Виды инструментальных материалов

         

             

Оглавление: 
 
 

1. Конструкционные материалы

 

2. Виды инструментальных материалов

 

3. Допуски и  посадки.

 

4. Токарные  работы

 

5. Литература.

 
 
 
 
 
 
 
 

       
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                                                                                                                                                          

 

КОНСТРУКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Виды  сталей, чугунов, цветных металлов и  их сплавов,    способы их получения.

    Сплавы, содержащие углерод до 2,14% называют сталями, с содержанием больше 2,14% - чугунами.

    Стали классифицируют по:

1. Химическому составу.
2. Качеству.
3. Назначению.
4. По химическому составу делят только конструкционные стали. Конструкционные стали, предназначены для изготовления деталей машин и неметаллических конструкций. Эти стали делят на углеродистые и легированные. Углеродистые подразделяют на:

    А) низкоуглеродистые (с содержанием углерода <0,09-0,25%)

    Б) среднеуглеродистые (с содержанием углерода <0,25-0,45%)

    В) высокоуглеродистые (с содержанием углерода <0,45-0,75%)

    Легированные  подразделяют на:

    А)низколегированные (содержание легирующих элементов в сумме от 2,5-5%)

    Б) среднелегированные (содержание легированных элементов до 10%)

    В) высоколегированные (более 10%)

5. По качеству делят на:

    А) обыкновенного качества

    Б) качественные

    В) высококачественные.

    Качество  определяется условиями неметаллургического  производства и содержанием в  них вредных примесей.

    Делят по качеству на группы А, Б, В.

    А - стали обыкновенного качества. Имеют повышенное содержание вредных  примесей (S, P). Механические свойства ниже, чем у других групп. Выплавляют их в конвертерах и мартеновских печах. Эти стали бывают спокойными т.е. полностью раскисленные в печах и ковкие; полуспокойные и кипящие.

    Б- качественные стали. Вредных примесей (S,P) не более 0,035% каждого. Выплавляются в мартеновских печах.

    В- высококачественные стали. Выплавляются в электропечах с последующим электрошлаковым и вакуумно-дуговым переплавом. Содержание S и P до 0,015%  каждого.

6. По назначению.

    А) Строительные – углеродистые и некоторые  низколегированные стали. Они содержат немного углерода. Это стали обыкновенного  качества.

    Б) Машиностроительные общего назначения – это конструкционные  
 

    стали.

      В) Инструментальные – имеют  высокую твердость и прочность,  износостойкость. Идут на изготовление  режущего инструмента.

      Г) Машиностроительные стали и  сплавы специального назначения. Они делятся на две группы. Первая это стали и сплавы  с особыми физическими свойствами. Получают в результате специального  легирования и термообработки. Вторая  – это стали и сплавы с  особыми химическими свойствами. Содержат повышенное содержание  хрома и никеля. Стойкие против коррозии. Примеры сталей четвертой группы – 36Н (инвар), применяют в метрологии, приборостроение; 32НКД (суперинвар) используется в лампах накаливания; 42Н, 29НК широко применяются в радиолампах, полупроводниках, радиоприборах. 
 
 

    Стали обыкновенного качества маркируют  буквами ст. и порядковым номером. Например, ст.0, ст.1, ст.2,…,ст.6.

    Номер марки показывает номер, в зависимости  от химического состава и механических свойств. Причем, чем выше номер, тем  больше углерода и выше прочностные  свойства стали.

    Качественные  конструкционные стали обозначают – сталь 45, где содержание углерода в сотых долях % (0,45%).

    Углеродистые  инструментальные стали маркируются  У10,У12А. Содержание углерода указывается  в десятых долях %. Буква А в конце маркировки означает высококачественную сталь. В конце особовысококачественной стали ставят букву Ш.                     

    Легированные  стали. По ГОСТу для обозначения  легирующих элементов приняты следующие  буквы.

    Х – хром, Г – марганец, Н –  никель, Р – ванадий, М – молибден, В – вольфрам, Ю – алюминий, Р – бор, С – кремний, Т – титан, Д – медь, К – кобальт, П – фосфор, Б – ниобий, А – азот, Е – селен, Ц – цирконий.                               

