Технологические системы

План.

1. Быстрорежущие стали.  Основные легирующие элементы  этих сталей и их влияние  на свойства сталей. Предложите  наиболее распространенную марку  стали умеренной теплостойкости  для изготовления инструментов. Расшифруйте по марке ее химический  состав...............................................2

2. Для изготовления деталей, работающих в контакте с крепкими кислотами, выбрана сталь Х28, расшифровать состав и структуру стали..8                                                                  3. Охарактеризуйте основные группы сортамента машиностроительных профилей. Перечислите виды обработки металлов давлением для изготовления машиностроительных профилей.............................................9

Список литературы.........................................................................................12

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Быстрорежущие  стали. Основные легирующие элементы  этих сталей и их влияние  на свойства сталей. Предложите  наиболее распространенную марку  стали умеренной теплостойкости  для изготовления инструментов. Расшифруйте по марке ее химический состав.

 

В настоящее время  быстрорежущие стали являются основным материалом для изготовления режущего инструмента, несмотря на то, что инструмент из твердого сплава, керамики и СТМ  обеспечивает более высокую производительность обработки.

Широкое использование  быстрорежущих сталей для изготовления сложнопрофильных инструментов определяется сочетанием высоких значений твердости (до HRC68) и теплостойкости (600-650°С) при высоком уровне хрупкой прочности и вязкости, значительно превышающих соответствующие значения для твердых сплавов. Кроме того, быстрорежущие стали обладают достаточно высокой технологичностью, так как хорошо обрабатываются давлением и резанием в отожженном состоянии. В обозначении быстрорежущей стали буква Р означает, что сталь быстрорежущая, а следующая за буквой цифра – содержание средней массовой доли вольфрама в %. Следующие буквы обозначают: М – молибден, Ф – ванадий, К – кобальт, А – азот. Цифры, следующие за буквами, означают их среднюю массовую долю в %. Содержание массовой доли азота составляет 0,05-0,1%.

Современные быстрорежущие  стали можно разделить на три  группы: нормальной, повышенной и высокой  теплостойкости.

К сталям нормальной теплостойкости относятся вольфрамовая Р18 и вольфрамомолибденовая Р6М5 стали. Эти стали имеют твердость в закаленном состоянии 63-64 HRC, предел прочности при изгибе 2900-3400Мпа, ударную вязкость 2,7-4,8Дж/м2 и теплостойкость 600-620°С. Указанные марки стали получили наиболее широкое распространение при изготовлении режущих инструментов. Объем производства стали Р6М5 достигает 80% от всего объема выпуска быстрорежущей стали. Она используется  при обработке конструкционных сталей, чугунов, цветных металлов, пластмасс[3].

Стали повышенной теплостойкости характеризуются повышенным содержанием углерода, ванадия и кобальта. Среди ванадиевых сталей наибольшее применение получила марка Р6М5Ф3. Наряду с высокой износостойкостью, ванадиевые стали обладают плохой шлифуемостью из-за присутствия карбидов ванадия (VC), так как твердость последних не уступает твердости зерен электрокорундового шлифовального круга (Al2O3). Обрабатываемость при шлифовании – «шлифуемость», - это важнейшее технологическое свойство, которое определяет не только особенности при изготовлении инструментов, но и при его эксплуатации (переточках).

 

