Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Маркировка сталей и чугунов

Оглавление

1 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛИ 4

1.1 Анализ условий работы и требования, предъявляемые шаберу 4

1.2 Характеристика стали У7 6

1.3 Разработка технологического процесса термической обработки 9

2 МАРКИРОВКА СТАЛЕЙ И ЧУГУНОВ 15

2.1 Стали 15

2.2 Чугуны 20

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 22

1 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛИ

1.1 Анализ условий работы и требования, предъявляемые шаберу

Шабрение – это окончательная слесарная операция, заключающаяся в соскабливании очень тонких слоев материала с поверхности заготовки с помощью режущего инструмента – шабера.

Шабрение применяется в тех случаях, когда необходимо обработать поверхности с очень малой шероховатостью.

Как правило, шабрению подвергаются сопрягаемые поверхности, перемещающиеся друг относительно друга (трущиеся поверхности).

С его помощью достигается плотное прилегание сопрягаемых поверхностей, надежное удерживание смазки между трущимися поверхностями и точные размеры деталей.

Шабрением обрабатываются как плоские, так и криволинейные поверхности (например, направляющие станков), поверхности подшипников скольжения, детали приборов, а также поверхности различных инструментов и приспособлений (например, поверочные плиты, угольники, линейки).

За один проход шабер может удалить с поверхности заготовки очень тонкий слой металла толщиной не более 0,7 мм.

При средних усилиях, прикладываемых к инструменту, толщина снимаемой стружки составляет 0,01÷0,03 мм.

Шабрение является весьма трудоемкой операцией и требует чрезвычайно высокой квалификации слесари.

В практике слесарных работ шабрение занимает около 20%, поэтому большое значение имеют механизации труда и замена ручного шабрения станочными методами обработки.

Режущим инструментом при шабрении является шабер.

Шаберы различаются по конструкции – цельные и составные, по форме режущей кромке – плоские, трехгранные и фасонные, а также по числу режущих граней – односторонние и двухсторонние.

Рисунок 1.1. Шаберы: а – односторонний с прямолинейной режущей кромкой; б – двухсторонний; в – изогнутый двухсторонний; г – трехсторонний; д, е – составные; 1, 6 – сменные пластины; 2 – держатель; 3 – зажимный винт; 4, 5, 7 – рукоятки

Геометрические параметры шаберов зависят от вида обработки, материала заготовки и угла установки инструмента по отношению к обрабатываемой поверхности.

Торцевая поверхность шабера затачивается под углом заострения 90÷100° по отношению к оси инструмента.

При черновой обработке угол заострения равен 75÷90°, при чистовой – 90°, а при отделочной – 90÷100°.

Угол заострения для чугуна и бронзы выбирается равным 90÷100°, для стали – 75÷90°, а для мягких металлов – 35÷40°.

Выбор длины режущей кромки и радиуса ее закругления зависит от твердости обрабатываемого материала и заданной шероховатости обработанной поверхности.

Чем тверже обрабатываемый материал и выше требования к чистоте обработанной поверхности, тем более узкой должна быть режущая кромка шабера и меньшим радиус закругления.

Для чернового шабрения применяются шаберы с шириной режущей кромки 20÷30 мм, для чистового – 15÷20 мм и для отделочного – 5÷12 мм.

Шаберы изготовляются из углеродистых инструментальных сталей марок У7÷У13.

1.2 Характеристика стали У7

Принимаем для получения детали «Шабер» прокат сортовой ГОСТ 5210-95. Назначение – слесарные и другие детали, к которым предъявляются требования высоких прочностных, упругих свойств и износостойкости.

Таблица 1.1. Химический состав стали У7

Химический элемент	%
Кремний (Si)	0,17-0,33
Медь (Cu), не более	0,25
Марганец (Mn)	0,17-0,33
Никель (Ni), не более	0,25
Фосфор (P), не более	0,030
Хром (Cr), не более	0,20
Сера (S), не более	0,028

Таблица 1.2. Механические свойства стали У7

Термообработка, состояние поставки		Сечение, мм	s_B, МПа	d₄, %
Лента холоднокатаная отожженная		0,1-1,5	650	15
Лента холоднокатаная отожженная		1,5-4,0	750	10
Лента холоднокатаная нагатованная	Класс прочности Н1	0,1-4,0	750-900	-
	Класс прочности Н2	0,1-4,0	900-1050	-
	Класс прочности Н3	0,1-4,0	1050-1200	-
	-	0,1-4,0	650	18

