1.1 Расшифровать марку стали Р9 и указать её классификацию
1.1.1. по назначению
Инструментальная быстрорежущая
1.1.2. по качеству
Сталь инструментальная качественная.
1.1.3. по содержанию углерода
Содержание углерода ~1%(высокоуглеродистая).
1.1.4. по содержанию химических элементов
Высоколегированная
1.1.5. по степени раскисления
Спокойная
1.1.6. указать химический состав
Р9 буква Р говорит о том, что перед нами инструментальная быстрорежущая сталь, в которой присутствует вольфрам в количестве около 9%
1.2 Справочные данные
1.2.1 химический состав слали по справочнику
Указан в таблице 1
|
Сера Фосфор |
До 0,03% До 0,03% |
|
|
Углерод |
0,85 - 0,95%; |
|
|
Железо |
~80% |
|
|
Марганец |
До 0,5 % |
|
|
Хром |
3,8 - 4,4% |
|
|
Никель |
До 0,4% |
|
|
Молибден |
До 1% |
|
|
Кобальт |
До 1% |
|
|
Вольфрам |
8,5 - 9,5% |
|
|
Ванадий |
2,3 - 2,7% |
|
|
Таблица 1 Химический состав стали Р9 |
физико-механические свойства стали
Основные физические свойства при Т=20°С
Удельное сопротивление R=380*109(Ом/м)
Плотность с=8300кг/м3
Коэффициент теплопроводности= 23 Вт
Механические свойства представлены в таблице 2
Таблица 2 Механические свойства
1.3 Влияние каждого легирующего элемента и углерода на
1.3.1 Полиморфизм железа показано на диаграмме 1
Диаграмма 1 Cr, Mo, W, V, Nb. Они повышают температуру А3 и понижают А4, расширяя область б-твёрдого раствора
1.3.2
1.3.3 линии диаграммы изотермического превращения аустенита
Хром повышает температуру в точках А1 и А3, в этом случае область аустенита на диаграмме состояния железо-цементит сужается.
Хром смещает С-образные кривые вправо (скорость критической закалки снижется). Ванадий действует так же, как и хром.
1.3.4 физико-механические свойства стали
Углерод - является главным упрочняющим элементом во всех сталях, кроме аустенитных нержавеющих сталей и некоторых других высоколегированных сталей. Упрочняющий эффект углерода состоит из упрочнения твердым раствором и упрочнения за счет дисперсного выделения карбидов. С увеличением содержания углерода в стали ее прочность увеличивается, но пластичность и свариваемость снижается.
Вольфрам (В) - образует в стали очень твердые химические соединения - карбиды, резко увеличивающие твердость и красностойкость. Вольфрам препятствует росту зерен при нагреве, способствует устранению хрупкости при отпуске. Это дорогой и дефицитный металл.
1.3.5 прокаливаемость
Легированные стали вследствие более высокой устойчивости переохлажденного аустенита и соответственно меньшей критической скорости охлаждения прокаливаются на большую глубину, чем углеродистые. Сильно повышают прокаливаемость марганец, хром, молибдене, менее сильно влияют никель. Прокаливаемость особенно возрастает при одновременном введении в сталь нескольких легирующих элементов.
1.4 Суммарное влияние легирующих элементов и углерода на режимы термообработки.
1.4.1 влияние легирующих элементов на температуру закалки
Закалка стали У10: 860 °С. Температура закалки стали Р9: 1220-1240 °С
Повышают на 360°С.
1.4.2 влияние легирующих элементов на время выдержки
Влияние легирующих элементов оказывает на увеличение времени выдержки.
