Содержание
Введение
1.Условие работы детали
2.Характеристика материала
3.Термообработка стали 9ХС
4.Оборудование для термической обработки
5.Методы контроля режимов термической обработки и качества изделия
6.Свойства стали 9ХС после термообработки
7.Заменители стали
Литература
Введение
Механизация и автоматизацияпроизводственных процессов, их основной части технологических процессовявляется одним из главных направлений научно – технического прогресса,повышения эффективности общественного труда.
1. Условия работы детали
Плашка — резьбонарезнойинструмент для нарезания наружной резьбы вручную или на станке. Плашкипредназначены для нарезания или калибрования наружных резьб за один проход.Наиболее распространены плашки для нарезания резьб диаметром до 52 мм. Плашкапредставляет собой закаленную гайку с осевыми отверстиями, образующими режущиекромки. Как правило, на плашках делают 3-6 стружечных отверстий для отводастружки. Толщина плашки 8-10 витков. Режущую часть плашки выполняют в видевнутреннего конуса. Длина заборной части 2-3 витка. Плашки выполняются излегированных сталей (9ХС, ХВСГФ), быстрорежущих сталей (Р18, Р6М5, Р6М5К5,Р6М5К8), а в последнее время — и из твёрдых сплавов. На них маркируетсяобозначение и степень точности нарезаемой резьбы, марка стали (9ХС не указывается).
/>
Рисунок 1. Плашка круглая(ГОСТ 9740-71) предназначена для слесарных работ и работ по нарезанию резьбы сиспользованием воротка, плашкодержателя, а также для работ на токарных автоматах.
Назначение стали 9ХС:
Сверла, развертки, метчики,плашки, гребенки, фрезы, машинные штампели, клейма для холодных работ.Ответственные детали, материал которых должен обладать повышенной износостойкостью,усталостной прочностью при изгибе, кручении, контактном нагружении, а такжеупругими свойствами. термический обработка плашка
2. Характеристикаматериала
Характеристика материаласталь 9ХС показывается в ее химических, механических и других свойствах.
Химический состав в % материаластали 9ХС:
Кремний: 1,20-1,60
Марганец: 0,30-0,60
Медь: до 0,3
Никель: до 0,35
Сера: 0,03
Углерод: 0,85-0,95
Фосфор: 0,03
Хром: 0,95-1,25
Ванадий: 0,15
Титан: 0,03
Сталь 9ХС легирована хромом икремнием. Она обладает повышенной устойчивостью аустенита и хорошей прокаливаемостью.После закалки в масле твердость HRC 60 и более получается в образцах сечениемдо 40 мм (в горячих средах до 30 мм). Сталь 9ХС имеет повышенную теплостойкость(твердость не ниже HRC 60 сохраняется при нагреве закаленной стали до 250—260°С), хорошие режущие свойства, равномерное распределение карбидов (в пруткахдиаметром 50—60 мм карбидная неоднородность не превышает одного-двух баллов);отжигается сталь 9ХС при 780—800° С; закаливается в масле и в расплавленныхсолях (с температурой 150—200° С) от 850—870° С.
Кремний является постояннымиспутником практически в любой стали, поскольку их специально вводят при еепроизводстве. Кремний, наряду с марганцем и алюминием является основнымраскислителем стали. Кремний не является карбидообразующим элементом, и егоколичество в стали ограничивают до 2%. Он значительно повышает предел текучестии прочность стали и при содержании более 1% снижает вязкость, пластичность иповышает порог хладноломкости. Кремний структурно не обнаруживается, так какполностью растворим в феррите, кроме той части кремния, которая в виде окисикремния не успела всплыть в шлак и осталась в металле в виде силикатныхвключений.
Хром вводят в сталь 1.5-2.5%.Он повышает твердость и прочность, незначительно уменьшает пластичность,увеличивает коррозионную стойкость. Инструментальная сталь 9ХС не применяетсядля сварных конструкций и склонна к отпускной способности.
