Власова Сапронов Ховова_МТ8_Метод указания к ДЗ по материаловедению (821865), страница 4
Текст из файла (страница 4)
С учетом условия задания о массовом характерепроизводстватопора,этодолжныбытьнедорогиелегирующиекомпоненты, например, кремний и хром, количество которых, повидимому, может быть не более 1% [2].Таким образом, проведенный на этом этапе анализ показывает, чтодля изготовления строительного топора целесообразно использоватьнизколегированную сталь с содержанием углерода (0,55…0,60%). Сучётом этого вывода на следующем этапе выполнения задания долженбыть проведён поиск конкретной марки стали.ЭТАП 3. Выбор конкретной марки стали, которая по всемпараметрам будет соответствовать требованиям задания.
Эта задачатакже является весьма многофакторной. Поскольку типичный класссталей для изготовления заданного изделия в принципиальном плане былопределён на этапе 2 (или 1), значит, диапазон концентрации углерода встали известен. На этом этапе предстоит определить оптимальныйкомплекс легирующих элементов и количество каждого компонента,исходя из требований по прокаливаемости стали. Условия охлажденияпри закалке диктуются не только максимальным сечением детали, но иособенностями её геометрии, возможным короблением или поводкой. При32выборе марки стали важно учитывать также характер производстваизделия (наличие или отсутствие дефицитных компонентов), степень егоответственности(качественнаяиливысококачественнаястальтребуется в конкретном случае).С использованием «Марочника сталей и сплавов» следует провестипоиск низколегированной стали с повышенным содержанием углерода(0,55…0,60%), способной прокаливаться в масле на глубину не менее12 мм.Стали с повышенным содержанием углерода, как известно,представлены в группе пружинных и в группе инструментальных сталей.Поскольку в работе топора используются ударные нагрузки и решающеезначение имеет высокая износостойкость рабочей кромки, поиск нужноймарки должен быть проведен именно среди инструментальных сталей, длякоторых эти факторы – важнейшие эксплуатационные параметры.Посочетаниютребований,сформулированныхнаэтапе2(содержание углерода в диапазоне 0,55…0,60% и небольшое количестволегирующихэлементов),подходитнесколькосталейразличногоназначения.
Наиболее типичные стали этой группы представлены втаблице 2.3: сталь 6ХС, используемая для рубильных ножей ипневматических зубил, сталь 6ХВГ (для пуансонов и штампов), сталь 60ХГ(для прокатных валков). Очевидно, что валковые стали для топораприменять не стоит, так как они не предназначены для ударногонагружения.Анализируя данные, приведенные в таблице 2.3, можно сделатьвывод, что из двух указанных штамповых сталей (6ХС и 6ХВГ)предпочтение следует отдать стали 6ХС, как более экономно легированной(что важно для массового производства), не содержащей дефицитныйвольфрам.
Эта сталь, как следует из «Марочника сталей и сплавов»,применяется именно для изготовления ударного инструмента, онагарантирует возможность получения при закалке требуемого уровня33твёрдости 53…56 HRC и может выдерживать ударные нагрузки до21Дж/см2 при температурах до –60 оС.Сведения о прокаливаемости в масле для этой стали в «Марочнике»отсутствуют, поэтому допустимо использовать эту характеристику сталитакой же системы легирования, но с меньшим содержанием углерода33ХС.
Очевидно, что по прокаливаемости сталь 6ХС безусловно будетудовлетворять требованиям задачи. Аналогичное решение можно найти ипо стали 6ХВГ.Таблица 2.3Свойства и применение выбранных сталейМаркаПрокаливаемость вМаксимальнаясталимасле, ммтвёрдость послеТипичное применениезакалки, HRC60ХГ34-6857Рабочие валки для горячейпрокатки металловПневматические зубила,нет сведений (для6ХСстали 33ХС – 30)58-59рубильные ножи, штампы дляхолодной обработкидавлением6ХВГнет сведений (длястали ХВГ – 15-70)Пуансоны сложной формы57для холодной обработкидавлениемТаким образом, с использованием «Марочника сталей и сплавов»выбрана сталь 6ХС, которая по уровню достигаемой твёрдости и попрокаливаемости в масле вполне удовлетворяет требованиям задания.
Еёхимический состав по основным компонентам приведён в таблице 2.4.34Таблица 2.4Химический состав стали 6ХС (% по массе)СSiMnCrSP0,60-0,700,60-1,000,15-0,401,00-1,30< 0,03< 0,03Следует отметить, что эта сталь достаточно высокого качества:содержание примесей серы и фосфора в ней не более 0,03% (каждогоэлемента), что имеет значение для надёжной работы изделия при ударномнагружении, особенно в условиях низких температур (до –60°C).Зная точный химический состав стали, можно приступить кразработкережимаеёупрочняющейтермическойобработкиприменительно к конкретному изделию – заданному строительномутопору.ЭТАП4.Разработкарежимаупрочняющейтермическойобработки выбранной стали в соответствии с требованиями задания.Путь реализации в стали требуемых свойств в общем виде был определёнуже на стадии анализа условий работы изделия (этап 1): типичныерешения,каказотирования,правило,улучшения,предполагаютзакалкипроведениеопределённойцементации,зоныдеталинамаксимальную твёрдость или их комбинацию.
