Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего образования «Ярославский государственный технический университет» Кафедра «Технологии материалов, стандартизации и метрологии» Контрольная работа принята с оценкой_____ преподаватель, ст. пр. ________Стоянова Т.Д. ___________2019 Контрольная работа По дисциплине «Материаловедение» Контрольную работу выполнил студент гр.ЗМ-22 _______С. С. Аверьянов 2019 План. 1.Быстрорежущие стали. Особенности состава. Свойства, назначения. Окончательная термическая обработка. Свойства после такой термической обработки. Твердость. 2. Назначьте для стали 40 температуру закалки и отпуска, необходимые для обеспечения твердости 45HRC. Определите структуру, полученную после такой термообработки. 3. Рекомендовать чугун для тормозных колодок автомобиля с пределом прочности не ниже 35 кг/мм2 (350мПа) и относительным удлинением не ниже 8-10%. Указать его микроструктуру. 1.Быстрорежущие стали. Особенности состава. Свойства, назначения. Окончательная термическая обработка. Свойства после такой термической обработки. Твердость. Быстрорежущая сталь – это высоколегированная инструментальная сталь, обладающая красностойкостью, то есть не теряющая твердости при нагреве до температуры 600 – 640 С. Режимы обработки этой стали в 3-4 раза выше допустимых значений для углеродистой и низколегированной сталей. Быстрорежущие стали, предназначенные, главным образом, для изготовления металлорежущего инструмента, работающего при высоких скоростях резания. Быстрорежущие стали применяют для режущих инструментов, работающих в условиях значительного нагружения и нагрева рабочих кромок. Инструмент из быстрорежущих сталей обладает высокой стабильностью свойств. Кроме того, ее используют для изготовления тяжелонагруженных штампов холодного выдавливания, а также для ряда деталей, работающих при нагреве: подшипников качения, игл топливной аппаратуры и т. д. Быстрорежущая сталь должна обладать высоким сопротивлением разрушению, твёрдостью и красностойкостью. Высоким сопротивлением разрушению и твердостью в холодном состоянии обладают и углеродистые инструментальные стали. Однако инструмент из них не в состоянии обеспечить высокоскоростные режимы резания. Легирование быстрорежущих сталей вольфрамом, молибденом, ванадием и кобальтом обеспечивает горячую твердость и красностойкость стали. В готовых изделиях быстрорежущая сталь должна обладать высокой твердостью (HRC 63—66, а для резания труднообрабатываемых изделий — до HRC 66—69), высокой прочностью и сопротивлением пластической деформации, теплостойкостью (красностойкостью), а для ряда инструмента — возможно лучшей вязкостью. ГОСТом 19265 – 73 установлены следующие марки: Р18, Р12, Р9, Р9М3, Р9Ф5, Р5М5, Р6М5К5, Р9М4К8, Р14Ф4, Р9К5, Р9К11, Р10К5Ф5, Р18Ф2, Р18К5Ф2. Следующая за буквой Р цифра указывает среднее массовое содержание вольфрама в процентах, массовое содержание хрома (около 4%), ванадия – при его содержании менее 2%, молибдена – если его менее 1% в обозначении марок не указывается. Буквой М обозначают количество молибдена, К – кобальта, Ф – ванадия. Сталь марок Р9, Р12 и Р18 применяют для всех видов режущих инструментов при обработке широкого круга конструкционных материалов; сталь Р6М5 – для резьбонарезных инструментов, работающих с ударными нагрузками; сталь марок Р18К5Ф2, Р9М4К8, Р6М5К5 предназначается для обработки вязких материалов; сталь, содержащую ванадий (Р9Ф5, Р14Ф4, Р9К5Ф5) применяют для отделочных операций при обработке сплавов титана и материалов с абразивными свойствами. Разработаны новые марки безвольфрамовых быстрорежущих сталей нормальной производительности – 9Х6М3Ф3АГСТ (Эк-41) и 9Х4М3Ф2АГСТ (ЭК-42). Стали имеют меньшую плотность, что сокращает расход быстрорежущих сталей на 4-5 %. По режущим свойствам они соответствуют свойствам стали Р6М5, что и предопределяет область их применения. Быстрорежущие стали относятся к ледебуритному (карбидному) классу. После ковки и отжига она имеет перлитно – сорбитную структуру с включениями зерен легированных карбидов. Термическая обработка этой стали состоит из закалки с температурой нагрева до 1260 – 1300 С и двух- или трех- кратного отпуска для уменьшения остаточного аустенита. Высокая температура закалки необходима для растворения возможно большего количества карбидов в аустените, чтобы получить мартенсит более насыщенный легирующими элементами и стойкий против отпуска. Быстрорежущая сталь имеет малую критическую скорость закалки, поэтому охлаждение после нагрева может производиться на воздухе. Последующим отпуском удается уменьшить содержание остаточного аустенита и сталь после отпуска становиться красностойкой. Для более полного превращения остаточного аустенита в мартенсит, применяют также обработку холодом, т.