    Для обозначения легированной стали  той или иной марки применяется  определенное сочетание цифр и букв. Для конструкционной легированной стали принята маркировка по которой  первые две цифры указывают на среднее содержание углерода в сотых  долях процента, а буквы показывают наличие соответствующих легирующих элементов; цифры следующие за буквами показывают процентное содержание этих компонентов в стали.

При обозначении  высококачественных сталей в конце  маркировки ставится буква А.

    18Х3Н2А  – 0,18% углерода, 3% хрома, 2% никеля, остальное  железо.

    ХВГ – до 1% углерода, до 1% хрома, вольфрама, марганца, остальное железо.

    

    32Н3Г2Ф3М4Ю8  – 0,32% углерода, 3% никеля, 2% марганца, 3% 
 

      ванадия, 4% молибдена, 8% алюминия, остальное  железо.

      Шарикоподшипниковые стали.

    ШХ15% - 15% хрома.

    Быстрорежущие сложнолегированные: Р9К10; Р5К5Ф12. Цифра  после буквы Р показывает процентное содержание вольфрама. 

                                                 Чугуны.

    По  структуре чугуны подразделяются на

1. Не содержащие графит (белый чугун)
2. содержащие графит.

    Чугун, содержащий графит в свою очередь  подразделяется на серый литейный чугун, высокопрочный чугун с шаровидным графитом и ковкий чугун.

    Белый чугун применяется для получения  отливок. Обладает низкими литейными  свойствами, чем серый чугун, пониженной жидкотекучестью, большей усадкой, большой склонностью к образованию трещин. Белый чугун предназначен для переделки в ковкий чугун.

    

    Серые литейные чугуны представлены десятью  марками – СЧ00; СЧ12-28; СЧ15-32; СЧ18-36; СЧ21-40; СЧ24-44; СЧ28-48; СЧ32-52; СЧ35-56; СЧ38-60. При маркировки серых чугунов первые две цифры означают предел прочности при растяжении в кг/мм, вторые две цифры показывают предел прочности при изгибе. Литейный чугун марки СЧ00 не подвергается механическим испытаниям. Его применяют для изготовления неответственных отливок – напольные плиты, оградительные кожуха. Чугун марок СЧ12-28 – СЧ24- 44 применяют для изготовления разметочных плит, станин, металлообрабатывающих станков, тормозных букс. 
 
 
 
 

    Литейный  чугун марки СЧ28-48 – СЧ38-60 применяют  для изготовления ответственных  отливок – стол шлифовального  станка, различные шкифы.

    Высокопрочные чугуны получают путем модификации, обеспечивающих повышение пластичности и прочности. Пластичность таких чугунов достигает 10% (у обычных чугунов 0,5%). Приобретает хорошую ударную вязкость.

    При обозначении их маркировки (ВЧ45-0; ВЧ50-1,5) первое число показывает предел прочности  при растяжении, а второе относительное  удлинение в %.

    Высокопрочные чугуны используются для ответственных  отливок – для изготовления двигателей внутреннего сгорания, для производства паровой аппаратуры. 

    Ковкий  чугун получают из белого. Нашли  широкое применение такие марки  как – КЧ30-6; КЧ38-8; КЧ35-10. Первые цифры  показывают предел прочности, а вторые наименьшее относительное удлинение. Применяют для изготовления отливок  ответственного назначения – в тракторостроение, станкостроении, автомобилестроении.

    Чугун получают в доменных печах.

    Сталь получают: а) конверторным способом; б) в электропечах; в) в мартеновских печах.

     

                                     Медь и ее сплавы.                 

    Получение чистой меди состоит из четырех стадий:

1. обжиг руд и концентратов(Его производят в печах шахматного типа. Полученный при этом концентрат – огарок – направляется на переплавку и получение медного штейна)
2. получение медного  штейна.(Для плавки применяют отражательные печи. Основная масса 80-90% полученного штейна состоит из сульфидов меди и железа, остальная часть представляет собой окислы различных металлов).
3. Получение черновой меди. (получение черновой меди осуществляется в конверторных печах горизонтального типа с боковым дутьем. Полученная черновая медь содержит сернистые, железо и другие примеси. Поэтому она не может быть применена для технических целей. Полученную медь подвергают огневому рафинированию и электролитическому рафинированию.).
4. Получение чистой меди.