Таблица 1.3. Механические свойства в зависимости от температуры отпуска

t отпуска, °С	s_0,2, МПа	s_B, МПа	y, %	KCU, Дж/м²
Закалка на мелкозернистую структуру с охлаждением в воде
300	1370	1590	8	31
400	1180	1270	11	44
500	970	1090	13	73
600	830	980	17	93

Таблица 1.4. Технологические свойства

Температура ковки	Начала 1180, конца 800. Охлаждение заготовок сечением до 100 мм на воздухе, 101÷300 мм - в яме.
Свариваемость	Не применяется для сварных конструкций
Обрабатываемость резанием	В отожженном состоянии при НВ 187 и s_B = 620 МПа K_u_тв.спл. = 1,2; K_u_б.ст. = 1,1
Склонность к отпускной способности	Не склонна
Флокеночувствительность	Не чувствительна
Шлифуемость	Хорошая

Таблица 1.4. Температура критических точек

Критическая точка	°С
A_c1	730
A_c3	770
A_r1	700
M_n	280

Таблица 1.5. Твердость

Состояние поставки, режим термообработки	HRC_э поверхности	НВ
Сталь термообработанная. Закалка 800-820 С, вода.	Св. 63	187
Закалка 820 С, вода. Отпуск 160-200 С°	60-63
Закалка 820 С, вода. Отпуск 200-300 С°	54-60
Закалка 820 С, вода. Отпуск 300-400 С°	43-54
Закалка 820 С, вода. Отпуск 400-500 С°	35-43

1.3 Разработка технологического процесса термической обработки

1.3.1 Разработка технологического процесса предварительной термической обработки шабера

Термической обработкой, необходимой для получения твердости 62÷64 HRC, является закалка.

Рисунок 1.2. Диаграмма изотермического превращения аустенита стали У7

Закалка – термическая обработка – заключается в нагреве стали до температуры выше критической, в выдержке и охлаждении со скоростью, превышающей критическую.

При закалке сталь У7 нагревают до температуры на 30÷50°С выше точки А_с1 (А_с1 = 730°С).

Среда охлаждения – вода.

При таком нагреве образуется аустенит при сохранении некоторого количества цементита.

После охлаждения структура стали состоит из мартенсита и нерастворимых частиц карбидов, обладающих высокой твердостью.

Закалку производят следующим образом.

Партию шаберов укладывают и закрепляют на дне сетчатой металлической корзины.

Шаберы предварительно подогревают, если этого требует технология обработки стали, затем помещают в печь, нагретую до заданной температуры, и выдерживают при этой температуре до полного прогрева металла по всему сечению.

Длительность выдержки зависит от размера детали и марки стали.

После этого производится закалка в закалочной среде.

Закалочными средами для инструментальных сталей могут быть масло, вода, воздух и др.

Жидкая закалочная среда помещается в специальный бак, который имеет систему охлаждения – для регулирования температуры закалочной среды.

При закалке в воде происходит очень резкое охлаждение, что способствует образованию трещин в материале напильников.

Такую закалку применяют для подобных деталей очень редко, а если применяют, то добавляют в воду различные примеси (известь, мыло, мел и др.), для того чтобы уменьшить скорость охлаждения стали.

Температура закалочной среды оказывает большое влияние на структуру и свойства стали после закалки.

Все закалочные среды имеют различную теплопроводность, и наиболее нагретые слои среды находятся в верхней части закалочного бака.

Для того чтобы температура среды была равномерна по всему объему, через нее при помощи специальной трубки продувают сжатый воздух.

Применяют и другие способы охлаждения и перемешивания закалочных сред.

Сталь нагревается при закалке до температуры

t_зак = Ас₁+ (30÷50), °С

t_зак =730+40=770 °С

Закалка (охлаждение) производится в воду.

Рисунок 1.3. Диаграмма закалки стали У7

1.3.2 Структурные превращения в стали при термической обработке

а б

Рисунок 1.4. Микроструктура стали У13 после термообработки: а – микроструктура после отжига; б – микроструктура после закалки; в – микроструктура после отпуска.

Структурные превращения углеродистых сталей определяются содержанием углерода и применяемой обработкой.

Горячекатаные, нормализованные и отожжённые стали имеют феррито-перлитную структуру.

С увеличением содержания углерода, количество перлита увеличивается и при содержании в стали 0,8% углерода, наряду с перлитом, появляется избыточный цементит.

