Презентация по дисциплине "Процессы формообразования и инструменты" на тему "Инструментальные стали"

• 1 слайд

  
  
  Инструментальные стали
  

• 2 слайд

  
  Инструментальная углеродистая сталь — сталь с содержанием углерода от 0,7 % и выше. Эта сталь отличается высокой твёрдостью и прочностью (после окончательной термообработки) и применяется для изготовления инструмента. Инструментальная углеродистая сталь делится на качественную и высококачественную. Содержание серы и фосфора в качественной инструментальной стали — 0,03 % и 0,035 %, в высококачественной — 0,02 % и 0,03 % соответственно.
  Достоинство углеродистых инструментальных сталей состоит в основном в их малой стоимости и достаточно высокой твёрдости по сравнению с другими инструментальными материалами. К недостаткам следует отнести малую износостойкость и низкую красностойкость.
  
  

• 3 слайд

  
  
  Инструментальные материалы подразделяются на стали, твердые сплавы и сверхтвердые материалы - алмаз и кубический нитрид бора. Наиболее обширную и важную в практическом отношении группу составляют инструментальные стали. Они предназначены для изготовления инструментов четырех типов:
  1)режущих;
  2)измерительных;
  3)Штампов холодного деформирования;
  4)Штампов горячего деформирования.
  Номенклатура и условия работы инструментов каждого типа отличаются большим разнообразием. Только режущих инструментов существует более тысячи типоразмеров. Характерным условием для эксплуатации инструментов (особенно режущих и штамповых) являются высокие контактные давления на рабочую кромку, вызывающие их изнашивание. Оно в большинстве случаев сопровождается разогревом контактной поверхности до нескольких сотен градусов Цельсия. В связи с этим важнейшее условие работоспособности инструментов-высокая износостойкость материала, из которого они изготовлены.
  

• 4 слайд

  
  
  Материалы для режущих инструментов
  Основные свойства, которыми должен обладать материал для режущих инструментов, - износостойкость и теплостойкость. Условия работы инструментов зависят от режимов резания и свойств обрабатываемого материала. Чем больше скорость резания, сечение снимаемой стружки, а также прочность и вязкость обрабатываемого материала, тем вьппе температура нагрева режущей кромки инструментов. При этих условиях работоспособность инструментов определяется высокой «горячей» твердостью и способностью материала сохранять ее при длительном нагреве, т. е. теплостойкостью. От теплостойкости материала, таким образом, зависит производительность резания.
  По теплостойкости применяемые материалы подразделяют на следующие группы:
  1) углеродистые и низколегированные стали с теплостойкостью до 200 °С;
  2) высоколегированные быстрорежущие стали с теплостойкостью до 600-640 °С;
  3) твердые сплавы с теплостойкостью до 800-1000°С;
  4) сверхтвердые материалы с теплостойкостью до 1200 °С.
  

• 5 слайд

  
  Углеродистые стали
  Углеродистые стали. Углеродистые стали (ГОСТ 1435 - 74) производят качественными У7, У8, У9, У13 и высококачественными У7А, У8А, У9А,У13А. Буква У в марке показывает, что сталь углеродистая, а Щ1-фра-среднее содержание углерода в десятых долях процента. Углеродистые стали поставляют после отжига на зернистый перлит. Благодаря невысокой твердости в состоянии поставки (НВ 1870-2170) углеродистые стали хо-
  рошо обрабатываются резанием и деформируются, что позволяет применять накатку, насечку и другие высокопроизводительные методы изготовления инструментов.
  Из-за низкой прокаливаемости (10-12 мм) углеродистые стали пригодны для мелких инструментов или инструментов с поперечным сечением до 25 мм с незакаленной сердцевиной, в которой режущая часть приходится на поверхностный слой (метчики, развертки, напильники и т. п.). Несквозная закалка уменьшает деформацию инструментов и повышает благодаря вязкой сердцевине их устойчивость к ударам и вибрациям. Инструмент с поперечным сечением 15 - 25 мм охлаждают в воде или водных растворах солей и щелочей. Инструменты с незакаленной сердцевиной меньшего сечения для уменьшения деформаций и опасности растрескивания охлаждают в масле или расплавах солей при 160-200 °С.
  

• 6 слайд

  
  
  Основное свойство этих сталей - высокая теплостойкость. Она обеспечивается введением большого количества вольфрама совместно с другими карбидообразующими элементами: молибденом, хромом, ванадием.
  Вольфрам и молибден в присутствии хрома связывают углерод в специальный труднокоагулируемый при отпуске карбид типа MgC и задерживают распад мартенсита. Вьщеление дисперсных карбидов, которое происходит при повышенных температурах отпуска (500-600 °С), вызывает дисперсионное твердение мартенсита-явление вторичной твердости. Особенно эффективно вторичная твердость и теплостойкость повышаются при введении нескольких сильных карбидообра-зователей, например, вольфрама (одного или совместно с молибденом) и ванадия. При отпуске ванадий, вьщеляясь в виде карбидов, усиливает дисперсионное твердение, а вольфрам (молибден), сохраняясь в мартенсите, задерживает его распад.
  Увеличению теплостойкости способствует также кобальт. Он не образует карбидов, но, повышая энергию межатомных сил связи, затрудняет коагуляцию карбидов и увеличивает их дисперсность.
  Высоколегированные быстрорежущие стали
  

