Режимы термической обработки нержавеющей стали. Изготовления деталей штампов
1. Выберите углеродистую сталь для изготовления пил. Назначьте режим термической обработки, опишите сущность происходящих превращений, структуру и свойства инструмента
Для изготовления пил чаще всего применяется инструментальная углеродистая сталь У11А, т.к. острие пилы при трении нагревается до достаточно высокой температуры.
Химический состав приведен в таблице.
Массовая доля элемента, %УглеродаКремнияМарганцаСерыФосфоране более1,05-1,140,17-0,330,17-0,280,0180,025
Термическая обработка состоит из двух этапов: предварительная и окончательная.
Предварительная термическая обработка применяется для уменьшения деформации (в 1,5-2 раза) при последующей закалке. Она заключается в предварительной закалке с 740-770 °С с охлаждением в масле и последующем отпуске при 600 °С (1 ч).
Окончательная термическая обработка состоит из закалки и низкого отпуска, режимы которых указаны в таблице ниже.
ЗакалкаОтпускTз, °СТвердость HRCЭТотп, °СТвердость HRCЭ760-78064-66200-25058-59
Мелкие инструменты, в частности пилы (диаметром до 120 и длиной до 250 мм), целесообразно нагревать под закалку в соляных ваннах (70 % BaCl2 + 30 % NaCl), так как при этом не надо защищать детали от окисления и обезуглероживания. Углеродистая сталь имеет высокую критическую скорость закалки - порядка 250°С/с. Замедление охлаждения при закалке недопустимо, так как приводит к частичному распаду аустенита при температурах перлитного интервала и, как следствие, к появлению мягких пятен.
. Для изготовления деталей штампов, обрабатывающих металл в горячем состоянии, выбрана сталь 5ХНМА. Укажите состав, назначьте и обоснуйте режим термической обработки, объяснив влияние легирования на превращения, происходящие при термической обработке этой стали. Опишите микроструктуру и свойства штампов после термической обработки
Сталь 5ХНМА характеризуется невысокой теплостойкостью (350-450° С) и повышенной ударной вязкостью (более 4 кгс·м/см2 на образцах с надрезом).
Температуры отжига с непрерывным охлаждением, изотермического отжига, высокого отпуска и твердость (НВ) стали после этих видов термической обработки показаны в таблице 2.1.
Таблица 2.1
Критич. точки, °СИзотермический отжигОтжиг с непрерывным охлаждениемВысокий отпускAc1Ас3Температура, °СТвердость НВТемп-ра нагрева, °СТвердость НВТем-ра нагрева, °СТвердость НВнагреваИзотерм. выдержки730780760-790650-660197 - 229760-790197 - 241680 - 700207 - 241
Режимы закалки и отпуска деталей штампового инструмента горячего деформирования, величина зерна и твердость после окончательной термической обработки приведены в таблице 2.2.
Таблица 2.2
ЗакалкаБалл зернаТвердость HRCОтпускТемпература, °СТемпература нагрева, °СТвердость HRCПодогреваОкончательного нагрева700-750840-860-56-60500-55038-41
Технологические режимы процессов поверхностного упрочнения штампов показаны в таблице 2.3.
Наим. процессаСредаКомпонентыТемп-ра процесса, °СВремя процесс, чТолщина слоя, ммТвердость слоя HVАзотированиеГазоваяАммиак, степень диссоциации 25-40%480-56040-500,3-0,565СМ-70СБорированиеЖидкаяКарбид бора В4С - 84%, бура - 16%, хлористый аммоний - 3%9508 - 100,5-1До 2500
. Назначьте нержавеющую сталь для работы в слабоагрессивных средах (водные растворы солей и т.п.). Приведите химический состав стали, необходимую термическую обработку и получаемую структуру. Объясните физическую природу коррозийной устойчивости стали и роль каждого легирующего элемента
Мартенситный класс - стали с основной структурой мартенсита (хромистые стали с 12-17 % Cr, содержащие более 0,25 % С и, специальные добавки Мо, W, V и небольшое количество Ni - до 3 %).
Для деталей, работающих в слабоагрессивных средах (водопроводная вода, водные растворы солей и т.д.), подходит сталь 20Х13, имеющая химический состав, приведенный в таблице (указаны процентные содержания элементов).
СSiMnСrNiTiNbSPНе болееНе более0,16-0,250,80,812,0-14,0---0,0250,030
Характеристики механических свойств и режимы термической обработки нержавеющей стали указаны в таблице ниже.
Режим термической обработки, температура (°С), среда охлажденияσВσ0,2δ5ψКСU, Дж/см2МПа%Не менееЗакалка,1000-1050, воздух или масло; отпуск, 660-770, воздух, масло или вода660450165580
Эту сталь применяют преимущественно в термически обработанном состоянии, часто с тщательно шлифованной, а иногда и полированной поверхностью.
Структура и свойства стали в значительной степени зависят от содержания в них углерода: с понижением содержания углерода в этих сталях появляется структурно свободный феррит, ухудшающий механические свойства, и они переходят из мартенситного в мартенситно-ферритный и даже чисто ферритный классы; коррозионная стойкость их при этом несколько повышается. С повышением содержания углерода снижается коррозионная стойкость, увеличивается твердость, но возрастает хрупкость.
штамп закалка сталь термический
4. Какие материалы используются в качестве антифрикционных
Антифрикционные материалы - это специальные материалы, которые применяются для деталей машин, подвергающихся при работе трению и скольжения, но обладающих низким коэффициентом трения. Антифрикционные материалы отличаются низкой способностью к адгезии, теплопроводностью и стабильностью свойств, а самое главное хорошей прирабатываемостью (т.е. способностью трущихся тел в начальный период трения постепенно улучшать контактирование поверхностей за счет их сглаживания).
