Инструментальные стали

Инструментальные стали

Инструментальная сталь широко используется для производства режущего инструмента наряду с минералокерамикой и твердыми сплавами. Но, в отличие от этих материалов, она обладает меньшей износостойкостью и теплостойкостью. В то же время она дешевле, поэтому ее замена на сверхпрочные материалы часто экономически нецелесообразна.

Для улучшения режущих свойств материал подвергается обработке различными способами: как химическими, так и физическими. Рассмотрим методы повышения тепло- и износостойкости специального и универсального режущего инструмента.

Хромистые стали

Для средненагруженных деталей небольших размеров применяют хромистые стали марок 30Х, 38Х, 40Х, 50Х. С увеличением содержания углерода возрастает прочность, но снижается пластичность и вязкость.

Прокаливаемость сталей невелика и для ее увеличения легируется бором (0,002…0,005%). Критический диаметр стали 35ХР при закалке в воде составляет 30…45 мм, а в масле 20…30 мм.

Введение 0,1…0,2 % ванадия (40ХФА) повышает механические свойства хромистых сталей, главным образом вязкость, вследствие лучшего раскисления и измельчения зерна без увеличения прокаливаемости. Эти стали применяют для изделий, работающих при повышенных динамических нагрузках. Значение механических свойств некоторых улучшаемых сталей после термообработки приведены в таблице 10.

Обладают высокой прокаливаемостью, прочностью, хорошей вязкостью. Применяются для изготовления крупных изделий сложной конфигурации, работающих при вибрационных и динамических нагрузках. Никель, особенно в сочетании с молибденом, сильно снижает порог хладноломкости. Чем выше содержание никеля, тем ниже допустимая температура применения стали и выше ее сопротивления хрупкому разрушению. Рекомендуется вводить до 3 % Ni. При большем содержании получается много остаточного аустенита. Для тяжелонагруженных деталей с диаметром сечения до 70 мм используют стали марок 40ХН, 45ХН, 50ХН.

Кроме молибдена, добавляют ванадий, который способствует получению мелкозернистой структуры. Стали марок 38ХН3МФ и 36Х2Н2МФА применяют для деталей больших сечений (1000…1500 мм и более). В сердцевине после закалки образуется бейнит, а после отпуска — сорбит. Стали обладают высокой прочностью, пластичностью и вязкостью, низким порогом хладноломкости. Молибден, присутствующий в стали, повышает ее теплостойкость. Эти стали можно использовать при температурах 400…450 0 С при изготовлении наиболее ответственных деталей турбин, компрессоров, для которых требуется материал особой прочности в крупных сечениях (поковки валов и цельнокованных роторов турбин, валы высоконапряженных турбовоздуходувных машин, детали редукторов и т.д.).

Прокаливаемость

Механические свойства элементов конструкции зависят от однородности структуры металла, которая напрямую зависит от сквозной прокаливаемости, минимального диаметра. Данный параметр характеризует образование более половины мартенсита. Так в таблице приведены некоторые показатели, при которых выдерживается критический диаметр.

Марка стали Проведение закалки при температуре, °С Критический диаметр, мм
Среда интенсивного охлаждения
вода масло
45 840…850 до 9 до 25
45Г2 840…850 до 18 до 34
40ХН2МА 840…850 до 110 до 142
38Х2МФА 930 до 72 до 86

Как показывает практика, на прокаливаемость большое влияние оказывают легирующие элементы. Особенно это заметно при наличии никеля. Его присутствие позволяет закаливать детали большого диаметра. Так из стали 40ХН2МА можно выточить и подвергнуть термообработке ответственную деталь диаметром свыше 100 мм с сохранением приданных свойств по всему объему.

Что называется термической обработкой металла: основы, общие принципы

В процессе данной технологии кристаллическая решетка болванки преобразуется. Задача – изменить свойства, а не ее конфигурацию и габариты. По завершении заготовка приобретает требуемые по технологии параметры и уникальное строение. Рассмотрим, для чего нужна закалка металла и как она влияет на структуру стали после процедуры:

  • • для улучшения технологических характеристик посредством разупрочнения, данный процесс применяют в качестве подготовительной операции или промежуточного этапа;
  • • для получения требуемых технических характеристик посредством упрочнения либо приобретения специализированной структуры;
  • • для фиксации размера и конфигурации, а также получения новых свойств заготовки.