Химический состав быстрорежущих  сталей

Марка стали	Массовая доля, %
	Углерод	Хром	Вольфрам	Ванадий	Кобальт	Молибден	Азот
Стали нормальной теплостойкости
Р18	0,73-0,83	3,80-4,40	17,00-18,50	1,00-1,40	н.б.  0,50	н.б.  1,00	-
Р6М5	0,82-0,90	3,80-4,40	5,50-6,50	1,70-2,10	н.б.  0,50	4,80-5,30	-
Стали повышенной теплостойкости
11РЗАМ3Ф2	1,02-1,12	3,80-4,30	2,50-3,30	2,30-2,70	н.б.  0,50	2,50-3,00	0,05-0,10
Р6М5Ф3	0,95-1,05	3,80-4,30	5,70-6,70	2,30-2,70	н.б.  0,50	4,80-5,30	-
Р12Ф3	0,95-1,05	3,80-4,30	12,0-13,0	2,50-3,00	н.б.  0,50	н.б.  0,50	-
Р18К5Ф2	0,85-0,95	3,80-4,40	17,0-18,50	1,80-2,20	4,70-5,20	н.б.  1,00	-
Р9К5	0,90-1,0	3,80-4,40	9,00-10,00	2,30-2,70	5,00-6,00	н.б.  1,00	-
Р6М5К5	0,94-0,92	3,80-4,30	5,70-6,70	1,70-2,10	4,70-5,20	4,80-5,30	-
Р9М4К8	1,0-1,10	3,00-3,60	8,50-9,50	2,30-2,70	7,50-8,50	3,80-4,30	-
Р2АМ9К5	1,0-1,10	3,80-4,40	1,50-2,00	1,70-2,10	4,70-5,20	8,00-9,00	0,05-1,10
Стали высокой теплостойкости
В11М7К23	0,10	-	11,00	0,50	23,00	7,00	-
В14М7К25	0,10	-	14,00	0,50	25,00	7,00	-
3В20К20Х4ф	0,25	4,00	20,00	1,00	20,00	-	-

 
По шлифуемости быстрорежущие  стали можно разделить на 4 группы[3]:

Группа 1 Содержание ванадия до 1,4% и относительная шлифуемость 0,9-1 (за единицу принята «обрабатываемость при шлифовании» стали Р18, обладающая наилучшей шлифуемостью).

Группа 2 Содержание ванадия 1,7-2,2%, относительная шлифуемость  0,5- 0,95, в эту группу, в частности, входят стали Р6М5, Р6М5К5, Р2АМ9К5.

Группа 3 Содержание ванадия 2,3-3,3%, относительная шлифуемость 0,3-0,5 (11РЗАМ3Ф2, Р6М5Ф3, Р12Ф3, Р9, Р9М4К8 и др.)

Группа 4 Содержание ванадия более 4%, относительная шлифуемость 0,2-0,3 (Р12Ф4К5 и др.).

Порошковые быстрорежущие  стали, независимо от содержания ванадия, относятся к группам 1 и 2 т.е. обладают хорошей шлифуемостью.

Стали с пониженной шлифуемостью склонны  к прижогам, т.е. к изменению структуры  приповерхностных слоев стали после  шлифования или заточки, появлению  вторичной закалки или зон  вторичного отпуска с пониженной твердостью. Следствием прижогов может быть значительное снижение стойкости инструмента.

Проблема «шлифуемости» высокованадиевых быстрорежущих сталей, успешно решается если при заточке и доводке режущих инструментов применяются абразивные круги с зернами из СТМ на основе кубического нитрида бора (КНБ).

Ванадиевые быстрорежущие стали  находят применение для инструментов несложных форм при чистовых и  получистовых условиях резания для  обработки материалов, обладающих повышенными  абразивными свойствами[3].

Среди кобальтовых сталей наибольшее применение нашли марки Р6М5К5, Р9М4К8, Р18К5Ф2, Р9К5, Р2АМ9К5 и др. Введение кобальта в состав быстрорежущей стали наиболее значительно повышает ее твердость (до 66-68 HRC) и теплостойкость (до 640-650°С). Кроме того, повышается теплопроводность стали, так как кобальт является единственным легирующим элементом, приводящим к такому эффекту.

