждения ниже 700°С и 450°С, помещать поковки в печь для отжига или высокого отпуска [5].

Отжиг

Назначение отжига – перекристаллизация стали для измельчения зерна и получения низкой твердости, а также структуры зернистого перлита, как наиболее удовлетворяющей последующей закалке. Наиболее целесообразно применять изотермический отжиг, включающий нагрев до температур, близких или немного выше Ас1, выдержку после прогрева металла (определяется массой садки) не менее 2–3 часов, медленное охлаждение с печью до температур несколько ниже Аr1, выдержку продолжительностью 3–4 часа, медленное охлаждение до 600–650°С, затем на воздухе. Преимуществом изотермического отжига является получение более однородной структуры после последующей закалки, особенно для сталей с небольшим содержанием карбидной фазы.


Случайные файлы

Файл
89272.rtf
71094.rtf
4835.rtf
185353.rtf
29912.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.