Расшифровать марки заданных сплавов, указать химический состав, механические свойства и назначение сплавов.

 

Сталь У12А

Инструментальные углеродистые стали в соответствии с ГОСТ 1435–90 маркируют буквой «У» и числом, указывающим среднее содержание углерода в десятых долях процента. Для изготовления инструмента применяют качественные стали марок У12 и высококачественные стали марок У12А, химический состав которых приведен в табл. 1.

Сталь У12А применяется для инструментов с пониженной износостойкостью при умеренных и незначительных удельных давлениях (без разогрева режущей кромки): напильников, бритвенных лезвий и ножей, острых хирургических инструментов, шаберов, гравированных инструментов.

Химический состав инструментальных
углеродистых сталей (ГОСТ 1435–90)

Марка стали	Массовая доля элемента, %
Углерода	Кремния	Марганца	Серы	Фосфора
не более
У12А	1,15–1,25	0,17–0,33	0,17–0,33	0,025	0,025

При комнатной температуре структура стали У12 – Перлит+ Цементит

Углеродистые заэвтектоидные стали после горячей пластиче­ской обработки {ковки или прокатки) и последующего охлажде­ния на воздухе имеют структуру, состоящую из пластинчатого перлита и избыточного цементита, кото­рый обычно образует сплошную или прерывистую сетку по гра­ницам бывших зерен аустенита.

Углеродистые стали наиболее целесообразно применять для инструментов небольшого сечения (до 5 мм), которые можно зака­ливать в масле и достигать при этом сквозной прокаливаемости, а также для инструментов диаметром или наименьшей толщиной 18—25 мм, в которых режущая часть приходится только на по­верхностный слой, например напильники, зенкера, метчики.

Углеродистые инструментальные стали отпускают при температурах не более 200 °С во избежание снижения твердости. Твердость окончательно термически обработанного инструмента из углеродистых сталей обычно лежит в интервале 57–63 HRC, а прочность при изгибе составляет» 1800–2700 МПа.

Достоинствами углеродистых инструментальных сталей является низкая стоимость, хорошая обрабатываемость давлением и резанием в отожженном состоянии.

Их недостатками являются невысокие скорости резания, ограниченные размеры инструмента из-за низкой прокаливаемости и его значительные деформации после закалки в воде.

Высокопрочный чугун ВЧ80

 

В зависимости от формы графита и условий его образования различают следующие группы чугунов: серый – с пластинчатым графитом; высокопрочный – с шаровидным графитом; ковкий – с хлопьевидным графитом. Схемы микроструктур чугуна в зависимости от металлической основы и формы графитовых включений представлены на рис.35.

 

 

Рисунок 3 - Схемы микроструктур чугуна в зависимости от металлической

основы и формы графитовых включений

 

Наиболее широкое распространение получили чугуны с содержанием углерода 2,4…3,8%. Чем выше содержание углерода, тем больше образуется графита и тем ниже его механические свойства, следовательно, количество углерода не должно превышать 3,8 %. В то же время для обеспечения высоких литейных свойств (хорошей жидкотекучести) углерода должно быть не менее 2,4 %.

Углерод и кремний способствуют графитизации, марганец затрудняет графитизацию и способствует отбеливанию чугуна. Сера способствует отбеливанию чугуна и ухудшает литейные свойства, ее содержание ограничено – 0,08…0,12 %. Фосфор на процесс графитизации не влияет, но улучшает жидкотекучесть, Фосфор является в чугунах полезной примесью, его содержание – 0,3…0,8 %.

Графитовые включения можно рассматривать как соответствующей формы пустоты в структуре чугуна. Около таких дефектов при нагружении концентрируются напряжения, значение которых тем больше, чем острее дефект. Отсюда следует, что графитовые включения пластинчатой формы в максимальной мере разупрочняют металл. Более благоприятна хлопьевидная форма, а оптимальной является шаровидная форма графита. Пластичность зависит от формы таким же образом. Относительное удлинение

() для серых чугунов составляет 0,5 %, для ковких – до 10 %, для высокопрочных – до 15%.

Наличие графита наиболее резко снижает сопротивление при жестких способах нагружения: удар; разрыв. Сопротивление сжатию снижается мало.

Положительные стороны наличия графита:

• графит улучшает обрабатываемость резанием, так как образуется ломкая стружка;
• чугун имеет лучшие антифрикционные свойства, по сравнению со сталью, так как наличие графита обеспечивает дополнительную смазку поверхностей трения;
• из-за микропустот, заполненных графитом, чугун хорошо гасит вибрации и имеет повышенную циклическую вязкость;
• детали из чугуна не чувствительны к внешним концентраторам напряжений (выточки, отверстия, переходы в сечениях);
• чугун значительно дешевле стали;
• производство изделий из чугуна литьем дешевле изготовления изделий из стальных заготовок обработкой резанием, а также литьем и обработкой давлением с последующей механической обработкой.