    В настоящее время электролизом получают следующие марки чистой меди: М00 – 99,99%, М0 – 99,95%, М1 – 99,9%, М2 – 99,7%, М3 – 99, 5%, М4 – 99%.

    В качестве конструкционного материала  применяют сплавы меди – латунь и бронзу.

    Латунь  – сплав меди с цинком. Латунь  подразделяют на простую и специальную, содержащую кроме меди и цинка другие компоненты (никель, железо и др.).

    В обозначении марки простой латуни после буквы Л следует цифра, означающая среднее содержание меди.

    Л-68 – 68% меди.

    Специальные латуни содержат буквы и цифры, соответствующие  дополнительному компоненту.

    ЛМцЖ52-4-1 – 52% меди, 4% марганца, 1% железа.

    ГОСТом  принято следующее обозначение  легирующих элементов. Ж – железо, Мц – марганец, Н – никель, О – олово, К – кремний, С – свинец.

    Латуни  также разделяют на литейные и  на латуни, обрабатываемые давлением (волочение, прессование).

    Бронза  – представляет собой сплав меди с оловом  и другими элементами. В  
 
 
 

качестве  основного легирующего элемента содержит олово, кроме того, может  быть легирована фосфором, цинком, свинцом. Бронза более тверда и менее пластична, чем латунь. Обрабатывать давлением можно бронзу с содержанием не более 5-6% олова. При более высоком содержание олова бронза служит лишь литейным материалом.

    Оловянные бронзы обладают высокой коррозионной стойкостью в атмосферных условиях. Обладает высокими антифрикционными свойствами. Из оловянных бронз изготовляют  различную арматуру для паровой  и водяной промышленности. Маркируют  бронзы буквами и цифрами, указывающими легирующий элемент и его количество. Бр0-10 – оловянная бронза (10% олова), Бр0Ф10-1 – оловянно-фосфорная бронза (10% олова, 1% фосфора).

    Свинцовые бронзы являются хорошим материалом для изготовления подшипников и по антифрикционным свойствам превосходит другие медные сплавы, хорошо воспринимают и отводят тепло.

    БрС30 -  30% свинца.

    Бериллиевая бронза после закалки и отпуска  при температуре 300-350 С имеет высокие механические свойства, в том числе большой предел прочности, величина которого практически не меняется при температуре 300-400 С. это делает бериллиевую бронзу незаменимым материалом при изготовлении деталей точного приборостроения (мембраны, пружины, валики, звездочки). 
 

                                 Алюминий и его сплавы.    

       Основной рудой для получения  алюминия являются бокситы. В  них содержится порядка 40-80% глинонозема (Al2O3). Технологический процесс получения алюминия состоит из трех стадий.

1. Получение глинозема из руд.
2. Получение алюминия из глинозема.
3. Рафинирование алюминия.

Алюминий  выпускается в виде следующих  марок:

1. алюминий особой чистоты А999
2. алюминий высокой чистоты А995,А95,А99,А97
3. алюминий технической чистоты А85,А8,А7,А6,А5,А0.

В качестве литейных сплавов на основе алюминия применяют сплавы литейные и деформируемые.

    Литейные  сплавы применяют для фасонного  литья. Более широкое применение получили сплавы алюминия с кремнием. Они получили название силумины. 
 

    Деформируемые алюминиевые сплавы поступают к  потребителю в виде полуфабрикатов. Такие сплавы носят название дюралюминий.

      

    Виды  инструментальных материалов.

    Основные  свойства инструментальных материалов:

1. Твердость режущих инструментов больше твердости обрабатываемого материала.
2. Прочность.
3. Вязкость.
4. Износостойкость.
5. Красностойкость.

    Этим  требованиям удовлетворяют:

    Углеродистые  стали. Они содержат от 0,7до 1,4% углерода. Бывают качественные и высококачественные стали, что указывает буква А в конце маркировки (У10,У10А). Число 10 показывает содержание углерода в десятых долях процента.

