Технология производства и потребительские свойства прутков и полос из быстрорежущей стали
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ
УО «БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЭКОНОМИЧЕСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ»
Кафедра технологии важнейших отраслей промышленности
ИНДИВИДУАЛЬНАЯ РАБОТА
на тему: «Технология производства и потребительские свойства прутков и полос из быстрорежущей стали»
Студент
(подпись)
(дата)
Проверил
(подпись)
(дата)
МИНСК 2014
СОДЕРЖАНИЕ ИНДИВИДУАЛЬНОЙ РАБОТЫ
РЕФЕРАТ
ВВЕДЕНИЕ
1. Применение описываемого товара в сфере производства и потребления. 4
2. Классификационные
признаки описываемого товара.
3. Потребительские
свойства описываемого товара.
4. Технология производства
описываемого товара и ее
5. Нормативно-техническая документация
на описываемый товар, нормируемые показатели
качества в соответствии с требованиями
стандартов.
6. Контроль качества товара. Нормативно-техническая документация на правила приемки, испытания, хранения и эксплуатации товара. 17
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
РЕФЕРАТ
Работа содержит: 21 страницу, 9 таблиц, 2 рисунка, 1 блок-схему.
Ключевые слова: быстрорежущая сталь, технология производства, показатели качества, потребительские свойства, химический состав, контроль качества, стандарты.
Изучена товарная продукция в виде прутков и полос из быстрорежущей стали, применение их в производстве и потреблении.
Определены потребительские свойства быстрорежущей стали. При изучении и описании технологии производства прутков и полос из быстрорежущей стали дана характеристика основным стадиям производства, разработана и приведена блок-схемы производства прутков и полос из быстродействующей стали, выявлено влияние технологии, сырья на качество продукции.
Для определения
нормируемых показателей
Изучены вопросы
контроля качества данной позиции, правила приемки,
транспортирования и хранения готовой
продукции. Использовано
ВВЕДЕНИЕ
Прутки и полосы из быстрорежущей стали – представляют высоколегированные теплостойкие стали, широко применяемые для изготовления режущих инструментов, работающих в условиях значительного силового нагружения и разогрева режущих кромок. Своё название стали получили потому, что изготовленный из них инструмент может работать при высоких скоростях резания, не теряя твёрдости.
Отличительной особенностью данных изделий из быстрорежущих сталей является их высокая теплостойкость (600-650 °С) в сочетании с высокой твёрдостью (64-71 HRC), износостойкостью и повышенным сопротивлением пластической деформации.
Из истории известно, что в результате развития производственных сил, для обточки деталей из дерева, цветных металлов, мягкой стали резцы из обычной твердой стали были вполне пригодны, но при обработке стальных деталей резец быстро разогревался, скоро изнашивался и деталь нельзя было обтачивать со скоростью больше 5 м/мин.
Барьер этот удалось преодолеть после того, как в 1858 году Р. Мюшетт получил сталь, содержащую 1,85 % углерода, 9 % вольфрама и 2,5 % марганца. Спустя десять лет Мюшетт изготовил новую сталь, получившую название самокалки. Она содержала 2,15 % углерода, 0,38 % марганца, 5,44 % вольфрама и 0,4 % хрома. Через три года на заводе Самуэля Осберна в Шеффилде началось производство мюшеттовой стали. Она не теряла режущей способности при нагревании до 300 °C и позволяла в полтора раза увеличить скорость резания металла — 7,5 м/мин.
Спустя сорок лет на рынке появилась быстрорежущая сталь американских инженеров Тэйлора и Уатта. Резцы из этой стали допускали скорость резания до 18 м/мин. Эта сталь стала прообразом современной быстрорежущей стали Р18.
Еще через 5—6 лет появилась, сверхбыстрорежущая сталь, допускающая скорость резания до 35 м/мин. Так, благодаря вольфраму было достигнуто повышение скорости резания за 50 лет в семь раз и, следовательно, во столько же раз повысилась производительность металлорежущих станков.