1.4.3 влияние легирующих элементов на закаливаемость
Увеличивается закаливаемость в среднем на 2 HRC
1.4.4 влияние легирующих элементов на прокаливаемость
Прокаливаемость увеличилась
1.4.5 критические точки стали по справочнику представлены в таблице 3
Таблица 3. Критические точки сталей У10 и Р9
|
Сталь/крит.точки |
Ac1 |
Ac3(Acm) |
Ar1 |
Mn |
|
|
У10 |
730 |
800 |
700 |
210 |
|
|
Р9 |
820 |
870 |
740 |
180 |
1.5 Описание условий работы детали
1.5.1 Назначение, условия работы детали и эскиз
Ножовочное полотно по металлу - это основной режущий элемент ручной ножовки или оснастка ножовочного отрезного станка представляющее собой тонкую и узкую пластину с 2 двумя отверстиями и зубьями на одном или двух ребрах. Рез материала осуществляется благодаря возвратно-поступательному движению инструмента с одновременным нажимом. Среди условий можно отметить сильное трение, нагрев, динамические нагрузки.
Эскиз детали представлен на рис. 1
Рис1. Эскиз ножовочного полотна
1.5.2 состояние поставки стали
Для ручных рамок определяет технические условия ножовочного полотна ГОСТ 17270-71. Параметры ножовки по металлу регулирует ГОСТ 6645-86
1.6 Технология изготовления детали
1.6.1 режимы и описание предварительной термической обработки детали (если она необходима)
Высокие режущие свойства быстрорежущих сталей обеспечиваются легированием сильными карбидообразующими элементами ( W, Mo, V ), элементами, повышающими температуру ( б ? г ) - превращения ( Со, Аl ), и применением специальной термической обработки, заключающейся в закалке с высоких температур ( 1200 - 1300 °С ) и в отпуске, вызывающем дисперсионное твердение ( первичная термическая обработка ).
Подобная термическая обработка приводит к карбидной неоднородности. Избыточные карбиды быстрорежущих сталей входят в состав эвтектики, образующейся по границам зерен аустенита и д-феррита. Литая сталь из-за присутствия эвтектики имеет высокую хрупкость и низкую прочность.
Необходимы ковка и отжиг.
Существенное улучшение структуры и прочностных свойств данных сталей достигается в ходе особой термической обработки. Рассмотрим ее на примере быстрорежущей стали марки Р9.
Для снижения твердости сталь, прежде всего, отжигают. В литом виде она имеет ледебуритную эвтектику, которую устраняют горячей деформацией путем измельчения первичных карбидов.
Ковка стали очень важна. При недостаточной проковке возникает карбидная ликвация - местное скопление карбидов в виде участков неразрушенной эвтектики. Карбидная ликвация снижает стойкость инструмента и увеличивает его хрупкость. Деформированную сталь для снижения твердости ( до НВ 2070 - 2550 ) подвергают изотермическому отжигу. Структура отожженных сталей состоит из сорбитообразного перлита, вторичных и более крупных первичных карбидов. В карбидах содержится 80-95% вольфрама и ванадия и 50% хрома. Остальная часть легирующих элементов растворена в феррите.
Температура ковки : 1180-850 °С
Температура отжига : 840-860 °С
НВ( не более) : 2550 Мпа
1.6.2 описание механической обработки детали
Из поступивших на производство листов стали вырезаются зубья с помощью пресса (для получения одного зубца пресс бьет дважды). Далее автоматические клещи загибают зубья под определенным углом - установка зубцов. Далее сталь разрезают, на одном конце каждой заготовки пресс проделывает отверстия для рукоятки. Далее заготовки опять разрезают и в конце обрабатывают шлифовальной лентой для полировки краев- удаление заусенцев. Затем промывают специальной охлаждающей эмульсией. Затем клещи опять выпрямляют зубцы. В этом виде ножовочное полотно отправляется на вторичную Т.О.
