Аустенитом называют твердый раствор внедрения углерода в FeY. Аустенит имеет гранецентрированную кубическую решетку (К12). Под микроскопом эта структурная составляющая имеет вид светлых зерен с характерными двойными линиями (двойниками). Твердость аустенита равна НВ = 220. Аустенит парамагнитен.
Графит имеет неплотноупакованную гексагональную решетку со слоистым расположением атомов. Под микроскопом эта структурная составляющая имеет вид пластинок различной формы и величины в серых чугунах, хлопьевидную форму в ковких чугунах, шарообразную форму в высокопрочных чугунах. Механические свойства графита чрезвычайно низки.
Все перечисленные четыре структурные составляющие одновременно являются также фазами системы сплавов железа с углеродом, так как они однородны — твердые растворы (феррит и аустенит), химическое соединение (цементит) или элементарное вещество (графит).
Структурные составляющие ледебурит и перлит не однородны. Они представляют собой механические смеси, обладающие особыми свойствами (эвтектику и эвтектоид).
Перлитом называют эвтектоидную смесь феррита и цементита. Он образуется из аустенита при вторичной кристаллизации и содержит 0,8% С. Температура образования перлита 723°. Эту критическую температуру, наблюдаемую только у стали, называют точкой А±. Перлит может иметь пластинчатое строение, если цементит имеет форму пластинок, или зернистое, когда цементит имеет форму зерен. Механические свойства пластинчатого и зернистого перлита несколько отличаются. Пластинчатый перлит имеет предел прочности 82 кг/мм2, относительное удлинение 15%, твердость Нв= 190-^-230. Предел прочности зернистого перлита равен 63 кг/мм2, относительное удлинение 20% и твердость Я» = = 1.60-г- 190.
Ледебуритом называют эвтектическую смесь аустенита и цементита. Он образуется в процессе первичной кристаллизации при 1130°. Это наиболее низкая температура кристаллизации в системе сплавов железа с углеродом. Аустенит, входящий в состав ледебурита, при 723° превращается в перлит. Поэтому ниже 723° и вплоть до комнатной температуры ледебурит состоит из смеси перлита и цементита. Он очень тверд (Нв^ 700) и хрупок. Наличие ледебурита является структурным признаком белых чугунов. Механические свойства железоуглеродистых сплавов изменяются в зависимости от количества структурных составляющих, их формы, величины и расположения.
Структурная диаграмма состояния Fe—Fe3C является сложной диаграммой, так как в сплавах железо — углерод происходят не только превращения, связанные с кристаллизацией, но и превращения в твердом состоянии.
Границей между сталями и белыми чугунами является концентрация углерода 2%, а структурным признаком — наличие или отсутствие ледебурита. Сплавы с содержанием углерода менее 2% (у которых ледебурита нет) называют сталями, а с содержанием углерода свыше 2% (в структуре которых есть ледебурит) — белыми чугунами.
В зависимости от концентрации углерода и структуры стали я чугуны принято подразделять на следующие структурные группы: доэвтектоидные стали (до 0,8% С); структура — феррит и перлит; эвтектоидная сталь (0,8% С); структура — перлит;
заэвтектоидные стали (свыше 0,8 до 2% С); структура — перлит в вторичный цементит;
доэвтектические белые чугуны (свыше 2 до 4,3% С); структура — ледебурит (распавшийся), перлит и вторичный цементит;
эвтектический белый чугун (4,3% С); структура—ледебурит;
заэвтектические белые чугуны (свыше 4,3 до 6,67% С); структура— ледебурит (распавшийся) и первичный цементит.
Это подразделение, как видно из диаграммы состояния Fe—Fe3C, соответствует структурному состоянию этих сплавов, наблюдаемому при комнатной температуре.
Вопрос 3.
Выберите инструментальный твердый сплав для чистового фрезерования поверхности детали из стали 30ХГСА. Дайте характеристику, расшифруйте выбранную марку сплава, опишите особенности структуры и свойства сплава.
Инструменты подразделяются на три группы: режущие (резцы, сверла, фрезы и др.), измерительные (калибры, кольца, плитки и др.), и инструменты для горячей и холодной обработки металлов давлением (штампы, волочильные доски и др.). В зависимости от вида инструментов требования, предъявляемые к сталям для их изготовления, разные.
Основным требованием, предъявляемым к сталям для режущих инструментов, является наличие высокой твердости, не снижающейся при высоких температурах, возникающих в процессе обработки металлов резанием (красностойкости). Твердость для металлорежущих инструментов должна составлять Rc = 60÷65. Кроме того, стали для режущих инструментов должны обладать высокой износоустойчивостью, прочностью и удовлетворительной вязкостью.