Дальнейшее успешное использование вольфрама нашло себе применение в создании твердых сплавов, которые состоят из вольфрама, хрома, кобальта. Были созданы такие сплавы для резцов, как стеллит. Первый стеллит позволял повысить скорость резания до 45 м/мин при температуре 700—750 °C. Сплав вида, выпущенный Круппом в 1927 году, имел твердость по шкале Мооса 9,7—9,9 (твердость алмаза равна 10).
В 1970-х годах в связи с
- ПРИМЕНЕНИЕ ОПИСЫВАЕМОГО ТОВАРА В СФЕРЕ ПРОИЗВОДСТВА И ПОТРЕБЛЕНИЯ
Прутки и полосы из быстроре́жущей ста́ли представляют собой легированные стали, предназначенные, главным образом, для изготовления металлорежущего инструмента, работающего при высоких скоростях резания.
Полосы и прутки из
быстрорежущей стали
Данный вид стали чаще всего используется для изготовления режущих инструментов. Инструментальная быстрорежущая сталь сочетает в себе при повышенных температурах высокую износостойкость, теплоустойчивость (в зависимости от обработки и состава 600 - 650оС) с высокой твердостью и повышенное сопротивление пластической деформации.
Применение быстрорежущих сталей в качестве материала для режущих инструментов позволяет увеличить скорость резания в 2-4 раза и стойкость инструмента в 10-40 раз по сравнению с инструментальными сталями, не обладающими теплостойкостью.
Уступая твёрдым сплавам по теплостойкости и твёрдости, быстрорежущие стали превосходят их по прочности и вязкости. Кроме того, в отличие от твёрдых сплавов быстрорежущие стали можно обрабатывать резанием.
Помимо своего основного
назначения быстрорежущие стали
применяются также для
Из быстрорежущей стали изготавливают в основном концевой инструмент (метчики, свёрла, фрезы небольших диаметров) В токарной обработке резцы со сменными и напайными твердосплавными пластинами почти полностью вытеснили резцы из быстрорежущей стали.
По применению
отечественных марок
Кобальтовые быстрорежущие стали (Р9К5, Р9К10) применяют для обработки деталей из труднообрабатываемых коррозионно-стойких и жаропрочных сталей и сплавов, в условиях прерывистого резания, вибраций, недостаточного охлаждения.
Вольфрамомолибденовые стали (Р9М4, Р6М3) используют для инструментов, работающих в условиях черновой обработки, а также для изготовления протяжек, долбяков, шеверов, фрез.
2. КЛАССИФИКАЦИОННЫЕ ПРИЗНАКИ ОПИСЫВАЕМОГО ТОВАРА
Сталь инструментальная
быстрорежущая может
В зависимости от содержания легирующих компонентов различают быстрорежущие стали умеренной (при содержании ванадия до 2%) и повышенной (при высоком содержании ванадия и углерода, азота или дополнительном легировании кобальтом) красностойкости.
В соответствии
с ГОСТ 19265-73 сталь изготовляется в виде прутков
и полос. По форме, размерам и предельным
отклонениям сталь должна соответствовать
требованиям:
- горячекатаная круглого и квадратного
сечения – ГОСТ 2590-88 и ГОСТ 2591-88;
- кованая – ГОСТ 1133-71;
- полосовая – ГОСТ 4405-75;
- калиброванная – ГОСТ 7417-75;
- сталь со специальной отделкой поверхности
– ГОСТ 14955-77 диаметром от 1 до 25 мм включительно.
Металлопродукция подразделяется
по макроструктуре и карбидной неоднородности
на группы:
I группа (диаметр или толщина от 80 до 200
мм);
II группа (диаметр или толщина до 150 мм);
По способу дальнейшей обработки
на подгруппы:
а – для горячей обработки давлением;
б – для холодной механической обработки.