Все процедуры допускаются только на материалах, в которых температурные превращения выполняются подобным образом. Воздействие температурой применяют с целью производства режущих элементов оснастки, станков, машин и производственного оборудования. Отвечая на вопрос, какие виды стали подвергаются закалке, отметим, что процедура подходит для металлов любых марок, требующих повышения износоустойчивости.

Сульфоцианирование

Данная обработка в большей степени напоминает процесс цианирования. Поверхность насыщается не только углеродом и азотом, но также и серой. Сульфоцианированные детали в большей степени обладают такими же характеристиками как и цианированные. Лучше всего сульфоцианированные детали показали себя в механизмах на средних нагрузках. Благодаря немного другой схеме цианирования предупреждается схватывание и наволакивание металла.

Нормальная температура плавления смеси составляет 560-580 градусов. Обработку стальных сплавов проводят преимущественно в жидких средах, но также возможно и в газовых. Так как сульфоцианированные детали обладают чуть большей прочностью, то их использование оправданно в качестве поршневых колец, чугунных втулок, разнообразных запчастей насоса.

Улучшение свойств инструментальных сталей в производстве универсального инструмента

Основной метод повышения режущих свойств универсального инструмента (выполненного из быстрорежущего материала и оснащенного твердосплавными пластинами) – это нанесение покрытий на режущую часть. Такие покрытия представляют собой твердые пленки толщиной около 100 мкм. Для их производства применяются:

  • оксиды ряда металлов;
  • искусственно выращенные алмазы;
  • соединения азота, углерода, бора и переходных металлов.

Инструментальная легированная сталь или твердый сплав, имеющие упрочняющую пленку, отличается более высокими режущими свойствами. При неизменной стойкости инструмента допустимая скорость резания увеличивается на 10…30% либо повышается период стойкости в 3…5 раз.

Условно все покрытия, которые наносятся на основной материал, делятся на ковалентные, металлические и ионные. Ниже в таблице 1 приведены свойства основных соединений.

Если сравнивать отдельные покрытия по критерию твердости, самыми твердыми из них будут кубический нитрид бора (5000 МПа по шкале Виккерса), карбид бора (4000 МПа), борид титана (3000 МПа). Максимальное значение параметра имеет алмаз – 8000 МПа.

На рис.1 представлены величины твердости основных покрытий.

Сегодня специальные стали и сплавы нередко покрываются твердыми пленками из искусственного алмаза. Согласно ГОСТ, свойства этого вещества близки к натуральному минералу. Производство заменителя происходит при высоких температурах и большом давлении, что позволяет получить расположение атомов углерода С, аналогичное природному составу.

В таком виде коронавирус переносят примерно 80% заболевших.

1 день — человек может чувствовать слабость, озноб, быструю утомляемость, сонливость или, наоборот, испытывать проблемы со сном.

Менее часто уже в первый день развивается высокая температура, начинается першение в горле и сухой кашель, мышечная и головная боль. Иногда может проявляться расстройство желудочно-кишечного тракта (ЖКТ) в виде диареи, рвоты, рези в животе, тошноты.

2-3 день — именно тогда, как правило, начинает развиваться кашель. Также появляется другой распространённый симптом — потеря обоняния и (или) вкуса. Продолжаются симптомы расстройства ЖКТ, если они были. Также продолжает держаться высокая температура, что, вкупе с потерей обоняния, уже может вызывать подозрение о коронавирусе.

4-5 день — симптомы продолжают развиваться, что практически убирает вероятность обычной ОРВИ.

6-14 день — «закат болезни». Симптомы ослабляются и исчезают. Относительно долго могут держаться утомляемость, заложенность носа, покашливание, отсутствие вкуса и запаха, но в итоге все они исчезают и приходит полное выздоровление.

Читайте также  Схема браслеты из бисера

Нормализация и её применение в практической деятельности

При назначении способа термообработки технолог должен учитывать концентрацию углерода. Стали, в которых содержание углерода не превышает 0,4%, могут быть обработаны и нормализацией и отжигом. Нормализация минимизирует размер зерен в структуре и повышает прочностные характеристики.

Сравнивая затраты времени между нормализацией и другими методами можно сделать вывод, что обработка другими способами, длится больше времени.

За счет скорости выполнения операции, охват большого количества сталей, качеством получаемых параметров (твердость, прочность и пр.), именно поэтому нормализацию широко применяют в машиностроении.