Увеличение содержания углерода приводит к повышению прочности и падению вязкости, при этом порог хладноломкости уменьшается.

Структура закалённой стали зависит от содержания углерода и температуры нагрева под закалку.

Углерод, растворённый в аустените, понижает интервал аустенитного превращения.

При содержании углерода в аустените более 0,5% – температура окончания мартенситного превращения находится ниже комнатной температуры, вследствие чего после закалки, наряду с мартенситом, присутствует остаточный аустенит.

Даже в небольших количествах остаточный аустенит понижает сопротивление остаточным напряжениям и при больших количествах может вызвать разрушение пружин при выдержке под напряжением или в процессе эксплуатации вследствие протекания изотермических мартенситных превращений.

Увеличение количества углерода до 0,8% приводит к замедлению темпа роста твёрдости, так как появляется остаточный аустенит, а при содержании углерода больше эвтектоидного состава, твёрдость стали возрастает незначительно за счёт появления избыточного цементита.

В углеродистых сталях в сечениях около 40 мм даже при закалке в воду в сердцевине протекает феррито-перлитное превращение.

1.3.3 Влияние химического состава стали 13 на превращение в процессе термообработки

Рисунок 1.3. Диаграмма изотермического превращения аустенита стали 7

2 МАРКИРОВКА СТАЛЕЙ И ЧУГУНОВ

2.1 Стали

В России принята буквенно-цифровая система маркировки легированных сталей. Каждая марка стали содержит определенное сочетание букв и цифр. Легирующие элементы обозначаются буквами русского алфавита: Х — хром, Н — никель, В — вольфрам, М — молибден, Ф — ванадий, Т — титан, Ю — алюминий, Д — медь, Г — марганец, С — кремний, К — кобальт, Ц — цирконий, Р — бор, Ц — ниобий. Буква А в середине марки стали показывает содержание азота, а в конце марки — то, что сталь высококачественная.

Для конструкционных марок стали первые две цифры показывают содержание углерода в сотых долях процента. Если содержание легирующего элемента больше 1%, то после буквы указывается его среднее значение в целых процентах. Если содержание легирующего элемента около 1% или меньше, то после соответствующей буквы цифра не ставится.

В качестве основных легирующих элементов в конструкционных сталях применяют хром до 2 %, никель 1–4 %, марганец до 2 %, кремний 0,6–1,2 %. Такие легирующие элементы, как Мо, W, V, Ti, обычно вводят в сталь в сочетании с Cr, Ni с целью дополнительного улучшения тех или иных физико-механических свойств. В конструкционных сталях эти элементы обычно содержатся в следующих количествах, %: Мо 0,2–0,4; W 0,5–1,2; V 0,l–0,3; Ti 0,1–0,2.

Например, сталь 18ХГТ содержит, %: 0,17–0,23 С; 1,0–1,3 Cr, 0,8–1,1 Mn, около 0,1 Ti;

Таблица 2.1 Дополнения к марочным обозначениям высоко- и особовысококачественных сталей

Дополнение к марочному обозначению стали	Первичная обработка	Последующий переплав
ВД	Вакуумно-дуговой переплав	–
ВИ	Вакуумно-индукционная выплавка	–
ИД	То же	Вакуумно-дуговой
ИП	То же	Плазменно-дуговой
ИШ	То же	Электрошлаковый
ИЛ	То же	Электронно-лучевой
ГР	Газокислородное рафинирование	–
П	Плазменно-дуговой переплав	–
ПТ	Плазменная выплавка	–
ПД	То же	Вакуумно-дуговой
ПЛ	То же	Электронно-лучевой
ПП	То же	Плазменно-дуговой
ПШ	То же	Электрошлаковый
СШ	Обработка синтетическим шлаком	–
Ш	Электрошлаковый переплав	–
ШД	То же	Вакуумно-дуговой
ШЛ	То же	Электронно-лучевой
ШП	То же	Плазменно-дуговой
ЭЛ	Электронно-лучевой переплав	–

Сталь 38ХН3МФА (%) — 0,33–0,40 С; 1,2–1,5 Cr; 3,0–3,5 Ni; 0,35–0,45 Мо; 0,1–0,18 V; сталь ЗОХГСА — 0,32–0,39 С; 1,0–1,4 Cr; 0,8–1,1 Mn; 1,1–1,4 Si.

В инструментальных сталях в начале обозначения марки стали ставится цифра, показывающая содержание углерода в десятых долях процента. Начальную цифру опускают, если содержание углерода около 1% или более.