Таблица. Физические свойства
T
E 10-5
с
R109
Град
МПа
кг/м3
Ом·м 20 1.9 7830 400
Обозначения:
T — Температура,при которой получены данные свойства, [Град] E — Модуль упругости первого рода,[МПа] с- Плотность материала, [кг/м3] R — Удельное электросопротивление, [Ом·м]
Таблица. Механическиесвойства при Т=20⁰С материала 9ХС
Размер
ув
ут
д5
ш
KCU
мм
МПа
МПа
%
%
кДж/м2 /> 790 445 26 54 390
Обозначения:
Ув — Предел кратковременной прочности, [МПа] ут — Пределпропорциональности (предел текучести для остаточной деформации), [МПа] д5 — Относительное удлинение при разрыве, [ % ] ш — Относительное сужение, [% ] KCU — Ударная вязкость, [ кДж / м2]HB — Твердость по Бринеллю
Таблица. Технологическиесвойства материала 9ХС
Свариваемость:
не применяется для сварных конструкций
Флокеночувствительность:
не чувствительна
Склонность к отпускной хрупкости:
склонна
3. Термообработка стали9ХС
Таблица. Температура критическихточекКритическая точка °С
Ac1
Ac3
Ar1
Mn
770
870
730
160
Таблица. Твердость стали 9ХССостояние поставки, режим термообработки HRC поверхности Закалка 840-860 С, вода. Отпуск 170-200 С. 63-64 Закалка 840-860 С, вода. Отпуск 200-300 С. 59-63 Закалка 840-860 С, вода. Отпуск 300-400 С. 53-59 Закалка 840-860 С, вода. Отпуск 400-500 С. 48-53 Закалка 840-860 С, вода. Отпуск 500-600 С. 39-48
Отжиг — вид термическойобработки металлов и сплавов, главным образом сталей и чугунов, заключающийся внагреве до определённой температуры, выдержке и последующем, обычно медленном,охлаждении. При отжиге осуществляются процессы возврата (отдыха металлов), рекристаллизациии гомогенизации.
Цели отжига — снижениетвёрдости для повышения обрабатываемости, улучшение структуры и достижениебольшей однородности металла, снятие внутренних напряжений.
Отпуском называется нагревзакаленной стали до температур ниже критической точки Ас1 выдержка при этойтемпературе с последующим охлаждением (обычно на воздухе). Отпуск являетсяокончательной термической обработкой. Целью отпуска является изменение строенияи свойств закаленной стали: повышение вязкости и пластичности, уменьшениетвердости, снижение внутренних напряжений.
С повышением температурынагрева прочность обычно уменьшается, а удлинение, сужение, а также ударнаявязкость растут.
Полный отжиг производят путемнагрева стали на 30—50° С выше критической точки Ас3, выдержкой при этойтемпературе и медленным охлаждением до 400—500° С со скоростью 200° С в часуглеродистых сталей, 100° С в час для низколегированных сталей и 50° С в часдля высоколегированных сталей.
Структура стали после отжигаравновесная, устойчивая.
Доэвтектоидная сталь имеетструктуру: феррит и перлит. Эвтектоидная сталь имеет структуру перлит, азаэвтектоидная — перлит и цементит.
Изотермический отжиг являетсяразновидностью полного отжига. Он в основном применяется для легированныхсталей. Экономически этот процесс очень выгоден, так как длительность обычногоотжига 13—15 ч, а изотермического отжига 4—6 ч.
/>
Рисунок 2. Схема изотермическогоотжига стали 9ХС
Процесс изотермическогоотжига заключается в следующем: деталь нагревают до температуры вышекритической точки Ас3 на 30—50°С, выдерживают при этой температуре, после чегосравнительно быстро охлаждают до температуры 600—650° С. При этой температуревыдерживают, что необходимо для полного распада аустенита, после чего следуетсравнительно быстрое охлаждение.
При всех видах отжига недопускается перегрев и пережог стали. Перегрев стали —брак исправимый:образовавшуюся крупнозернистую структуру при перегреве можно исправить повторнымотжигом. Пережог стали —брак неисправимый, так как сильно окисленные границыкристаллических зерен теряют связь и деталь разрушается.
Мк стали 9ХСрасполагается ниже 0° С, мартенситное превращение при закалке протекает неполностью, и в стали остается до 6—8% остаточного аустенита, наличие которогоприводит к деформации и снижает стойкость режущего инструмента. Поэтому инструментнесложной формы, у которого внутренние напряжения меньше, можно после закалкиподвергать обработке холодом при температуре минус 55° С, учитывая, что сталь9ХС очень чувствительна к стабилизации аустенита. Отпускают сталь 9ХС притемпературах 180—200° С. Структура после термической обработки — мартенсит икарбиды, твердость HRC 61—64.