В соответствии с ТНВЭД Таможенного союза код данного товара 7227 10 000 0, 7228 10 200 0, 7228 10 500 0, 7228 10 900 0 –
Раздел XV «Недрагоценные металлы и изделия из них»
Группа 72 «Черные металлы»
Позиция 7227 «Прутки горячекатаные, в свободно смотанных бухтах, из прочих легированных сталей»
Субпозиция 7227 10 000 0 «Из быстрорежущей стали»
А также:
Позиция 7228 «Прутки из прочих легированных сталей прочие; уголки, фасонные и специальные профили, из прочих легированных сталей; прутки пустотелые для буровых работ из легированной или нелегированной стали»
Субпозиция 7228 10 «Прутки из быстрорежущей стали»
Судсубпозиция 7228 10 200 0 «Без дальнейшей обработки, кроме горячей прокатки, горячего волочения или экструдирования; горячекатаные, горячетянутые или экструдированные, без дальнейшей обработки, кроме плакирования»
7228 10 500 0 «Кованные»
7228 10 900 0 «Прочие»
В соответствии с ОКП РБ код товара 27.10.50.100; 27.10.50.200 -
Секция D «Продукция перерабатывающей промышленности»
Подсекция DJ «Металлы основные и готовые металлические изделия»
Раздел 27 «Металлы основные»
Группа 27.1 «Основные черные металлы: железо, чугун, сталь и ферро-сплавы»
Класс 27.10 «Основные черные металлы: железо, чугун, сталь и ферро-сплавы»
Категория 27.10.5 «Прокат плоский и прутки горячекатаные из быстрорежущей стали»
Подкатегория 27.10.50 «Прокат плоский и прутки горячекатаные из быстрорежущей стали»
Вид 27.10.50.100 «Прокат плоский (листы, пластины, ленты) горячекатаный из быстрорежущей стали»
27.10.50.200 «Прутки горячекатаные и кованые из быстрорежущей стали»
3. ПОТРЕБИТЕЛЬСКИЕ СВОЙСТВА ОПИСЫВАЕМОГО ТОВАРА
Прутки и полосы из быстрорежущей стали обладают следующими свойствами:
- Горячая твердость.
Данный показатель характеризует, какую температуру сталь может выдержать.
На рисунке 3.1 приведены кривые, характеризующие твердость углеродистой и быстрорежущей сталей при повышенных температурах испытаний.
Рисунок 3.1. Твердость
быстрорежущей стали при
При нормальной температуре твердость углеродистой стали даже несколько выше твердости быстрорежущей стали. Однако, в процессе работы режущего инструмента, происходит интенсивное выделение тепла. При этом до 80% выделившегося тепла уходит на разогрев инструмента. Вследствие повышения температуры режущей кромки начинается отпуск материала инструмента и снижается его твердость.
После нагрева до 200°C твердость углеродистой стали начинает быстро падать. Для этой стали недопустим режим резания, при котором инструмент нагревался бы выше 200°C. У быстрорежущей стали высокая твердость сохраняется при нагреве до 500—600°C. Инструмент из быстрорежущей стали более производителен, чем инструмент из углеродистой стали.
- Красностойкость
Если горячая твердость характеризует то, какую температуру сталь может выдержать, то красностойкость характеризует, сколько времени сталь будет выдерживать такую температуру. То есть насколько длительное времязакаленная и отпущенная сталь будет сопротивляться разупрочнению при разогреве.
Существует несколько характеристик красностойкости. Приведем две из них.
Первая характеристика показывает, какую твердость будет иметь сталь после отпуска при определенной температуре в течение заданного времени.
Второй способ охарактеризовать красностойкость основан на том, что интенсивность снижения горячей твердости можно измерить не только при высокой температуре, но и при комнатной так как кривые снижения твердости при высокой температуре и комнатной идут эквидистантно, а измерить твердость при комнатной температуре, разумеется, гораздо проще, чем при высокой. Опытами установлено, что режущие свойства теряются при твердости 50 HRC при температуре резания, что соответствует примерно 58 HRC при комнатной. Отсюда красностойкость характеризуется температурой отпуска, при которой за 4 часа твердость снижается до 58 HRC (обозначение K4р58).
Сопротивление разрушению
Кроме «горячих» свойств от материала для режущего инструмента требуются и высокие механические свойства; под этим подразумевается сопротивление хрупкому разрушению, так как при высокой твердости (более 60 HRC) разрушение всегда происходит по хрупкому механизму. Прочность таких высокотвердых материалов обычно определяют как сопротивление разрушению при изгибе призматических, не надрезанных образцов, при статическом (медленном) и динамическом (быстром) нагружении. Чем выше прочность, тем большее усилие может выдержать рабочая часть инструмента, тем большую подачу и глубину резания можно применить, и это увеличивает производительность процесса резания.