Например, сталь 3Х2В8Ф содержит, %: 0,3–0,4 С; 2,2–2,7 Cr; 7,5–8,5 W; 0,2–0,5 V; сталь 5ХНМ — 0,5–0,5 С; 0,5–0,8 Сr; 1,4–1,8 Ni; 0,19–0,30 Мо; ХВГ — 0,90–1,05 С; 0,9–1,2 Cr; 1,2–1,6 W; 0,8–1,1 Mn.

В обозначении марки подшипниковой стали входят: буква «Ш» и буквы, обозначающие легирующие элементы. За буквой «Х» (легированная хромом) приводят цифры, соответствующие массовой доле хрома в десятых долях процента (например, ШХ15, ШХ15СГ, ШХ20СГ).

Буква «А» в конце марки любой стали указывает, что сталь относится к категории высококачественной (30ХГСА, У7А), в середине обозначения марки — что сталь легирована азотом (16Г2АФ), в начале марки — что сталь автоматная повышенной обрабатываемости резанием (А35Г). Буквы АС в начале марки указывают, что сталь автоматная со свинцом (АС35Г2).

Особовысококачественную сталь обозначают добавлением через тире в конце марки буквы «Ш» или других букв (табл. 5.6). Это означает, что стал подвергалась электрошлаковому переплаву, обеспечивающему эффективную очистку от сульфидов и оксидов.

В конце марки конструкционной стали могут быть дополнительные буквенные обозначения: ПП — сталь пониженной прокаливаемости, Л — литейная, К — сталь для котлов и др.

Строительную сталь обозначают буквой «С» (строительная) и цифрами, условно соответствующими пределу текучести проката. Буква «К» в конце марки — вариант химического состава стали с повышенной коррозионной стойкостью в атмосфере, а буква «Т» — термоупрочненный прокат (например, С245, С345Т, С390К).

При маркировке электротехнических сталей (1211, 1313, 2211 и т. д.) первая цифра обозначает класс по структурному состоянию и виду прокатки, вторая — содержание кремния, третья — потери на гистерезис, четвертая — группу по основной нормируемой характеристике. Вместе три первые цифры означают тип стали, а четвертая — порядковый номер этого типа стали.

Для изготовления рельсов широкой колеи типов Р75, Р65, Р50 применяют стали марок М76, М74, где буква «М» указывает мартеновский способ выплавки, а цифры — среднее содержание углерода в сотых долях процента.

В обозначение марки быстрорежущей стали входят: буква «Р», цифра, указывающая среднюю массовую долю вольфрама в процентах. Во всех быстрорежущих сталях массовая доля хрома составляет около 4 %, поэтому в обозначении марки букву «Х» не указывают. Ванадий, массовая доля которого в различных марках колеблется от 1 до 5 %, обозначается буквой «Ф» в марке, если его средняя массовая доля составляет более 2,5 %.

Массовая доля углерода в марочном обозначении быстрорежущей стали не указывается, так как она пропорциональна массовой доле ванадия. Если быстрорежущая сталь легирована молибденом или кобальтом, их массовая доля указывается в марке. Например, быстрорежущую сталь, содержащую, %: 1,0–1,1 С ; 3,0–3,6 Cr; 8,5–9,6 W; 2,1–2,5 V; 7,5–8,5 Co; 3,8–4,3 Mo, обозначают Р9М4К8.

Нестандартные легированные стали, выпускаемые заводом «Электросталь», обозначают сочетанием букв ЭИ (электросталь исследовательская) или ЭП (электросталь пробная). Легированную сталь, выпускаемую Златоустовским металлургическим заводом маркируют буквами ЗИ, заводом «Днепроспецсталь» — ДИ. Во всех случаях после сочетания букв идет порядковый номер стали, например ЭИ 417, ЭП 767, ЗИ 8, ДИ 8 и т. д. После освоения марки металлургическими и машиностроительными заводами условные обозначения заменяет общепринятая маркировка, отражающая химический состав стали.

Литейные стали маркируются той же буквенно-цифровой системой, как и деформируемые, но в конце марки дополнительно ставится буква Л, что означает литейную сталь.