Наибольшее применение для изготовления режущих инструментов получили быстрорежущие стали. Быстрорежущая сталь является многокомпонентным сплавом и относится к карбидному (ледебуритному) классу сталей. В ее состав, кроме железа и углерода, входят хром, вольфрам и ванадий. Основным легирующим элементом в быстрорежущей стали является вольфрам. Наибольшее распространение получили (табл. 3) марки быстрорежущей стали Р18 (18 % W) и Р9 (9 % W).
Высокую твердость RC= 62 и красностойкость быстрорежущая сталь приобретает после термической обработки, состоящей из закалки и многократного отпуска.
Таблица 1
Химический состав быстрорежущей стали
(по ГОСТ 5952-51)
| Марка стали | Содержание элементов в % | ||||
| C | W | Cr | V | Mo | |
| Р 18 | 0,70 – 0,80 | 17,5 – 19,0 | 3,8 – 4,4 | 1,04 – 1,4 | ≤0,3 |
| Р 9 | 0,85 – 0,95 | 8,5 – 10,0 | 3,8 – 4,4 | 2,0 – 2,6 | ≤0,3 |
На рис.3 приведен график термической обработки быстрорежущей стали Р18.
Мы выбираем ее в качестве инструментального твердого сплава для чистого фрезерования т.к. эта марка стали подходит нам по своим характеристикам.
Термическая обработка быстрорежущей стали имеет ряд особенностей, которые обусловливаются ее химическим составом. Нагрев быстрорежущей стали, при закалке производится до высокой температуры (1260—1280°), необходимой для того, чтобы растворить в аустените карбиды хрома, вольфрама и ванадия. До 800—850° нагрев производится медленно, чтобы избежать •больших внутренних напряжений в стали вследствие ее малой теплопроводности и хрупкости, затем производят быстрый нагрев до 1260—.1280° с целью избежания роста зерна аустенита и обезуглероживания. Охлаждение быстрорежущей стали производится в масле. Широкое применение получила также ступенчатая закалка быстрорежущей стали в солях при температуре 500—550°.
Структура быстрорежущей стали после закалки состоит из мартенсита (54%), карбидов (16%) и остаточного аустенита (30%). После закалки быстрорежущая сталь подвергается многократному отпуску при 560°. Обычно производят трехкратный отпуск с выдержкой по 1 часу для того, чтобы уменьшить количество остаточного аустенита и повысить твердость стали. Во время выдержки при температуре отпуска из аустенита выделяются карбиды, а при охлаждении аустенит превращается в мартенсит. Происходит как бы вторичная закалка. Структура быстрорежущей стали после отпуска — мартенсит отпуска, высокодисперсные карбиды и небольшое количество остаточного аустенита. Для еще большего снижения количества остаточного аустенита быстрорежущие стали подвергают обработке холодом, которая производится перед отпуском. Весьма эффективно для повышения твердости и износостойкости применение низкотемпературного цианирования.
Быстрорежущие стали получили широкое распространение для изготовления различных режущих инструментов; изготовленные из этих сталей инструменты работают со скоростями резания, в 3—4 раза превышающими скорости резания инструментов из углеродистых сталей, и сохраняют режущие свойства при нагреве в процессе резания до 600º - 620º.
Вопрос. 4 Выберите наиболее рациональную и экономичную марку стали для изготовления пружины, которая после термической обработки должна получить высокую упругость и твердость не менее 44 …45 НRCЭ.Дайте характеристику, укажите состав стали, выберите и обоснуйте режим термообработки. Опишите и зарисуйте микроструктуру и свойства стали после термообработки.
Пружины используют для накопления энергии (пружинные моторчики), для восприятия и амортизации ударов, для компенсации теплового расширения в механизмах клапанного распределения и пр. Деформация пружины может проявляться в форме ее растяжения, сжатия, изгиба или скручивания.
Зависимость между силой Р и деформацией пружины F называется характеристикой пружины.
Согласно справочника конструктора – машиностроения, авт. Анурьев. В.И., выбираем наиболее рациональную и экономичную марку стали:
Сталь – 65Г (марганцевая сталь), имеющую упругость и твердость равную 42…48 HRCЭ. по Реквелю. Термическая обработка стали: температура закалки - 830ºС, (среда масло.), отпуск - 480ºС. Предел прочности (δВ) – 100 кг/мм2, предел текучести (δт) – 85 кг/мм2, относительное удлинение (δ5) – 7%, относительное сужение (ψ) – 25%.
Характеристика – ресорно-пружинная сталь, высокого качества с содержанием P – S не более 0,025%. Подразделяется на 2 – категории : 1 – обезуглероженного слоя, 2 – с нормированным обезуглероженным слоем