Таблица. Прокаливаемость стали 9ХС
Расстояние от торца, мм / HRCэ 5 10 15 20 25 30 40 50 60 63 56 36,5 32 30 28 26 25 24 Термообработка Крит.диам. в масле, мм Закалка 15-50
Теплостойкость,красностойкость стали 9ХС
Таблица. Механические свойства приповышенных температурахt испытания,°C
у0,2, МПа
уB, МПа
д5, % ш, %
KCU, Дж/м2 HB 20 445 790 26 54 39 243 200 320 710 22 48 88 218 400 330 620 32 63 98 213 600 170 200 52 77 123 172 700 83 98 58 77 147 />
Образец диаметром 10 мм, длиной 50 мм, прокатанный. Скорость деформирования 20 мм/мин.
800 110 130 26 />
900 65 74 41 95
1000 42 46 52 />
1100 20 31 54 />
1200 15 20 83 100
Температура,°С Время, ч
Твердость, HRCэ 150-160 1 63 240-250 1 59
4. Оборудование для термической обработки
Для термической обработки стали 9ХС используетсяэлектрическая печь c контролируемой атмосферой типа СНЗ-2,5.5.1,7/10. Печьимеет размеры рабочего пространства 50О*25О*170 мм. Максимальная температуранагрева 1000°C. Рабочая температура печи регулируется автоматически. Кожух печигерметичен, проволочные нагреватели расположены на полу и боковых стенкахрабочей камеры. B других печах СНЗ нагреватели дополнительно уложены на своде идверце. Расход защитного газа на рабочую камеру составляет 2,5 г/мзи на пламенную завесу 5г/мз. Потребляемая мощность печи при садке 50кг и нагреве до 850°C составляет 12 кВт. Защитная атмосфера вводится погазопроводу через заднюю торцовую стенку. B нижней части кожуха печи крепитсятрубопровод из двух линий: по одной подаётся газ, по другой – воздух. Газ ивоздух смешиваются в горелке и, сгорая, создают пламенную газовую завесу приоткрытой дверце. Нагревательные элементы располагаются на полу и стенках рабочейкамеры. Электропечи серии СНЗ применяются для отпуска, отжига, нормализации изакалки.
5. Методы контроля режимов термической обработки и качества изделий
Методыконтроля режимов термической обработки и качества изделий.
1.Контроль температурного режима u состава среды.
Температурныйрежим нагрева и охлаждения строго фиксируется в технологических картах иподлежит контролю при помощи приборов. Эти приборы называются гальванометрами.
2.Металлографический контроль структуры металлов. Цель металлографическогоконтроля качества структуры металла заключается в том, чтобы выявить не ТОЛЬКОкачественные показатели для приёмки изделии, но в основном охарактеризоватьстепень точности выполнения заданного технологического процесса, так какопределение качества проводится на образце, условно характеризующим партиюдеталей.
Металлографический контроль определяет и устанавливаетстепень нагрева деталей (перегрев, недогрев), определяет степень насыщенияповерхности углеродом, азотом и другими элементами, устанавливает степеньохлаждения, устанавливает полноту выполнения заданных процессов.
3.Контроль твёрдости.
Контроль твёрдости должен проходить на приборахБринелля, Роквела и реже на приборах Шора. На приборах Бринелля могутконтролироваться отожженные, нормализованные и улучшенные детали. На приборахРоквелла должны испытываться цементируемые и закалённые детали, прошедшиенизкотемпературный отпуск. На аппаратах Шора должны испытываться только деталиокончательно отшлифованные. На аппарате Викерса производят замер твёрдостиизделий, подвергнутых цианированию и азотированию.
4.Магнитный метод контроля.
Основанна различной магнитной проницаемости структурных составляющих и фаз стали.Методика испытаний заключается в том, что по эталону определяется магнитнаяпроницаемость металла данной детали из определённой марки.
5.Рентгеноанализ.