Жесть в зависимости от назначения, качества поверхности и свойств делится на марки ЧЖК, ЧЖР, ГЖГ, ГЖР, ЭЖК, ЭЖК-Д, ЭЖР и ЭЖР-Д. Буквы в обозначении марок означают ЖК — жесть консервная, ЖР — жесть разного назначения, кроме тары для пищевых продуктов, Ч — черная, Г — горячего лужения, Э — электротехнического лужения, Д — жесть с дифференциальным покрытием.

Режущий инструмент работает в условиях длительного контакта и трения с обрабатываемым металлом. В процессе эксплуатации должны сохраняться неизменными конфигурация и свойства режущей кромки. Материал для изготовления режущего инструмента должен обладать высокой твердостью ( 60–62 HRC_Э) и износостойкостью — способностью длительное время сохранять режущие свойства кромки в условиях трения.

Вместе с тем, режущий инструмент должен обладать высокой прочностью и достаточной вязкостью, чтобы сохранять форму режущей кромки и сопротивляться разрушению при изгибающем (резцы) и крутящем (сверла) моментах и динамических нагрузках.

2.2 Чугуны

Литейные и механические свойства чугуна зависят от того, насколько близок его состав к эвтектическому. Для оценки этого применяют два показателя:

Степень эвтектичности S_Э— отношение концентрации углерода С в чугуне к его концентрации в эвтектике с учетом влияния кремния и фосфора:

где 4,26 — концентрация углерода в эвтектике системы «железо—графит», Si и P — содержание этих элементов в чугуне, %.

Углеродный эквивалент определяется как:

С_эк= С + 0,3(Si + P)

Чугуны подразделяются на: доэвтектические (S_э< 1, C_эв< 4,2–4,3), эвтектические (S_э1, С_эк4,2–4,3) и заэвтектические (S_э> 1, C_эв> 4,2–4,3).

Чугуны при кристаллизации и дальнейшем охлаждении могут вести себя по-разному: либо в соответствии с метастабильной диаграммой состояний Fe—Fe₃C (белые чугуны, в которых углерод присутствует в виде Fe₃C), либо в соответствии со стабильной диаграммой Fe—C (серые чугуны, в которых углерод присутствует в виде графита).

На представленных диаграммах кроме общих линий АС, АЕ, GS остальные линии не совпадают. В системе Fe—C графитная эвтектика (аустенит—графит) содержит 4,26 % С и образуется при 1 153 С. По линии E' S' в интервале температур 1 153–738 С выделяется вторичный графит. Эвтектоидное превращение протекает при 738 С с образованием эвтектоида (феррит + графит). Пользование диаграммами Fe—C и Fe—Fe₃C принципиально не отличается друг от друга.

Таблица 2.2 Марки и характеристики механических свойств высокопрочных чугунов (ГОСТ 7293–85)

Марки чугуна	МПа (кгс/мм²)	МПа (кгс/мм²)	%	НВ

ВЧ35	350 (35)	220 (22)	22	140–170
ВЧ40	400 (40)	250 (25)	15	140–202
ВЧ45	450 (45)	310 (31)	10	140–225
ВЧ50	500 (50)	320 (32)	7	153–245
ВЧ60	600 (60)	370 (37)	3	192–277
ВЧ70	700 (70)	420 (42)	2	228–302
ВЧ80	800 (80)	480 (48)	2	248–351
ВЧ100	1000 (100)	700 (70)	2	270–360

Чугун марки ВЧ 35 с шаровидным графитом должен иметь среднее значение ударной вязкости KСV не менее 21 Дж/см²при температуре плюс 20 °С и 15 Дж/см²при температуре минус 40 °С, минимальное значение ударной вязкости должно быть не менее 17 Дж/см²при температуре плюс 20 °С и 11 Дж/см²при температуре минус 40 °С.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Геллер Ю.А. Инструментальные стали. М.: Металлургия, 1983-527с.

2. Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедение: Учебник для высших технических учебных заведений 3-е издание, перераб. и доп. -М: Машиностроение, 1990.-528с.

3. Гуляев А.П. Материаловедение. - 6-е изд., перераб. - М: Металлургия, 1986.- 688с.

4. Инструментальные стали. Справочник./Поздняк Л.А., Тишаев С.И. и др. М.: Металлургия, 1977,-168с.

5. Гуляев А.П. Инструментальные стали. Справочник. Изд. 2-е, перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1975 -272с.

6. Рябичева Л.А., Препод П.П. Інструментальні матеріали: навчальний посібник - Луганськ: Вид-во СНУ ім. В.Даля, 2008. - 248с.

Маркировка сталей и чугунов 📙 Курсовая → 🆔 120812