Это дает возможность  использовать их для обработки жаропрочных  и нержавеющих сталей и сплавов, а также конструкционных сталей повышенной прочности. Период стойкости инструментов из таких сталей в 3-5 раз выше, чем из сталей Р18, Р6М5.      Легирование — введение в расплав или шихту дополнительных элементов, улучшающих механические, прочностные, технологические, физические и химические свойства основного материала. Легирование является обобщающим понятием ряда технологических процедур, проводимых на различных этапах получения металлического материала с целями повышения качества металлургической продукции. Стали легируют, вводя в их состав различные легирующие элементы (хром, марганец, никель)[1].            Легирующие элементы могут растворяться в феррите или аустените, образовывать карбиды, давать интерметаллические соединения, располагаться в виде включений, не взаимодействуя с ферритом и аустенитом, а также с углеродом. Свойства стали зависят от того, как легирующие элементы взаимодействуют с железом или углеродом. Растворение легирующих элементов в феррите, например, приводит к упрочнению стали без термической обработки.      Основные легирующие элементы и их влияние на свойства сталей[2].  C (Углерод). Улучшает сохранность режущей кромки и прочность на растяжение. Увеличивает твердость и улучшает устойчивость к износу и истиранию.            Cr (Хром). Увеличивает твердость, прочность на растяжение и жесткость. Обеспечивает устойчивость к износу и коррозии.    Co (Кобальт). Увеличивает прочность и твердость. Позволяет производить закалку при высоких температурах. Увеличивает эффект других элементов, входящих в состав стали.       Cu (Медь). Улучшает коррозионную стойкость. Обеспечивает устойчивость к износу.          Mn (Марганец). Увеличивает твердость, устойчивость к износу и прочность на растяжение. Улучшает отделение кислорода от расплава. В больших количествах увеличивает хрупкость.      Mo (Молибден). Увеличивает твердость, жесткость и прочность. Улучшает обрабатываемость и коррозионную стойкость.    Ni (Никель). Улучшает прочность, твердость, устойчивость к коррозии. P (Фосфор). Улучшает прочность, твердость, обрабатываемость. В больших количествах увеличивает хрупкость.      Si (Кремний). Увеличивает прочность на растяжение. Улучшает отделение кислорода от расплава.        S (Сера). В минимальном количестве облегчает обработку.   W (Вольфрам). Увеличивает твердость, устойчивость к износу и прочность.            V (Ванадий). Увеличивает твердость, устойчивость к ударам и прочность. Замедляет рост кристаллов.

К сталям нормальной теплостойкости относятся вольфрамовая Р18 и вольфрамомолибденовая Р6М5 стали. Эти стали имеют твердость в закаленном состоянии 63-64 HRC, предел прочности при изгибе 2900-3400Мпа, ударную вязкость 2,7-4,8Дж/м2 и теплостойкость 600-620°С. Указанные марки стали получили наиболее широкое распространение при изготовлении режущих инструментов. Объем производства стали Р6М5 достигает 80% от всего объема выпуска быстрорежущей стали. Она используется при обработке конструкционных сталей, чугунов, цветных металлов, пластмасс.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Для изготовления  деталей, работающих в контакте с крепкими кислотами, выбрана сталь Х28:

 а) расшифровать состав и структуру сплава;

      б) привести общую характеристику  эксплуатационных свойств сплава.

 

Стали типа Х28 и Х17 относятся  к сталям ферритного класса, их структура - феррит и у них нет фазовых превращений.    Применение: сварные конструкции, не подвергающиеся действию ударных нагрузок при температуре эксплуатации не ниже —20 °С; спаи со стеклом. Аппаратура, детали, трубы пиролизных установок, теплообменники. Трубы для теплообменной аппаратуры, работающей в агрессивных средах; сталь ферритного класса[4].

 

Химический  состав в % материала Х28

 

C	Si	Mn	S	P	Cr	-
до   0.15	до   1	до   0.8	до   0.025	до   0.035	27 - 30	(5 С - 0.9) Ti, остальное  Fe

 

 

 

 

 

 

 

3. Охарактеризуйте  основные группы сортамента машиностроительных профилей. Перечислите виды обработки металлов давлением для изготовления машиностроительных профилей.