При помощи рентгеноанализа имеется возможность выявитьвнутренние пороки, не выявленные при магнитном методе. K числу таких пороковмогут относиться трещины, расположенные в глубоких слоях металла, раковины.Рентгеноанализ применяется для выявления дефектов в металле, он применяетсятакже для структурного анализа металла.
6. Свойства стали 9ХС после термообработки
Термообработка, состояние поставки
у0,2, МПа
уB, МПа ш, %
HRCэ Изотермический отжиг 790-810°С. Температура изотермической выдержки 710°С. 295-390 590-690 50-60 197-241 Закалка 870°С, масло. Отпуск 180-240°С /> Закалка 870°С, масло. Отпуск 450-500°С
Состояние поставки, режим термообработки
HRCэ поверхности Закалка 840-860 С, вода. Отпуск 170-200 С. 63-64 Закалка 840-860 С, вода. Отпуск 200-300 С. 59-63 Закалка 840-860 С, вода. Отпуск 300-400 С. 53-59 Закалка 840-860 С, вода. Отпуск 400-500 С. 48-53 Закалка 840-860 С, вода. Отпуск 500-600 С. 39-48
7. Заменители стали 9ХС
Стали: ХВГ, ХВСГ
Сталь ХВГ легирована хромом,вольфрамом и марганцем; имеет большую закаливаемость и прокаливаемость, чемсталь 9ХС. Твердость более НЯС 60 получается по всему сечению цилиндрическихобразцов диаметром 45—48 мм при закалке с охлаждением в масле (до 35 мм вгорячих средах). В стали ХВГ сохраняется после закалки повышенное количествоостаточного аустенита (до 15—18%), что уменьшает коробление и делает еемалодефор-мирующейся. Наличие такого количества аустенита понижает сопротивлениемалой пластической деформации и увеличивает чувствительность к шлифовочнымтрещинам. Недостатками стали ХВГ являются: повышенная карбидная неоднородность(3—4-го балла в прутках диаметром 50—60 мм; в заготовках более крупных сеченийнаблюдается карбидная сетка), что ведет к выкрашиванию и снижает стойкостьинструмента, в связи с чем сталь ХВГ не рекомендуется применять длярезьбонарезного инструмента; нестабильная закаливаемость и прокаливаемость —образцы отдельных плавок прокаливаются при охлаждении в масле только в сеченияхдо 30—40 мм и имеют пониженную твердость. Температура обработки холодом длястали ХВГ минус 55° С; ее отжигают при 770—790° С и закаливают в масле илигорячих средах от 820—850° С; отпуск проводят при 160—190 С. Твердость послетермической обработки HRC 61—64 (допускается НЯС 56—64 в связи с нестабильнойзакаливаемостью).
Вместо сталей 9ХС и ХВГприменяют сложнолегированную сталь ХВСГ. Эта сталь лучше закаливается ипрокаливается. Образцы из стали ХВСГ небольших сечений (до 20 мм) закаливают сохлаждением на воздухе (HRC 59—60); при охлаждении в масле образцыпрокаливаются насквозь в сечении до 100 мм, в горячих средах — до 75 мм.Прокаливаемость стали ХВСГ более стабильна по сравнению с прокаливаемостьюстали ХВГ за счет меньшего содержания вольфрама (до 0,7—1,0%). Сталь ХВСГчувствительна к перегреву и склонна к обезуглероживанию. Теплостойкость ираспределение карбидов такие же, как и у стали 9ХС. Количество остаточногоаустенита после закалки до 12—14%. Твердость в отожженном состоянии НВ 196—217(отжигают при температуре 770—790° С). Закаливают детали из стали ХВСГ от860—880° С в масле или горячих средах и отпускают при 160—180° С {HRC 62—64).Сталь ХВСГ используют для круглых плашек, разверток, крупных протяжек и другогорежущего инструмента.
Литература
1. Сорокин В.Г. «Марочник сталей исплавов»
2. Журавлёв В.Н. «Машиностроительныестали»
3. Марцинковская Е.С. «Технология иоборудование»
4. Астафьев А.А. «Исследование структурныхпревращений и разработка сталей для машиностроения»
5. Просвирин В.И. «Термическаяобработка и превращения в стали»
6. Л.Н. Коноплев, М.С Поярков«Методическое пособие по материаловедению и технологии конструкционных металлов».
7. Лекции по курсу.