Химический состав быстрорежущих сталей приведен в таблице 3.2:
Таблица 3.2. Химический состав некоторых быстрорежущих сталей
Марка стали |
C |
Cr |
W |
Mo |
V |
Co |
Р0М2Ф3 |
1,10—1,25 |
3,8—4,6 |
— |
2,3—2,9 |
2,6—3,3 |
— |
Р6М5 |
0,82—0,90 |
3,8—4,4 |
5,5—6,5 |
4,8—5,3 |
1,7—2,1 |
< 0,50 |
Р6М5Ф2К8 |
0,95—1,05 |
3,8—4,4 |
5,5—6,6 |
4,6—5,2 |
1,8—2,4 |
7,5—8,5 |
Р9 |
0,85—0,95 |
3,8—4,4 |
8,5—10,0 |
< 1,0 |
2,0—2,6 |
— |
Р18 |
0,73—0,83 |
3,8—4,4 |
17,0—18,5 |
< 1,0 |
1,0—1,4 |
< 0,50 |
Пример обозначение стали: быстрорежущая сталь (Р), следующая далее цифра — в десятых долях процента содержание вольфрама, легированная кобальтом или молибденом (К и М соответственно).
4. ТЕХНОЛОГИЯ
ПРОИЗВОДСТВА ОПИСЫВАЕМОГО
Быстрорежущие стали изготавливают как классическим способом (разливка стали в слитки, прокатка и проковка), так и методами порошковой металлургии (распыление струи жидкой стали азотом). Качество быстрорежущей стали в значительной степени определяется степенью ее прокованности. При недостаточной проковке изготовленной классическим способом стали наблюдается карбидная ликвация.
Высокую твердость и теплостойкость при удовлетворительной прочности и вязкости инструменты из быстрорежущих сталей приобретают после закалки и многократного отпуска.
Закалка. При нагреве под закалку необходимо обеспечить максимальное растворение в аустените труднорастворимых карбидов вольфрама, молибдена и ванадия. Такая структура увеличивает прокаливаемость и позволяет получить после закалки высоколегированный мартенсит с высокой теплостойкостью. Поэтому температура закалки очень высокая и составляет 1200–1300 °С (см. табл. 4.1.).
Таблица 4.1. Оптимальные режимы термообработки основных марок быстрорежущих сталей
Марка стали |
Твердость НВ в состоянии поставки (не более) |
Закалка |
Отпуск |
Свойства после окончательной термообработки | |||||||
Тз, °С |
Тотп, °С |
Твердость HRCЭ |
s изг, МПа |
KCU, Дж/см2 |
Теплостойкость, °С (HRCЭ 58) | ||||||
Стали нормальной производительности | |||||||||||
Р9 |
255 |
1 230–1260 |
560 |
62–65 |
2800–3100 |
30–35 |
620 | ||||
Р18 |
255 |
1270–1290 |
560 |
62–65 |
2700–3000 |
28–30 |
620 | ||||
Р6М5 |
255 |
1200–1230 |
540–560 |
63–64 |
3200–3600 |
38–40 |
620 | ||||
Р8М3* |
255 |
1220–1240 |
560 |
63–64 |
3100–3300 |
35–38 |
625 | ||||
11Р3АМ3Ф2 |
255 |
1180–1210 |
540–580 |
63–64 |
3400–3800 |
32–40 |
620 | ||||
Стали повышенной производительности | |||||||||||
Р12Ф3 |
269 |
1230–1270 |
550–570 |
63–65 |
2500–2900 |
25–28 |
630 | ||||
Р9К5 |
269 |
1220–1250 |
550–570 |
64–65 |
2300–2700 |
22–30 |
630 | ||||
Р6М5Ф3 |
269 |
1200–1240 |
540–560 |
63–66 |
2700–3100 |
20–25 |
625 | ||||
Р6М5К5 |
269 |
1210–1240 |
550–570 |
65–66 |
2600–2900 |
24–28 |
630 | ||||
Стали высокой производительности | |||||||||||
Р12Ф4К5 |
285 |
1230–1260 |
550–560 |
66–67 |
2600–2700 |
20–22 |
640 | ||||
Р9М4К8 |
285 |
1210–1240 |
550–560 |
66–68 |
2300–2500 |
18–20 |
640 | ||||
Р2АМ9К5 |
285 |
1190–1220 |
550–560 |
66–68 |
1600–1900 |
20–22 |
635 | ||||
В11М7К23 |
330 |
1290–1320 |
580–600 |
68–70 |
2300–2600 |
10–12 |
720 | ||||
В4М12К23 |
321 |
1290–1320 |
580–600 |
68–69 |
2400–2700 |
13–15 |
720 | ||||
Для предотвращения образования трещин и деформации инструмента из–за низкой теплопроводности сталей нагрев под закалку проводят с одним или двумя подогревами в расплавленных солях: первый — при 400–500 °С, второй — при 800–850 °С. Окончательный нагрев также проводят в соляной ванне (BaCl2) c очень малой выдержкой при Тз: 10–12 с на 1мм толщины инструмента из сталей типа «Р» и 30–60 с для сталей типа В11М7К23. Это позволяет избежать роста аустенитного зерна (не крупнее № 10), окисления и обезуглероживания.