е. охлаждение закаленной стали до температуры 80 – 100 С ниже нуля. В этом случае достаточен предшествующий обработке холодом однократный отпуск. Кроме красностойкости у быстрорежущей стали высокая твердость сохраняется при нагреве до 500 ÷ 600 °C. Инструмент из быстрорежущей стали более производителен, чем инструмент из углеродистой стали. Кроме «горячих» свойств от материала для режущего инструмента требуются и высокие механические свойства; под этим подразумевается сопротивление хрупкому разрушению, так как при высокой твердости разрушение всегда происходит по хрупкому механизму. Прочность таких высокотвердых материалов обычно определяют, как сопротивление разрушению при изгибе призматических, не надрезанных образцов, при статическом и динамическом нагружении. Чем выше прочность, тем большее усилие может выдержать рабочая часть инструмента, тем большую подачу и глубину резания можно применить, и это увеличивает производительность процесса резания. 2. Назначьте для стали 40 температуру закалки и отпуска, необходимые для обеспечения твердости 45HRC. Определите структуру, полученную после такой термообработки. 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 40 составляет 790°С, а Ас1 равна 730°С. Структура доэвтектоидной стали при нагреве её до критической точки Ас1 состоит из зерен перлита и феррита. В точке Ас1 происходит превращение перлита в мелкозернистый аустенит. При дальнейшем нагреве от точки Ас1 до Ас3 избыточный феррит растворяется в аустените и при достижении Ас3 (линия GS) превращения заканчиваются. Доэвтектоидные стали для закалки следует нагревать до температуры на 30-50°С выше Ас3. Температура нагрева стали под закалку, таким образом, составляет 820840°С. Структура стали 40 при температуре нагрева под закалку – аустенит, после охлаждения со скоростью выше критической – мартенсит. В зависимости от температуры отпуска меняется твердость закаленной стали. В зависимости от температуры нагрева различают три вида отпуска:низкий отпуск 120 – 200 °С,средний отпуск 350 – 450 °С,высокий отпуск 550 – 650 °С.Выбор температуры отпуска зависит от того, в каких условиях будет работать изделие и, следовательно, какими свойствами оно должно обладать. Твердость его в пределах HRC40 – 50. При среднетемпературном отпуске закаленную сталь нагревают до 350—400 °С. В результате получается структура троостита (бейнит). После такого отпуска в изделиях получается сочетание сравнительно высокой твердости (НRС 40— 45) Фрагмент диаграммы железо-углерод Для обеспечения твердости 45HRC нужна температура отпуска примерно 370 °С. Средний отпуск приводит к завершению распада мартенсита на мелкодисперсную феррито-цементитную смесь, называемую трооститом отпуска. 3. Рекомендовать чугун для тормозных колодок автомобиля с пределом прочности не ниже 35 кг/мм2 (350мПа) и относительным удлинением не ниже 810%. Указать его микроструктуру. Ковкий чугун используют для изготовления мелких и средних тонкостенных отливок ответственного назначения, работающих в условиях динамических знакопеременных нагрузок (детали приводных механизмов, коробок передач, тормозных колодок, шестерен, ступиц и т. п.). Рекомендовать можно ковкий чугун марки КЧ 35-10. Ковкий чугун (2,5 - 3 % С) отличается хлопьевидной формой графитовых включений. Такой чугун получают путём специальной термической обработки (графитизирующего отжига) отливок из белого чугуна. По металлической основе данный ковкий чугун ферритный. Микроструктура белого чугуна, из которого путем отжига получается ковкий чугун, состоит из перлита и отдельных выделений ледебурита и структурно свободного цементита. Отжиг при 950° с целью проведения первое стадии графитизации (графитизации структурносвободного цементита и ледебурита) дает структуру, состоящую из хлопьевидного графита, окруженного ферритом, и перлита. Вторая стадия графитизации (графитизация цементита, входящего в состав перлита) происходит при 735° и дает структуру, состоящую из хлопьевидного графита и зерен феррита. Такая структура отличается хорошей пластичностью, высоким удлинением; и вязкостью. Список литературы. Материаловедение и технология металлов / Г.П. Фетисов, М.Г. Карпман, В.М. Матюнин М.: Высшая школа, 2000 г, 638 с Богодухов С.И. Курс материаловедения в вопросах и ответах: Учеб. пособие для ВУЗов, обуч. по направлению подгот. бакалавров «Технология, оборуд. и автомат. машиностр. пр-в» и спец. «Технология машиностроения», «Металлорежущие станки и инструменты» и др. / С.И. Богодухов, В.Ф. Гребенюк, А.В. Синюхин. – М.: Машиностроение, 2003. – 255с.: ил. Справочные материалы ЯАМТ.
