Технология и потребительские свойства инструментальной углеродистой стали

Сталь У12А 

• для изготовления сердечников;
• для изготовления ручных метчиков, напильников, слесарных шаберов;
• для изготовления деталей штампов холодной штамповки обрезных и вырубных небольших размеров и без переходов по сечению;
• для изготовления холодновысадочных пуансонов и штемпелей мелких размеров;
• для изготовления калибров простой формы и пониженных классов точности;
• для изготовления инструментов с пониженной износостойкостью при умеренных и значительных удельных давлениях (без разогрева режущей кромки): напильников, бритвенных лезвий и ножей, острых хирургических инструментов, шаберов, гравировальных инструментов;
• для изготовления холоднокатаной термообработанной ленты толщиной 0,05-1,30 мм и плющеной термообработанной ленты толщиной 0,15-2,00 мм для изготовления пружинящих деталей и пружин, за исключением заводных.

Сталь У13

• для изготовления инструмента повышенной износостойкости, работающего при умеренных и значительных давлениях без разогрева режущей кромки

Сталь У13А

• для изготовления инструмента повышенной износостойкости, работающего при умеренных и значительных давлениях без разогрева режущей кромки

 

Инструментальная углеродистая сталь не применяется для сварных конструкций. 
 
 
 
 

2. Классификационные признаки инструментальной углеродистой стали.

     По  химическому составу инструментальная углеродистая сталь делиться на качественную и высококачественную – А. Содержание серы и фосфора в качественной инструментальной стали – 0,03% и 0,035%, в высококачественной – 0,02% и 0,03% соответственно.

     Сталь инструментальная углеродистая выпускается  горячекатаная, кованая, калиброванная  со специальной отделкой поверхности: серебрянка в виде полос, прутков, слитков, сердечников и другой продукции (ГОСТ 1435-94).

     По  способу дальнейшей обработки инструментальную углеродистую сталь можно поделить на: прокат горячекатаный и кованный для горячей обработки давлением (осадки, выточки); прокат для холодной механической обработки (обточки, фрезерования).

     По назначению инструментальную углеродистую сталь можно разделить на: быстрорежущую — Р; шарикоподшипниковую — Ш; электротехническую — Э.

     По  назначению в зависимости от массовой доли хрома, никеля и меди описываемый товар используется для: – продукции всех видов, кроме патентированной проволоки и ленты; 

–  патентированной проволоки и ленты; для продукции всех видов, изготавливающейся с многократными нагревами, усиливающими возможность проявления графитизации стали; 

 –  продукции, от которой требуется повышенная прокаливаемость (кроме проката для сердечников, патентированной проволоки и ленты).

     По  состоянию материала инструментальную углеродистую сталь можно разделить  на: сталь без термической обработки;  термически обработанную сталь — ТО и нагартованный прокат — НГ (для прутков калиброванных и со специальной отделкой поверхности). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

3. Потребительские свойства инструментальной углеродистой стали

     На  долю углеродистых сталей приходится 80% от общего объема. Это объясняется  тем, что углеродистые стали дешевы и сочетают удовлетворительные механические свойства с хорошей обрабатываемостью  резанием и давлением. При одинаковом содержании углерода по обрабатываемости резанием и давлением они значительно  превосходят легированные стали. Однако углеродистые стали менее технологичны при термической обработке. Из-за высокой критической скорости закалки  углеродистые стали охлаждают в  воде, что вызывает значительные деформации и коробление деталей. Кроме того, для получения одинаковой прочности  с легированными сталями их следует  подвергать отпуску при более  низкой температуре, поэтому они  сохраняют более высокие закалочные напряжения, снижающие конструкционную  прочность.

     Благодаря своим свойствам, сталь стала  использоваться для самых требовательных видов работ, в самых жестких  условиях. Например, одним из применений стали является ее применение в виде арматуры, в фундаментах зданий. Пластичность стали здесь очень  кстати, поскольку при увеличении напряжения в отдельных точках конструкции, только, благодаря пластичности уменьшается  опасность внезапного разрушения всей конструкции. Но не менее важную функцию  выполняют и другие металлические  изделия, требования к которым предъявляют  жесткие рамки качества. Например, огромную ответственность несут  на себе детали электропоездов, автомобилей, именно поэтому для их изготовления используют особый сорт качественных сталей, а именно инструментальные стали. Инструментальные стали занимают особую позицию в производстве, машиностроении.

     Углеродистые  стали применяются в промышленности для изготовления всевозможных изделий. Их назначение определяется содержанием  углерода (таблица).

Таблица 1 «Назначение углеродистых сталей в зависимости от содержания углерода»

 

Углеродистая  инструментальная сталь используется для изготовления инструмента (сверла, метчики, развертки, напильники и др.), работающего в относительно легких условиях резания (небольшие скорости, температура нагрева инструмента не выше 200C). Следовательно, недостаток углеродистых инструментальных сталей заключается в низкой теплостойкости, т.е. быстром разупрочнении при нагреве.