Высокопрочные чугуны (ГОСТ 7293) могут иметь ферритную (ВЧ 35), феррито-перлитную (ВЧ45) и перлитную (ВЧ 80) металлическую основу. Получают эти чугуны из серых, в результате модифицирования магнием или церием (добавляется 0,03…0,07% от массы отливки). По сравнению с серыми чугунами, механические свойства повышаются, это вызвано отсутствием неравномерности в распределении напряжений из-за шаровидной формы графита.

Чугуны с перлитной металлической основой имеют высокие показатели прочности при меньшем значении пластичности. Соотношение пластичности и прочности ферритных чугунов - обратное.

Высокопрочные чугуны обладают высоким пределом текучести, σ_В = 300…420 МПа, что выше предела текучести стальных отливок. Также характерна достаточно высокая ударная вязкость и усталостная прочность,σв = 230…250 МПа, при перлитной основе.

Высокопрочные чугуны содержат: углерода – 3,2…3,8 %, кремния – 1,9…2,6 %, марганца – 0,6…0,8 %, фосфора – до 0,12 %, серы – до 0,3 %.

Обозначаются индексом ВЧ (высокопрочный чугун) и числом, которое показывает значение предела прочности, умноженное на .

Сталь Ст.5пс – сталь углеродистая, конструкционная, обыкновенного качества.

Ст. – сталь, 5 – номер по ГОСТу, пс – полуспокойная (по степени раскисления – раскисляются добавлением в плавку марганца и кремния). Назначение: ответственные детали (валы, оси, шестерни)

Контрольная работа (домашнее задание) № 2.

Задание:

1. Расшифровать заданные марки сталей и указать их назначение.

2. Для заданных детали и инструмента выбрать соответствующие из приведенных в варианте марок сталей и обосновать выбор.

3. Разработать последовательность операций термической обработки детали и инструмента, обеспечивающие заданную твёрдость материала детали и инструмента.

4. Подробно описать все этапы термической обработки детали и инструмента – цель данного этапа термической обработки; температура и условия нагрева; структура стали при температуре нагрева; скорость охлаждения (охлаждающая среда); структура и свойства стали после охлаждения.

5. Дать анализ соответствия полученных свойств стали условиям работы детали и инструмента.

 

№ Вари- анта	Деталь, HRC	Инстру-мент, HRC	Марки стали
	Вилка	Фреза	20Х; Р18; 45ХГА; Х
	Рычаг	Резец	20ХНА; Р9; 45ХА; ХГ
	Палец	Резец	45ХНТ; Р9; 20ХГ; ХГ
	Шестерня	Штамп	18ХГТ; 5ХНМ; 45ХНМ; ХГ
	Рычаг	Штамп	45ХНА; Р9; 20Х; 5ХНВ
	Ось	Калибр	35ХА; ХГ; 20Х; ШХ15
	Шестерня	Штамп	18ХГТ; Р18; 45ХНА; 5ХНВ
	Ось	Калибр	40ХА; 20Х; Х; Р9
	Рычаг	Штамп	40ХНА; 20ХГ; 5ХНС; 9ХВГ
	Ось	Палец	35ХА; 20Х; Р18; 5ХНС
	Шестерня	Штамп 52	18ХГТ; ХГ; 45ХНМ; ХГ
	Палец	Калибр	15Х; 40ХНА; ШХ15; ХГ
	Ось	Фреза	40ХН; 20Х; Р18; ХГТ
	Палец	Фреза	40ХНМ; Р9; 15ХН; ХВ5
	Вилка	Сверло	40Х; 20ХН; Р9; 5ХНТ
	Рычаг	Резец	20ХН; ХГ; 45ХА; Р9
	Палец	Штамп	40ХС; 20Х; 5МНС; Х
	Рычаг	Калибр	20ХН; Р9; 45ХА; Х
	Шестерня	Резец	18ХГТ; Р9; 45ХА; Х
	Вилка	Сверло	40Х; 20ХН; 5ХНТ; Р9
	Палец	Фреза	40ХН; 20Х; Р9; ХВ5
	Палец	Резец	40ХНТ; Р18; 20ХНА; Х
	Стержень	Фреза	45ХА; Р9; 18ХГТ; ХВГ
	Шестерня	Фреза	35ХНТ; ХГ; 20Х; Р9
	Ось	Сверло	40Х; Р18; 20ХНА; ХГ

 

 

Контрольная работа (домашнее задание) № 3.