Инструменты простой формы закаливают в масле, а сложной — в растворах солей (KNO3) при 250–400 °С.
После закалки структура быстрорежущей стали состоит из высоколегированного мартенсита, содержащего 0,3–0,4 % С, не растворенных при нагреве избыточных карбидов, и около 20–30 % остаточного аустенита. Последний снижает твердость, режущие свойства инструмента, ухудшает шлифуемость, и его присутствие нежелательно.
Отпуск. При многократном отпуске из остаточного аустенита выделяются дисперсные карбиды, легированность аустенита уменьшается, и он претерпевает мартенситное превращение. Обычно применяют трехкратный отпуск при 550–570 °С в течение 45–60 мин. Режим термической обработки инструмента из быстрорежущей стали Р18 приведен на рис. 4.2.
Рис. 4.2 Режимы термической обработки инструмента из стали Р18:
а) закалка и трехкратный отпуск; б) закалка, обработка холодом, отпуск
Число отпусков может быть сокращено при обработке холодом после закалки, в результате которой уменьшается содержание остаточного аустенита. Обработке холодом подвергают инструменты сравнительно простой формы. Твердость после закалки HRCЭ 62–63, а после отпуска она увеличивается до HRCЭ 63–65.
Поверхностная обработка. Для дальнейшего повышения твердости, износостойкости и коррозионной стойкости поверхностного слоя режущих инструментов применяют такие технологические операции, как цианирование, азотирование, сульфидирование, обработку паром и другие технологии поверхностного упрочнения. Их выполняют после окончательной термообработки, шлифования и заточки инструментов.
Блок схема 4.3. Принципиальная блок-схема процесса производства изучаемой продукции.
5. НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ДОКУМЕНТЫ НА ОПИСЫВАЕМЫЙ ТОВАР, НОРМИРУЕМЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА В СООТВЕТСТВИИ С ТРЕБОВАНИЯМИ НОРМАТИВНОТЕХНИЧЕСКОЙ ДОКУМЕНТАЦИИ.
Для изготовления прутков и полос из быстрорежущей стали используется ГОСТ 19265-73. Данный стандарт распространяется на горячекатаные, кованные, калиброванные прутки и полосы, прутки со специальной отделкой поверхности (далее – металлопродукция), в части норм химического состава – на лист, ленту, поковки, штамповки и другие виды металлопродукции из быстрорежущей стали.
Марки и химический состав по плавочному анализу должны соответствовать указанным в табл. 5.1:
Таблица 5.1. Соответствие требованиям по химическому составу
При этом в готовой продукции допускаются отклонения по химическому составу, указанные в табл. 5.2.
Таблица 5.2. Допустимые отклонения готовой продукции по химическому составу
Технические требования
Твердость стали в отожженном состоянии, твердость образцов после закалки и отпуска, температура закалки и отпуска должны соответствовать значениям, указанным в табл. 5.3:
Таблица 5.3. Соответствие твердости
По требованию потребителя сталь марок Р12Ф3, Р9К5, Р6М5Ф3, Р6М5К5 изготавливают с твердостью, не превышающей 255 НВ (диаметр отпечатка не менее 3,8 мм), сталь марок Р18К5Ф2, Р9М4К8 – с твердостью, не превышающей 269 НВ (диаметр отпечатка не менее 3,7 мм).