1.6.3 режимы и описание окончательной термической обработки детали
Высокие эксплуатационные свойства инструменты из быстрорежущих сталей приобретают после закалки и трехкратного отпуска. Из-за низкой теплопроводности быстрорежущие стали при закалке нагревают медленно с прогревами при 450 и 850 °С, применяя соленые ванны для уменьшения окисления и обезуглероживания. Особенность закалки быстрорежущих сталей - высокая температура нагрева. Она необходима для обеспечения теплостойкости - получения после закалки высоколегированного мартенсита в результате перехода в раствор максимального количества специальных карбидов.
Степень легирования аустенита( мартенсита ) увеличивается с повышением температуры нагрева. При температуре 1300 °С достигается предельное насыщение аустенита - в нем растворяется весь хром, около 8%W, 1%V и 0,4-0,5%С.
После закалки не достигается максимальная твердость сталей, так как в структуре кроме мартенсита и первичных карбидов содержится 30-40% остаточного аустенита, присутствие которого вызвано снижением температуры точки Мк ниже 0 °С. Остаточный аустенит превращают в мартенсит при отпуске и обработке холодом. Отпуск проводят при температуре 550-570 °С. В процессе выдержки при отпуске из мартенсита и остаточного аустенита выделяются дисперсные карбиды М6С. Аустенит, обедняясь углеродом и легирующими элементами, становится менее устойчивым и при охлаждении ниже точки Мн испытывает мартенситное превращение.
Однократного отпуска недостаточно для превращения всего остаточного аустенита. Применяют двух- и трехкратный отпуск с выдержкой по одному часу и охлаждением на воздухе. При этом количество аустенита значительно снижается. Применение обработки холодом после закалки сокращает цикл термической обработки. В термически обработанном состоянии быстрорежущие стали имеют структуру, состоящую из мартенсита отпуска и карбидов, и твердость для стали марки Р9 - HRC 62-64 .
Температура закалки : 1220-1240 °С
Температура отпуска : 550-570 °С
HRC : 62-64
у и : 2600-3000 Мпа
1.7 Оборудование и материалы
Печь закалочная РК 55/12; Печь отпускная РР540/85; наковальня, горн, камерная универсальная электропечь, СНЦ. Вода, масло закалочное М8В2.
2 Графическая часть
2.1 Представить стальной участок диаграммы состояния железо-цементит, указать заданную марку стали (до и после ХТО если применяется), температуру термической обработки.( Диаграмма 2)
Диаграмма 2.
2.2 Схема термической обработки( Схема 1)
Схема 1. термическая обработка стали (отжиг)
2.3 Схема микроструктуры стали: в состоянии поставки (а),
после окончательной термической обработки (б) (схема 2)
а) б)
Схема 2. Микроструктуры стали
2.4 Диаграмма изотермического превращения аустенита (диаграмма 3)
Диаграмма 3. Изотермическое превращение аустенита
Список литературы и источники
1) http://metallicheckiy-portal.ru/marki_metallov/sti/U10(R9)
2) https://studfiles.net/preview/2713872/page:7/
3)http://met-all.org/stal/bystrorezhushhaya-stal-instrumentalnaya-marki-harakteristiki-markirovka-bystrorez.html
4) https://prompriem.ru/stati/stal-r9.html
5) http://stu.scask.ru/book_met1.php?id=98
6) https://www.lsst.ru/spravochnik-metalloprokata/instrumentalnaya-stal/stal-r18/
7) http://mekkain.ru/library/nozhovochnoe-polotno.html
8) https://www.rinscom.com/gost/pdf/6645-86.pdf
9) https://helpiks.org/2-111543.html
10) http://fb.ru/article/313808/mehanicheskaya-obrabotka-metalla-vidyi-i-sposobyi
11) https://www.youtube.com/watch?v=fSM79S_M9bc
12) http://fccland.ru/instrumentalnaya-stal/3327-kovka-bystrorezhuschey-stali.html
13) http://yaruse.ru/posts/show/id/534
14) Материаловедение Ю.М. Лохтин В.П. Леонтьева
15) Марочник сталей для машиностроения ОМТРМ 0056-002-68