Обработкой металлов давлением называют группу технологических  операций, в результате которых под  влиянием приложенных внешних сил происходит формоизменение заготовок без нарушения их сплошности. Основным признаком обработки давлением является пластическая деформация обрабатываемого материала. В результате пластической деформации изменяются не только форма и размеры заготовки, но и свойства исходного металла.         Применяют шесть основных видов обработки давлением — прокатку, прессование, волочение, ковку, объемную штамповку и листовую штамповку[2].           Прокатка. Деформацию металла с помощью вращающегося инструмента — валков — называют прокаткой. Заготовка под действием сил трения втягивается в зазор между валками, деформируется ими и приобретает требуемую форму поперечного сечения. При прокатке площадь поперечного сечения заготовки уменьшается, а длина увеличивается. Эту операцию осуществляют с помощью специальных машин, называемых прокатными станами.         Прокаткой изготовляют: блюмы квадратного сечения со стороной до 350 х 350 мм; слябы — плоские заготовки толщиной 100-600 мм и шириной 600-2300 мм; квадратные и круглые профили с размерами сечений 5-150 мм; угловую сталь с размерами полки 20-250 мм; швеллеры высотой 20-450 мм; балкивысотой до 1100 мм; рельсы, трубы, листы, полосы, ленты. На специальных прокатных станах изготовляют заготовки переменного по длине сечения (периодический прокат), бандажи колес, шары, шестерни.  Прокатка является наиболее высокопроизводительным видом обработки давлением, 75-80 % всей выплавляемой стали подвергается прокатке.          Прессование. Сущность прессования заключается в выдавливании металла заготовки пуансоном  из контейнера  через матрицу . В матрице имеется отверстие, по форме соответствующее требуемому профилю. Прессованием изготовляют простые и очень сложные, сплошные и пустотелые профили. Этому виду обработки давлением подвергают в основном цветные металлы и сплавы, однако в последнее время прессование применяют при изготовлении профилей и заготовок деталей также из сталей и малопластичных специальных сплавов[2].       Волочение. Проволоку диаметром от 16 мм до нескольких микрометров, высококачественные тонкостенные трубы ф 0,2-20 мм и другие пустотелые профили, калиброванные прутки из сталей, цветных металлов и сплавов различных марок получают волочением. Этот вид обработки заключается в протягивании заготовки  через отверстие в волоке. Исходной заготовкой для данной операции является, как правило, продукция прокатного производства. При волочении уменьшается площадь поперечного сечения заготовки и увеличивается ее длина. В процессе волочения достигаются точность размеров и шероховатость поверхности, соответствующие получаемым при обработке резанием, а за счет наклепа при холодной деформации повышается прочность изделия[2].    Ковка. Это вид обработки давлением, при котором заготовка деформируется универсальным инструментом простой формы, например плоскими бойками. Нагретую до ковочной температуры заготовку устанавливают на нижний боек, а верхним бойком  ее деформируют до нужных размеров. Для ковки характерно свободное или почти свободное течение металла в направлении, перпендикулярном движению инструмента.  Ковку применяют для изготовления фасонных поковок деталей машин практически из всех деформируемых сталей и сплавов массой от нескольких граммов до сотен тонн. Мелкие поковки изготовляют ручной ковкой, средние и крупные — машинной[2].        Объемная штамповка. Сущность этого вида обработки заключается в деформировании заготовки  в полости между половинами  и штампа; эту полость металл заготовки заполняет при сближении половин. Форма полости штампа соответствует форме будущей поковки, что обеспечивает высокую точность последней. Исходной заготовкой служит, как правило, продукция, полученная прокаткой и разделенная предварительно на мерные части. Объемную штамповку осуществляют на молотах, прессах и специализированных машинах. Пользуясь этим видом обработки, изготовляют коленчатые валы, шестерни, турбинные лопатки, кронштейны и другие детали машин в массовом и серийном производстве[2].  Листовая штамповка. Этот вид обработки давлением характеризуется тем, что в качестве исходной заготовки используют лист, полосу или ленту, которую деформируют в специальном инструменте — штампе. Основными частями штампа являются пуансон   и матрица. Штампы устанавливают, как правило, на кривошипных листоштамповочных и реже — гидравлических прессах различной мощности. Листовой штамповкой изготовляют достаточно точные и прочные детали машин или заготовки для них при минимальном расходе металла. В большинстве случаев штамповка выполняется без нагрева металла, поэтому полученная продукция отличается малой шероховатостью поверхности и повышенной прочностью. Процесс листовой штамповки легко автоматизируется — производительность листоштамповочных автоматов достигает нескольких сотен деталей в минуту[2].

 

 

 

 

Список литературы.

1. Елизаров Ю. Д.    Материаловедение для экономистов: учебник для вузов по экономическим специальностям. - Ростов н/Д, 2002.
2. Гуляев А.П. Металловедение. - М., 1998.
3. Лахтин Ю.М. Материаловедение. - М., 1990.
4. Сибикин М. Ю.    Технологическое оборудование.- М., 2005.