На этом этапе необходимоопределитьконкретныережимыпроведениякаждойоперацииупрочняющей обработки, обосновать условия их выбора и подтвердить ихсоответствие требованиям задания.В соответствии с заданием к свойствам материала топорапредъявляются весьма сложные требования. Рабочая часть лезвия должнаиметь высокую твёрдость для обеспечения износостойкости, а остальнаячасть лезвия и обух должны быть устойчивы против ударного нагружения,т.е. иметь определённый уровень и прочности, и пластичности.
Очевидно,35что подобное сочетание свойств в одном изделии представляет собойсложную технологическую задачу.применениякомбинированнойЕё можно решить только путемтермическойобработки.Сначаланеобходимо для всего изделия подобрать вариант объёмной закалки иотпуска, обеспечивающий получение требуемой твердости менее 45 HRC(т.е. создать запас вязкости сердцевины обуха), а затем только для рабочейчасти лезвия выполнить закалку, применяя местный индукционный нагревсиспользованиемтоковвысокойчастоты(ТВЧ).ТВЧ–закалкаотносительно легко вписывается в автоматизированное производство, чтосущественно сказывается на себестоимости изделия и вполне реализуемо вусловиях массового производства [3].Для разработки этих режимов упрочняющей термической обработкив качестве ориентиров нужны значения критических точек выбраннойстали 6ХС, которая относится к группе доэвтектоидных.
Эти сведенияпредставлены в марочнике и приведены в таблице 2.5.Таблица 2.5Критические точки стали 6ХСАС1АС3МН770°С830°С250°СДоэвтектоидные стали подвергают, как известно [2], полной закалке итемпературу нагрева под закалку определяют исходя из соотношения:tнагрева = Ас3 + (30…50) °СДля стали 6ХС это соотношение даёт расчётную оптимальнуютемпературу закалки 860…880°С.
В «Марочнике» представлены свойстваэтой стали для варианта закалки 840…860°С, что вполне приемлемо ибудет далее рассматриваться в качестве ориентира. Учитывая, чтовыбранная сталь 6ХС – легированная, а закаливаемая деталь имеетсложную форму, охлаждение при проведении закалки следует проводить в36масле. Такую же рекомендацию находим и марочнике. В итоге такойзакалки гарантируется получение структуры мартенсита и высокойтвёрдости на уровне ≥ 57 НRC.Примечание: Из-за повышенного содержания углерода в данной стали призакалке кроме получения мартенсита в принципе есть небольшая вероятностьсохранения также остаточного аустенита. Однако температура начала мартенситногопревращения в ней Мн = 250°С (см.
табл. 2.5) – достаточно высокая, поэтому очевидно,что значимого количества остаточного аустенита в этой стали не должно быть иобработку холодом после закалки проводить нет необходимости.Любая закаленная стальная деталь из-за быстрого охлаждения имеетвысокий уровень закалочных (остаточных) напряжений. Это же касается иобъёмной закалки топора, учитывая явную разнотолщинность разных зонэтого изделия. Поэтому отпуск должен проводиться сразу после закалки(не позднее 1…2 часов) во избежание коробления или растрескиванияизделия.
По условиям задания твердость обуха топора в зоне креплениярукоятки должна быть не более 45 HRC, что будет гарантироватьнеобходимый запас пластичности и сопротивление ударным нагрузкам.Очевидно, что обе цели (понижение закалочных напряжений и снижениезакалочной твёрдости до нужного уровня) достигаются одновременноточным выбором режима отпуска закалённой стали [2].Режимотпускабылвыбранвсоответствиисданными,приведёнными в марочнике.
Влияние температуры отпуска стали 6ХС наеё механические свойства представлены в таблице 2.6 (закалка при840…860°С).Как следует из данных, приведенных в таблице 2.6, получениетвёрдости менее 45 HRC должен гарантировать отпуск стали 6ХС притемпературе > 500°C.Таким образом, в соответствии с требованиемзадания для получения нужного уровня твёрдости можно рекомендоватьотпуск при 520…540°С.
Такой отпуск называется высоким; он полностьюснимает закалочные напряжения и обеспечивает в сталях распад37мартенсита с образованием дисперсной смеси феррита и цементита,получившей название «сорбит отпуска».Существенно, что показателипластичности и ударной вязкости стали при таком отпуске заметноповышаются и оказываются на хорошем уровне. Это очень важно,учитывая ударный характер работы изделия.Таблица 2.6Влияние температуры отпуска на механические свойства стали 6ХСТемпературавотпуска, °С0,2δМПаψKCU,Дж/см2%HRC200-20602--56300208019103202454400191017604252052500140012508303945В марочнике нет прямых сведений относительно склонности стали6ХС к обратимой отпускной хрупкости, которая проявляется во многихсталях как раз после отпуска в диапазоне температур 500…600 °С.Поэтому следует проанализировать другие стали аналогичной системылегирования.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