В макроструктуре стали не допускаются: подусадочная рыхлость, расслоение, пузыри, включения и трещины.
Допускаются дефекты макроструктуры, не превышающие значений, указанных в табл. 5.4
Таблица 5.4. Допустимые дефекты макроструктуры
Карбидная неоднородность не должна превышать значений, приведенных в табл. 5.5.
Таблица 5.5. Допустимые значения карбидной неоднородности
Карбидная неоднородность полосы должна соответствовать карбидной неоднородности квадратного профиля с равновеликой площадью поперечного сечения.
В прутках со специальной отделкой поверхности марок Р6М5, Р6М5Ф3, 11РЗАМ3Ф2, Р9К5, Р6М5К5, Р2АМ9К5 скопление «угловатых» карбидов не допускаются. Допускаются единичные «угловатые» карбиды, встречающиеся в отдельных полях зрения.
Глубина обезуглероженного слоя горячекатаной, кованой и калиброванной сталей не должна превышать на сторону:
- 0,3 мм плюс 2% от диаметра или толщины – для диаметров или толщин до 20 мм;
- 0,5 мм плюс 1% от диаметра или толщины – для диаметров или толщин свыше 20 мм;
На прутках со специальной отделкой поверхности обезуглероженный слой не допускается.
Концы прутков и полос должны быть ровно обрезаны или обрублены, без заусенцев и стружки.
Длина смятых концов не должна превышать:
- 1,5 диаметра или толщины – для металлопродукции диаметром или толщиной до 10мм;
- 40 мм – для металлопродукции диаметром или толщиной свыше 10 до 60 мм;
- 60 мм – для металлопродукции диаметром или толщиной свыше 60 мм.
На поверхности прутков и полос подгруппы а не должно быть раскатанных пузырей, загрязнений, трещин напряжения и шлифовочных, закатов и заковов, прокатных плен. Дефекты должны быть удалены пологой вырубкой или зачисткой, глубина которой не должна превышать допуска на размер. Допускаются без зачистки отдельные мелкие риски, рябизна, отьпечатки и другие дефекты механического происхождения глубиной, не превышающей половины допуска на размер.
На поверхности прутков и полос подгруппы б допускаются дефекты, если глубина их, определенная контрольной запиловкой, не превышает норм, глубины обезуглероженного слоя.
Поверхность калиброванной стали должна соответствовать требованиям ГОСТ 1051-73, стали со специальной отделкой поверхности – группам В, Г, Д ГОСТ 14955-77. Группа отделки поверхности должна указываться в заказе.
Величина зерна аустенита стали после закалки должна соответствовать указанной в табл. 5.6.
Таблица 5.6. Показатели величины зерна аустенита
6. КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА ТОВАРА. ТРЕБОВАНИЯ НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИХ ДОКУМЕНТОВ НА ПРАВИЛА ПРИЕМКИ. ХРАНЕНИЯ, ИСПЫТАНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ТОВАРА
Правила приемки.
Металлопродукцию принимают партиями.
Партия должна состоять из металлопродукции одной плавки, одной группы, одного размера, одной подгруппы и одинакового режима термической обработки.
Каждая партия сопровождается документом о качестве в соответствии с требованиями ГОСТ 7566-94.
Качество поверхности проверяют на всех прутках и полосах партии.
Для проверки химического состава отбирают одну пробу от плавки, от партии прутков или полос – один пруток или полосу.
Для проверки размеров – 10% прутков, полос от партии, но не менее 5 шт.
Для контроля твердости отожженной стали:
для металлопродукции диаметром или толщиной до 30 мм отбирают 2 прутка или 2 полосы от 1 т., но не менее восьми прутков или полос от партии; для металлопродукции диаметром или толщиной свыше 30 мм – 15% прутков от партии, но не менее пяти штук или две полосы от 1 т., но не менее пяти полос от партии.