    Свойства  сталей этой группы:

1. невысокая твердость HRC 60-62
2. Красностойкость 200-250 C
3. хорошо обрабатываются резанием и деформируются
4. низкая скорость резания – 15-18м\мин
5. низкая прокаливаемость – 10-12 мм.

    Эти стали применяются для изготовления мелкого режущего инструмента.

    Свойства  легированных сталей:

1. повышение вязкости, прокаливаемости, уменьшение деформации и появления трещин после закалки
2. скорость резания – 15-25 м\мин
3. твердость HRC 62-64
4. красностойкость 250-300 C.

    Применение. Инструменты готовят больших  размеров, более сложных форм.

    Быстрорежущие стали.

    Основные  свойства.

1. высокая красностойкость 600-630 С
2. HRC 62-65
3. Повышенная износостойкость
4. Скорость резания до 80 м\мин.

    Недостаток: плохо обрабатывается. Основной легирующий элемент вольфрам.

    Р12 – до 1% углерода, 12% вольфрама.

    Р6М5 – до 1% углерода, 6% вольфрама, 5% молибдена.

    Р9К10 – до 1% углерода, 9% вольфрама, 10% кобальта.

    Применяют для изготовления сложнофасонных инструментов (для нарезания резьб, зубьев). 

    Кобальтовые быстрорежущие стали (Р9К10).

    Их  применяют для обработки труднообрабатываемых коррозионностойких и жаропрочных сталей в условиях выбраций при прерывистом резании, при минимальном СОЖ.

    Ванадиевые  быстрорежущие стали (Р9Ф5).

    Применяют для инструментов чистовой обработки, но при стружках небольшого сечения.

    Вольфрамомолибденовые стали (Р9М4).

    Используют  для изготовления инструментов, работающих в условиях черновой обработки (для  изготовления долбяков). 

                  

               Твердые сплавы.

    Это материалы, состоящие из высокотвердых  и тугоплавких карбидов вольфрама, титана, тантала, соединенные металлической  связкой, т.е. кобальтом.

    Применяют их в виде пластин.

1. высокая износостойкость и красностойкость (800-1000 С)
2. высокая твердость HRC 86-92
3. высокая скорость до 800 м\мин.

Недостатки - недостаточная пластичность.

    Виды  твердых сплавов.

1. Вольфрамокобальтовые (ВК2, ВК3, ВК6). Цифры после буквы К показывает содержание кобальта в процентах, остальное карбиды вольфрама. ВК2 – 2% кобальта, 98% карбида вольфрама. Применяют для обработки чугуна, пластмасс и т.п.
2. Титановольфрамокобальтовые (Т15К6, Т5К10). Т15К6 – 6% кобальта, 15% карбида титана, 79% карбида вольфрама. Применяют для обработки пластмасс, вязких металлов и сплавов. Твердость и теплостойкость выше, чем у первой группы.
3. Титанотанталокобальтовые (трехкарбидные). ТТ7К12 – 12% кобальта, 7% карбида титана и тантала. ТТ8К6 – 6% кобальта, 8% карбида титана и тантала остальное карбиды вольфрама. Применяют при наиболее тяжелых условиях резания стальных слитков, поковок, труднообрабатываемых сталей. От предыдущей группы отличаются: а) большой прочностью; б) лучшая сопротивляемость вибрациям и выкрашиванию.

 

                            Минералокерамика.

    Это синтетический материал, основой которой служит глинозем, подвергнутый спеканию при температуре 1720-1750 С. 
 
 
 

    Достоинства: а) высокая твердость HRC 91-93, б) высокая износостойкость и красностойкость (1200 С), в) отсутствует слипание с деталью.

    Недостаток  низкая прочность, хрупкость.

    Минералокерамика выпускается двух видов – белая керамика (ВЗ) и черная керамика (ВШ).

    ВЗ  состоит из 100% глинозема.

    ВШ  состоит из 60% глинозема и 40% тугоплавкие  металлы.

    Применяют минералокерамику для обработки сталей цветных металлов при безударной нагрузке.

    Чтобы устранить недостатки, в минералокерамику вводят вольфрам, молибден, никель. Полученные материалы будут называть керметами. Их используют для обработки труднообрабатываемых материалов.

