Материал: Материаловедение и технология материалов . лабораторный практикум. Орлов А.С., Рубцова Е.Г

-жаростойкие стали способны противостоять окислению и окалинообразованию при высоких температурах – 15Х5, 08Х18Н9, 15Х28, 20Х23Н18;

-хладостойкие и криогенные стали должны сохранять свои свойства

при температурах –40 - 269 С – 18Х2Н4ВА, 09Г2С, 06Н9А, 08Х25Н20.

Инструментальные стали

Углеродистые инструментальные стали выпускаются в виде горячека-

таного, кованого, калиброванного сортового проката по ГОСТ 1435-99 [12] марок У7, У8, У8Г, У9, У10, У11, У12, У13 (качественные) и У7А. У8А, У9А. У10А, У11А, У12А, У13А (высококачественные). Буква «У» обозначает, что инструментальная сталь углеродистая, следующая за ней цифра показывает среднее содержание углерода в десятых долях процента. Буква «А» в конце марки обозначает, что сталь высококачественная. Сталь изготавливается термически обработанной, но по требованию потребителя может поставляться без термической обработки. Структура стали после отжига: У7 (У7А) – перлит + небольшое количество феррита; У8 (У8А) – перлит; остальные – перлит + цементит вторичный.

Стали доэвтектоидные (У7, У7А) применяют для инструмента, работающего в условиях ударного нагружения (молотков, стамесок, долот, зубил, штампов), т.к. они обладают некоторым запасом пластичности. Стали У10, У11 используют для резцов, сверл, метчиков, фрез и другого мерительного и режущего инструмента для обработки мягких материалов; стали У12, У13 – для инструментов для резания твердых материалов без ударных нагрузок (напильников, рашпилей, бритв, сверл, пил и др.).

18

Низколегированные инструментальные стали (ГОСТ 5950-2000 [13])

содержат до 5 % легирующих элементов, которые вводят для увеличения закаливаемости, прокаливаемости, уменьшения деформаций и опасности растрескивания инструментов. Хром - постоянный элемент низколегированных инструментальных сталей. Марки сталей – Х, 9ХС, ХВ4, ХВГ, 9ХФ, ХВСГ и т.д. Цифра перед маркой обозначает содержание углерода в десятых долях про-

цента. Отсутствие цифры показывает, что углерода содержится около 1 %.

Буквы русского алфавита и цифры за ними указывают содержание соответствующего легирующего элемента в целых процентах. Эти стали используют для изготовления инструментов: пил, зубил, штемпелей, ножей для холодной и горячей резки, обрезных матриц и пуансонов и т.п. По структурному признаку стали, содержащие 0,4-0,5 % С, являются доэвтектоидными, а с 0,6 % С – эвтектоидными и заэвтектоидными. Структура доэвтектоидных сталей после отжига состоит из пластинчатого и, реже, зернистого перлита с небольшими участками феррита, заэвтектоидных – из зернистого перлита.

Высоколегированные инструментальные быстрорежущие стали обо-

значают буквой Р (rapid - быстрый), после которой стоит число, указывающее содержание (в процентах) вольфрама – основного легирующего элемента

(ГОСТ 19265-73 [14]). Содержание углерода (около 1 %), ванадия (до 2 %) и хрома ( 4 % во всех сталях) в марке не указываются. Стали, легированные дополнительно молибденом, кобальтом или имеющие повышенное количество ванадия, содержат в марке соответственно буквы М, К, Ф и числа, показывающие их содержание в процентах. Основное свойство этих сталей – высокая теплостойкость, которая обеспечивается введением большого количества вольфрама совместно с другими карбидообразующими элементами – молибденом, хромом, ванадием. Предусмотрено 14 марок быстрорежущих сталей, которые по эксплуатационным свойствам делятся на три группы: нормальной производительности (умеренной теплостойкости), повышенной производительности (повышенной тепло- и износостойкости) и высокой производительности (высокой тепло- и износостойкости). Группу сталей нормальной производительности образуют стали Р18, Р9 Р6М5, сохраняющие твердость не ниже 58 HRC до 620 С. К группе сталей повышенной производительности относятся стали, содержащие кобальт и повышенное количество ванадия (Р6М5Ф3, Р12Ф3, Р18К5Ф5, Р9К5, Р6М5К5). Они превосходят стали первой группы по теплостойкости (630-640 С), твердости (> 64 HRC) и износостойкости, но уступают им по прочности и пластичности. Стали высокой производительности – Р9М4К8, Р2АМ9К5. Быстрорежущие стали относятся к ледебуритному (карбидному) классу. Для повышения твердости и теплостойкости быстрорежущие стали подвергают закалке и трехкратному отпуску, структура после термической обработки: мелкоигольчатый мартенсит и мелкодисперсные карбиды.

19

2.4. Классификация чугунов

Чугун – это многокомпонентный сплав железа с углеродом (более 2,14 % С) и другими элементами. Доля чугунных отливок составляет 70-75 % общего выпуска литья.

В зависимости от того, в какой форме присутствует углерод в сплавах, различают белые, серые, высокопрочные чугуны, чугуны с вермикулярным графитом и ковкие чугуны.

Белыми называются чугуны, в которых весь углерод находится в связанном состоянии в виде цементита. Согласно диаграмме состояния Fe-Fe3C белые чугуны подразделяют на доэвтектические, эвтектические и заэвтектические. Из-за большого количества цементита они твердые (450-550 НВ), хрупкие, с трудом отливаются и обрабатываются инструментом. Из них делают детали гидромашин, пескометов и других конструкций, работающие в условиях повышенного абразивного изнашивания. Маркировка белых чугунов не установлена.

Большое влияние на структуру чугуна оказывают условия затвердевания и охлаждения отливок. Быстрое охлаждение способствует получению белого чугуна, медленное – серого.

Серыми называют чугуны с пластинчатой формой графита. Определяющее влияние на качество чугунов оказывает углерод, изменяя количество графита и литейные свойства. Чем выше концентрация углерода, тем больше выделений графита и ниже механические свойства чугуна. По этой причине максимальное содержание углерода ограничивается доэвтектическойконцентрацией.

Марка серого чугуна состоит из букв СЧ (серый чугун) и числа, показы-

вающего уменьшенное в 10 раз значение (в мегапаскалях) временного со-

противления при растяжении . Механические свойства серого чугуна регламентируются ГОСТ 1412-85 [15].

По структуре металлической основы серые чугуны разделяют на три вида: серый перлитный со структурой П + графит (СЧ 30, СЧ 35, СЧ 40, СЧ 45); серый ферритно-перлитный со структурой Ф + П + графит (СЧ 20, СЧ 25); серый ферритный со структурой Ф + графит (СЧ 10, СЧ 15).

Механические свойства серых чугунов зависят от структуры и свойств металлической основы и от количества, формы и размеров графитных включений. Прочность, твердость и износостойкость чугунов растут с увеличением количества перлита в металлической матрице. Влияние графита обусловлено тем, что его пластинки, прочность которых ничтожно мала, действуют как надрезы или трещины, пронизывающие металлическую основу и ослабляющие ее. При растяжении по концам графитных включений легко формируются очаги разрушения. По этой причине серые чугуны плохо сопротивляются растяжению, имеют низкие прочность и пластичность.

На долю серого чугуна приходится около 80 % общего производства чугунных отливок. Серые чугуны обладают высокими литейными качествами, хорошо обрабатываются и сопротивляются износу, однако из-за низких проч-

20