     Углерод оказывает существенное влияние  на технологические свойства стали: свариваемость, обрабатываемость давлением  и резанием. С увеличением содержания углерода ухудшается свариваемость, а  также способность деформироваться  в горячем, и особенно холодном состоянии.

     Низкоуглеродистые стали отличаются малой прочностью и высокой пластичностью в холодном состоянии. Эти стали в основном производят в виде тонкого листа и используют после отжига при нормализации для холодной штамповки с глубокой вытяжкой.  Они легко штампуются из-за малого содержания углерода и незначительного количества   кремния, что и делает их очень мягкими. Их можно использовать в автомобилестроении для изготовления деталей сложной формы. Глубокая вытяжка из листа этих сталей применяется при изготовлении консервных банок, эмалированной посуды и других промышленных изделий.

     Среднеуглеродистые  стали, обладающие большой прочностью предназначаются для рельсов, железнодорожных  колес, а также валов, шкивов, шестерен и других деталей грузоподъемных и сельскохозяйственных машин. Они отличаются меньшей пластичностью, чем низкоуглеродистые стали. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

4. Технология  производства инструментальной углеродистой стали и ее технико-эконономическая оценка

 

     Получение стали включает осуществление следующих  процессов: плавление маталлошихты, окисление примесей и раскисление  стали.

     

     

     

     

     

       

     Блок-схема  производства стали: 1 – плавление  металлошихты; 2 – окисление примесей; 3 – раскисление стали; 4 – разливка стали.

     Инструментальная  углеродистая сталь выплавляется в  мартеновских или электрических  печах.

     Мартеновская  печь (рис.1) по устройству и принципу работы является пламенной отражательной регенеративной печью. В плавильном пространстве сжигается газообразное топливо или мазут. Высокая температура для получения стали в расплавленном состоянии обеспечивается регенерацией тепла печных газов.

     Современная мартеновская печь представляет собой  вытянутую в горизонтальном направлении  камеру, сложенную из огнеупорного кирпича. Рабочее плавильное пространство ограничено снизу подиной 12, сверху сводом 11, а с боков передней 5 и задней 10 стенками. Подина имеет  форму ванны с откосами по направлению  к стенкам печи. В передней стенке имеются загрузочные окна 4 для  подачи шихты и флюса, а в задней – отверстие 9 для выпуска готовой  стали.

     

      

     Рис.1 Схема мартеновской печи 

     Характеристикой рабочего пространства является площадь  пода печи, которую подсчитывают на уровне порогов загрузочных окон. С обоих торцов плавильного пространства расположены головки печи 2, которые  служат для смешивания топлива с  воздухом и подачи этой смеси в  плавильное пространство. В качестве топлива используют природный газ, мазут.

     Для подогрева воздуха и газа при  работе на низкокалорийном газе печь имеет два регенератора 1. Регенератор  – камера, в которой размещена  насадка – огнеупорный кирпич, выложенный в клетку, предназначен для нагрева воздуха и газов.

     Отходящие от печи газы имеют температуру 1500…1600 C. Попадая в регенератор, газы нагревают насадку до температуры 1250 C. Через один из регенераторов подают воздух, который проходя через насадку нагревается до 1200 C и поступает в головку печи, где смешивается с топливом, на выходе из головки образуется факел 7, направленный на шихту 6.

     Отходящие газы проходят через противоположную  головку (левую), очистные устройства (шлаковики), служащие для отделения от газа частиц шлака и пыли и направляются во второй регенератор.

     Охлаждённые газы покидают печь через дымовую  трубу 8.

     После охлаждения насадки правого регенератора переключают клапаны, и поток  газов в печи изменяет направление.

     Температура факела пламени достигает 1800 C. Факел нагревает рабочее пространство печи и шихту. Факел способствует окислению примесей шихты при плавке.

     Продолжительность плавки составляет 3 – 6 часов, для крупных печей – до 12 часов. Готовую плавку выпускают через отверстие, расположенное в задней стенке на нижнем уровне пода. Отверстие плотно забивают малоспекающимися огнеупорными материалами, которые при выпуске плавки выбивают.

     Футеровка печи может быть основной и кислой. Если в процессе плавки стали, в шлаке  преобладают основные оксиды, то процесс  называют основным мартеновским процессом, а если кислые – кислым.

     В печь загружают железную руду и известняк, а после подогрева подают скрап. После разогрева скрапа в печь заливают жидкий чугун. В период плавления  за счет оксидов руды и скрапа интенсивно окисляются примеси чугуна: кремний, фосфор, марганец и, частично, углерод. Оксиды образуют шлак с высоким содержанием  оксидов железа и марганца (железистый шлак). После этого проводят период «кипения» ванны: в печь загружают  железную руду и продувают ванну  подаваемым по трубам 3 кислородом. В  это время отключают подачу в  печь топлива и воздуха и удаляют  шлак.

     Для удаления серы наводят новый шлак, подавая на зеркало металла известь  с добавлением боксита для  уменьшения вязкости шлака. Содержание CaO в шлаке возрастает, а FeO уменьшается.