    Абразивные  материалы – мелкозернистые или  порошковые вещества. Используют их для  изготовления абразивных инструментов – брусков, кругов.

    ВИДЫ:

    А) Естественные: кварцевый песок (корунд).

    В)Искусственные: электрокорунд(для обработки сталей и сплавов),

                         карбид бора (для притирочных  и доводочных работ),

                         карбид кремния (для вязких  металлов и сплавов) .

    

    Достоинства:

                         1)Высокая твердость

                         2)Износостойкость

                         3)Высокие скорости резания 
 
 

    Также в качестве режущего (инструментального) материала могут                                                                      

    быть   использованы  алмазы .

    Они делятся на природные и синтетические, на ювелирные и техниче-                                                                                                          

      ские . к техническим относятся мелкие синтетические алмазы раз-

    личной  прочности.

    АСН- алмаз низкой твердости.

    АСС-синтетический алмаз средней твердости.

    АСВ-синтетический алмаз высокой твердотси.

    Для того ,чтобы инструмент приобрел режущие свойства достаточ-

    но  алмаза в 1 карат  = 0,26 граммов. После  обработки алмазным

    инструментом  не требуется другой дополнительной обработки.

           Эльбор-это химическое соединение азота и бора, по твердости усту-

        пающее только алмазу.

        Применяется для различных режущих  инструментов при обрабоке

        прочных  материалов.

         Виды термической и химико-термической обработки металлов,

                                             их назначение. 

        Целью термической обработки  является изменение свойств металла

        или сплава, путем изменения его  структуры в результате теплового

        воздействия.

           Закалкой – называется вид  термической обработки, состоящий  из

        нагрева стали, выдержки и быстрого  охлаждения в воде, масле и  т.д.

 

    закалкой достигается повышение  прочности и твердости. После  закал-

        ки проводят отпуск.

            Поверхностная закалка – придание  наружной поверхности стали

        твердости на определенную глубину.Поверхностная закалка заключа-

        ется в нагреве электрическим током или газовым пламенем поверхно-

        стного слоя изделия до закалочной температуры с последующим ох-

        лаждением прогретого слоя.                                     

        Поверхностная закалка обеспечиает износоустойчивость и повышен-

        ную выносливость деталей машин и инструментов.

        Отпуск стали –вид термической обработки, заключающийся в нагреве

        Закаленной стали до определенной  температуры, выдержке при этой 

        температуре (обычно в течение  0,5-4часов) и последующим охлажде -   

        нием (чаще на воздухе).В результате отпуска металл получает требуе-

        мые механические свойства,освобождаетяся от внутрених остаточных

        напрежений.

        Отпуск стали применяют в сочетании  с нормализацией или закалкой.

     Стальные изделия подвергнутые закалкебез последующего отпуска,                             

        Как правило не применяются вследствии хрупкости и малой пластич-

        ности. Различают следующие виды отпуска:

        Низкий отпуск заключается в  нагреве деталей до температуры  120-250

        С .Применяется после закалки для деталей,прошедших цементацию,

        цианирование или поверхностную  закалку, а также для инструментов

        из углеродистой и легированной  сталей,но с сохранением их твер-сти.

        Средний отпуск, т.е. проводимый  при средних температурах нагрева

        (350-475С);применяется для пружин из хромованадиевой стали , для

        придания им упругости.

      

             Высокий отпуск заключается в нагреве до 400-650С;проходят изделия

        и детали ,испытывающие при эксплуатации большие динамические и

        вибрационные нагрузки.

        Режимы отпуска (температура нагрева  и условия охлаждения),т.е. про

        ведение его на воздухе или  с применением соответствующей охлажда-

        ющей жидкости, устанавливаются в зависимости от марки стали и

        предъявляемых технических условий.

        Отжиг-термообработка стали,чугуна и др. метеллов,состоящая в нагре

        ве,выдержке и охлаждении(обычно медленном) с целью снятия внутре                                  

        нних напряжений в металле,увелечения пластичности или вязкости, 
 

        улучшения структуры,электрических,магнитных или других свойств