Антифрикционные материалы используются в различных конструктивных типах узлов трения машин и двигателей. Поэтому в процессе применения подобных материалов в конкретных узлах и условиях приводило к созданию разнообразных антифрикционных материалов. Выделяются такие антифрикционные материалы как сплавы на основе олова или свинца - баббиты, меди - бронза, железа - серый чугун, металлокерамические сплавы - бронзографит, железографит, а также пластмассы текстолит, фторопласт-4, древесноложные пластики и сложные композиции типа "металл-пластмасса".
Подшипниковые материалы - это наиболее распространенные антифрикционные материалы, которые применяемые для различных видов подшипников скольжения. При этом очень важно, чтобы кроме антифрикционных свойств, они обладали необходимой прочностью, сопротивлением коррозии в среде смазки, технологичностью и экономичностью.
Наиболее распространенным видом подшипника является стальной подшипник, у которого основа состоит из прочного конструкционного материала - стали, а поверхность трения состоит из слоя антифрикционного материала - оловянного или свинцового баббита. Подшипники, а также вкладыши и втулки изготовляют методом штамповки, а антифрикционный материал наносится литейным способом на заготовку подшипника или на непрерывно движущуюся стальную ленту. Важно, что процесс нанесения антифрикционных покрытий должен обеспечивать выполнение ряда требований, при этом не ограничивается только толщина покрытия. Подшипниковые материалы разделяются на металлические и неметаллические. Металлические подшипниковые материалы - это сплавы на основе олова, свинца, меди, цинка, алюминия, а также некоторые чугуны. Неметаллические подшипниковые материалы - это некоторые виды пластмасс, материалы на основе древесины, графито-угольные материалы, резина. Также отдельно выделяются подшипниковые материалы которые сочетают металл и пластмассу.
Чаще всего встречается использование антифрикционных материалов на основе олова или свинца (их называют баббиты). Они применяются в подшипниках в виде слоя, заливающего основу детали из стали. Важно, чтобы сталь прошла специальную очистку и желательно имела углубления или пазы для лучшего сцепления.
Также в качестве антифрикционных сплавов могут выступать различные виды бронзы (оловянные и безоловянные) и латуни. Бронзовые подшипники бывают 2 видов: монометаллические (используются оловянистые бронзы) и биметаллические. Менее распространенные, но все же востребованные антифрикционные материалы бывают на основе стали. Их используют в легких условиях работы, когда в процессе работы механизма есть небольшое давление и невысокие скорости скольжения. Сталь более твердый материал и имеет высокую температуру плавления, поэтому она плохо прирабатываются и легко схватывается с сопряженной поверхностью, из-за чего образуются задиры.
Встречается среди антифрикционных материалов и чугун. Некоторые чугуны имеют высокие антифрикционные свойства, благодаря графитовой составляющей ее структуре. Например, чугун с глобоидальной формой графита и с толстыми пластинками более износостоек, чем чугун с тонкими пластинками. Включения графита в чугунах выполняют роль мягкой составляющей. К их недостаткам следует отнести плохую прирабатываемость, чувствительность к недостатку смазки, пониженную стойкость к воздействию ударной нагрузки. В заключении хотелось отметить, что ряд антифрикционных материалов очень широк, также как и его применение и самым распространенным из всех видов является олово и свинец, а также их сплавы в виде баббитов.
. Пластмассы. Состав и строение. Применение пластмасс в литейном производстве
Пластмассы (пластические массы, пластики) - это большой класс полимерных органических легко формуемых материалов, из которых можно изготавливать легкие, жесткие, прочные, коррозионностойкие изделия.
Эти вещества состоят в основном из углерода С, водорода Н, кислорода О и азота N. Все полимеры имеют высокую относительную молекулярную массу - от 10 000 до 500 000 и более (для сравнения - кислород О2 имеет относительную молекулярную массу, равную 32). Таким образом, одна молекула полимера содержит очень большое число атомов.
Некоторые органические пластические материалы встречаются в природе, например асфальт, битум, шеллак, смола хвойных деревьев и копал (твердая ископаемая природная смола). Обычно такие природные органические формуемые вещества называют смолами. В ряде случаев в качестве сырья применяют природные полимеры - целлюлозу, каучук или канифоль. Чтобы достичь желаемой эластичности, их подвергают различным химическим реакциям. Например, целлюлозу посредством разнообразных реакций можно превратить в бумагу, моющие средства и другие ценные материалы; из каучука получают резину и изолирующие материалы, используемые как покрытия; канифоль после химической модификации становится более прочной и устойчивой к действию растворителей.
Способ получения оснастки из пластмасс на основе композиций из эпоксидных смол состоит из следующих операций:
подготовки форм или негативов для заливки или послойного нанесения жидких композиций;
приготовления жидкой связующей композиции путем интенсивного смешивания эпоксидной смолы, отвердителя и других составляющих в определенных пропорциях;
заливки или нанесения слоями жидкой связующей композиции в форму или на негатив;
отверждения связующей композиции выдержкой на воздухе в течение определенного периода;
удаления модели из формы или отделение от негатива и очистка ее от заусенцев, заливов и прочих дефектов.
Список использованной литературы
1. Арзамасов Б. Н. Материаловедение: уч. для высших технич. уч. заведений. - 2-е изд. испр. и доп. - М.: Машиностроение , 1986. - 294 с., ил.
. Лахтин Ю. М., Леонтьева В. П. Материаловедение: уч. для машиностроительных вузов. - 2-е изд. перераб. и доп. - М.: Машиностроение , 1980. - 158 с., ил.
. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: #"justify">. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: #"justify">. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: #"justify">. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: /ru.wikipedia.org (Дата обращения: 11.05.2015).