Вуглецеві інструментальні сталі (держстандарт 1435)

Містять 0,65...1,35% вуглецю.

Стали В7...В13А - мають високу твердість, добре шліфуються, дешеві й недефіцитні.

Зі сталей марок В7, В8А виготовляють інструмент для роботи з дерева й інструмент ударної дії, коли потрібна підвищена в'язкість - пуансони, зубила, штампи, молотки.

Стали марок В9...В12 мають більше високу твердість і зносостійкість - використовуються для виготовлення свердел, мітчиків, фрез.

Сталь В13 має максимальну твердість, використовується для виготовлення напилків, граверного інструмента.

Для зниження твердості й створення сприятливої структури, всі інструментальні сталі до виготовлення інструмента піддають відпалу.

Для заевтектоїдних сталей проводять сфероідізуючий відпал, у результаті якого цементит вторинний здобуває зернисту форму. Регулюючи швидкість охолодження можна одержати будь-який розмір зерен.

Остаточна термічна обробка - загартування з наступною відпусткою.

Загартування для доевтектоїдних сталей проводять повну, а для заевтектоїдних - неповну. Структура загартованих сталей або мартенсит, або мартенсит і карбіди.

Температура відпустки вибирається залежно від твердості, необхідної для інструмента.

Для інструментів ударної дії, що вимагають підвищеної в'язкості, зі сталей В7, В8 відпустку проводять при температурі 280…300^oС, що забезпечує твердість HRC 56...58.

Для напилків, мітчиків, плашок відпустку проводять при температурі 150…200^o С, при цьому забезпечується одержання максимальної твердості - НRC 62...64.

Основними недоліками вуглецевих інструментальних сталей є їх невисока прокалюваємість (5...10 мм), низька теплостійкість (до 200^oС), тобто

Лекція Леговані сталі. Конструкційні сталі

  

 

До конструкційних сталей, застосовуваним для виготовлення різноманітних деталей машин, висувають наступні вимоги:

• сполучення високої міцності й достатньої в'язкості

• гарні технологічні властивості

• економічність

• недефіцитність

Висока конструкційна міцність стали, досягається шляхом раціонального вибору хімічного складу, режимів термічної обробки, методів поверхневого зміцнення, поліпшенням металургійної якості.

Вирішальна роль у складі конструкційних сталей приділяється вуглецю. Він збільшує міцність сталі, але знижує пластичність і в'язкість, підвищує поріг холодноламкості. Тому його зміст регламентований і рідко перевищує 0,6 %.

Вплив на конструкційну міцність роблять легуючі елементи. Підвищення конструкційної міцності при легуванні пов'язане із забезпеченням високої прокалюваності, зменшенням критичної швидкості загартування, здрібнюванням зерна.

Застосування зміцнюючої термічної обробки поліпшує комплекс механічних властивостей.

Металургійна якість впливає на конструкційну міцність. Чиста сталь при тих самих міцностних властивостях має підвищені характеристики надійності.

 

Леговані сталі

 

Елементи, уводяться спеціально в сталь у певних концентраціях з метою зміни її будови й властивостей, називаються легуючими елементами, а стали – легованими.

Зміст легуючих елементів може змінюватися в дуже широких межах: хром або нікель - 1% і більше відсотків; ванадій, молібден, титан, ніобій - 0,1...0,5%; також кремній і марганець - більше 1 %. При змісті легуючих елементів до 0,1 % - мікролегування.

У конструкційних сталях легування здійснюється з метою поліпшення механічних властивостей (міцності, пластичності). Крім того міняються фізичні, хімічні, експлуатаційні властивості.

Легуючі елементи підвищують вартість сталі, тому їхнє використання повинне бути строго обґрунтовано.

Достоїнства легованих сталей:

• особливості виявляються в термічно обробленому стані, тому виготовляються деталі, що піддаються термічній обробці;

• поліпшені леговані сталі виявляють більше високі показники опору пластичним деформаціям ;

• легуючі елементи стабілізують аустеніт, тому прокалюваність легованих сталей вище;

• можливе використання більше «м'яких» охолоджувачів (знижується шлюб по гартівних тріщинах і жолобленню), тому що гальмується розпад аустеніту;

• підвищуються запас в'язкості й опір холодноламкості, що приводить до підвищення надійності деталей машин.

Недоліки:

• піддані оборотної відпускної крихкості II роду;

• у високолегованих сталях після загартування залишається аустеніт залишковий, котрий знижує твердість і опірність утоми, тому потрібна додаткова обробка;

• схильні до дендритної ліквації, тому що швидкість дифузії легуючих елементів у залозі мала. Дендрити збіднюються, а границі – міждендритний матеріал – збагачуються легуючим елементом. Утвориться строчна структура після малодоходного й прокатки, неоднорідність властивостей уздовж і поперек деформування, тому необхідно дифузійний відпал.

• схильні до утворення флокенів.

Флокени - світлі плями в зламі в поперечному перерізі - дрібні тріщини з різною орієнтацією. Причина їхньої появи - виділення водню, розчиненого в сталі.

При швидкому охолодженні від 200^o водень залишається в сталі, виділяючись із твердого розчину, викликає великий внутрішній тиск, що приводить до утворення флокенів.

Міри боротьби: зменшення змісту водню при виплавці й зниження швидкості охолодження в інтервалі флокеноутворення.

 

Вплив елементів на поліморфізм заліза

 

Всі елементи, які розчиняються в залозі, впливають на температурний інтервал існування його алотропічних модифікацій (А = 911^oС, А =1392^oС).

Залежно від розташування елементів у періодичній системі й будови кристалічної решітки легуючого елемента можливі варіанти взаємодії легуючого елемента із залізом. Їм відповідають і типи діаграм стану сплавів системи залізо - легуючий елемент (мал.)

Б ільшість елементів або підвищують А і знижують А , розширюючи існуючі модифікації (мал.), або знижують А₄ і підвищують А , звужуючи область існування – модифікації (мал.).

Схематичні діаграми стану Fe - легуючий елемент. а - для елементів, що розширюють область існування модифікації; б - для елементів, звужуючих область існування модифікації

 

Понад певного змісту марганцю, нікелю й інших елементів, що мають гранецентровану кубічну решітку, стан існує як стабільне від кімнатної температури до температури плавлення, такі сплави на основі заліза називаються аустенітними.

При змісті ванадію, молібдену, кремнію й інших елементів, що мають об’ємноцентровану кубічну решітку. вище певної межі стійким при всіх температурах є - стан. Такі сплави на основі заліза називаються феритними.

Аустенітні й феритні сплави не мають перетворень при нагріванні й охолодженні.