Власова Сапронов Ховова_МТ8_Метод указания к ДЗ по материаловедению (839699), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Сиспользованием«Марочникасталейисплавов»[1]былипроанализированы углеродистые конструкционные качественные стали,отличающиесятолькоконцентрациейуглерода;сопоставлялимаксимальную твёрдость, которую можно получить в них при закалке.Такие сведения для большинства сталей можно найти в соответствующихтаблицах прокаливаемости, если ориентироваться на минимальноерасстояние от торца образца (обычно это 1,5 мм). Одновременно отмечаливозможный уровень прокаливаемости этих углеродистых сталей в масле,поскольку сложная геометрия топора диктует необходимость соблюденияплоскостности его рабочей зоны, а, значит, исключает применение при31закалке резкого охлаждения в воде.
Данные проведённого анализапредставлены в таблице 2.2.Таблица 2.2Твердость и прокаливаемость углеродистых сталей в зависимости отсодержания в них углеродаПрокаливаемость в%С в сталиHRC после закалки0,450,5…588…150,4550,5…596…120,5554…639…16Изпредставленныхданныхможномасле, ммсделатьследующиепредварительные выводы:1)сталь, предназначенная для изготовления топора, должнасодержать не менее 0,55 % углерода, что должно гарантировать получениев рабочем лезвии необходимого уровня твёрдости после упрочняющейтермической обработки;2)подходит,углеродистая сталь для изготовления данного топора явно непоскольку втакомслучаенегарантируетсясквознаяпрокаливаемость стали в масле в максимальном сечении в зоне обуха(задано 12 мм);3)сталь для заданного изделия может быть легирована весьманебольшим количеством легирующих элементов, поскольку уровеньпрокаливаемости углеродистой стали в масле уже близок к требуемому (всреднем около 10 мм).
Учитывая возможное массовое производствотопоров – это должны быть недорогие легирующие компоненты,например, кремний и хром, количество которых, по-видимому, может бытьне более 1% [2].32Такимизготовленияобразом,проведенныйстроительноготопораанализпоказывает,целесообразночтодляиспользоватьнизколегированную сталь с содержанием углерода (0,55…0,60%). Сучётом этого вывода на следующем этапе выполнения задания былпроведён поиск конкретной марки стали.Вопросы для самопроверки:1) Какова роль содержания углерода в эффективности упрочняющейтермической обработки сталей?2) Почему углеродистые стали имеют пониженную прокаливаемость?3) Какими способами можно увеличить прокаливаемость сталей, и какиеиз них предпочтительнее для деталей машин?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. Привыборе марки стали важно учитывать также характер производстваизделия (наличие или отсутствие дефицитных компонентов), степень егоответственности(качественнаяиливысококачественнаястальтребуется в конкретном случае).С использованием «Марочника сталей и сплавов» был проведёнпоиск низколегированной стали с повышенным содержанием углерода33(0,55…0,60%), способной прокаливаться в масле на глубину не менее 12мм.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 провели именно среди инструментальных сталей, для которых этифакторы – важнейшие эксплуатационные параметры.По сочетанию требований, изложенных выше (содержание углеродав диапазоне 0,55…0,60% и небольшое количество легирующих элементов),подходит несколько сталей различного назначения.
Наиболее типичныесталиэтойгруппыпредставленывтаблице2.3:сталь6ХС,использующаяся для рубильных ножей и пневматических зубил, сталь6ХВГ (для пуансонов и штампов), сталь 60ХГ (для прокатных валков).Очевидно, что валковые стали для топора применять не стоит, т.к. они непредназначены для ударного нагружения.Таблица 2.3МаркаПрокаливаемость всталимасле, мм60ХГ34-68Максимальнаятвёрдость послеТипичное применениезакалки, HRC57Рабочие валки для горячейпрокатки металловПневматические зубила,6ХСнет сведений (длястали 33ХС – 30)58-59рубильные ножи, штампы дляхолодной обработкидавлением6ХВГнет сведений (длястали ХВГ – 15-70)Пуансоны сложной формы57для холодной обработкидавлением34Поэтому из двух указанных штамповых сталей предпочтение следуетотдать стали 6ХС, как более экономнолегированной (что важно длямассового производства), не содержащей дефицитный вольфрам.
Этасталь, как следует из «Марочника сталей и сплавов», применяется именнодля изготовления ударного инструмента, она гарантирует возможностьполучения при закалке требуемого уровня твёрдости 53…56 HRC и можетвыдерживать ударные нагрузки до 21Дж/см2 при температурахдо -60оС.Сведения о прокаливаемости в масле для этой стали в «Марочнике»отсутствуют, поэтому допустимо использовать такую характеристикустали такой же системы легирования, но с меньшим содержанием углерода33ХС. Очевидно, что по прокаливаемости сталь 6ХС безусловно будетудовлетворять требованиям задачи.
Аналогичное решение нашли и постали 6ХВГ.Таким 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.Таблица 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).Имея точный химический состав стали, можно приступить кразработкережимаеёупрочняющейтермическойобработки35применительно к конкретному изделию – заданному строительномутопору.Вопросы для самопроверки:1) По каким критериям выбрана марка стали для изготовления изделия?2) Каким образом должен учитываться характер производства изделия привыборе марки стали?3) Какие признаки положены в основу классификации сталей по качеству?4) Сталь какого качества предпочтительнее для изготовления заданногоизделия?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 соответствиис 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,что подобное сочетание свойств в одном изделии представляет собойсложную технологическую задачу. Её решить можно, только применяя36комбинированную термическую обработку. Сначала необходимо для всегоизделия подобрать вариант объёмной закалки и отпуска, обеспечивающийполучение требуемой твердости менее 45 HRC (т.е. создать запас вязкостисердцевины обуха), а затем только для рабочей части лезвия выполнитьзакалку с применения местного индукционного нагрева с использованиемтоковвысокойчастоты(ТВЧ).ТВЧ–закалкаотносительнолегковписывается в автоматизированное производство, что существенносказывается на себестоимости изделия и вполне реализуемо в условияхмассового 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 вмасле.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