• 7 слайд

  
  
  Твердые сплавы
  Твердые сплавы изготовляют методом порошковой металлургии. Порошки карбидов смешивают с порошком кобальта, выполняющего роль связки, прессуют и спекают при 1400-1550°С. При спекании кобальт растворяет часть карбидов и плавится. В результате получается плотный материал, структура которого на 80-95% состоит из карбидных частиц, соединенных связкой. Увеличение содержания связки вызывает снижение твердости, но повышение прочности и вязкости. Твердые сплавы производят в виде пластин, которыми оснащают резцы, сверла, фрезы и другие режущие инструменты. Такие инструменты сочетают высокую твердость HRA 85-92 {HRC 1А-1Ь) и износостойкость с высокой теплостойкостью (800 1000 °С). По своим эксплуатационным свойствам они превосходят инструменты из быстрорежущих сталей и применяются для резания с высокими скоростями.
  Твердые сплавы характеризуются также высоким модулем упругости (до 6,8 10 МПа) и пределом прочности на сжатие (до 6000 МПа). Недостатки-сложность изготовления фасонных изделий, высокая хрупкость.
  

• 8 слайд

  
  
  Сверхтвердые материалы
  Их широко применяют для оснащения (вставками) лезвийных инструментов (резцы, сверла, торцовые фрезы). Такие инструменты используют для чистовой размерной обработки при высоких скоростях резания (100-200 м/мин и более).
  Среди сверхтвердых материалов первое место принадлежит алмазу, твердость которого {HV 100000) в 6 раз превосходит твердость карбида вольфрама {HV 17000) и в 8 раз-твердость быстрорежущей стали (ЯК 13000). Преимущественное применение имеют синтетические алмазы (борт, баллас, карбонадо) поликристаллического строения, которые по сравнению с монокристаллами отличаются меньшей хрупкостью и стоимостью. Алмаз теплостоек до 800 °С (при большем нагреве он графитизируется). Относительно небольшая теплостойкость компенсируется высокой теплопроводностью алмаза, снижающей разогрев режущей кромки инструментов при высоких скоростях резания.
  

• 9 слайд

  
  
  ____________ ________________ ______
  Инструментальные стали делятся на четыре категории:
  
  - Пониженной прокаливаемости (углеродистые)
  - Повышенной прокаливаемости (легированные)
  - Штамповые стали
  - Быстрорежущие
  

• 10 слайд

  
  
  Стали пониженной прокаливаемости
  Углеродистые конструкционные стали подразделяются на стали обыкновенного качества и качественные. Стали обыкновенного качества, особенно кипящие, наиболее дешевые. Стали отливают в крупные слитки, вследствие чего в них развита ликвация и они содержат сравнительно большое количество неметаллических включений. С повышением условного номера марки стали возрастает предел прочности и текучести и снижается пластичность. Из сталей обыкновенного качества изготовляют горячекатаный рядовой прокат: балки, швеллеры, уголки, прутки, а также листы, трубы и поковки. Стали в состоянии поставки широко применяют в строительстве для сварных, клепанных и болтовых конструкций. С повышением содержания в стали углерода свариваемость ухудшается. Качественные углеродистые стали маркируют цифрами 08, 10, 15,..., 85, которые указывают среднее содержание углерода в сотых долях процента.
  
  

• 11 слайд

  
  
  Стали повышенной прокаливаемости
  Легированные стали широко применяют в тракторном и сельскохозяйственном машиностроении, в автомобильной промышленности, тяжелом и транспортном машиностроении в меньшей степени в станкостроении, инструментальной и других видах промышленности. Это стали применяют для тяжело нагруженных металлоконструкций. Стали, в которых суммарное количество содержание легирующих элементов не превышает 2.5%, относятся к низколегированным, содержащие 2.5-10% - к легированным, и более 10% к высоколегированным (содержание железа более 45%). Наиболее широкое применение в строительстве получили низколегированные стали, а в машиностроении - легированные стали.
  Легированные конструкционные стали маркируют цифрами и буквами. Двухзначные цифры, приводимые в начале марки, указывают среднее содержание углерода в сотых долях процента, буквы справа от цифры обозначают легирующий элемент. Пример, сталь 12Х2Н4А содержит 0.12% С, 2% Cr, 4% Ni и относится к высококачественным, на что указывает в конце марки буква А .
  

• 12 слайд

  
  
  Штамповые стали
  Сталь для штамповки в холодном состоянии обычно должна обладать высокой твёрдостью, обеспечивающей устойчивость стали против истирания, хотя и вязкость, особенно для пуансонов, имеет первостепенное значение.
  Сталь для «горячих штампов» должна иметь низкую чувствительность к местным нагревам.
  Кроме перечисленных выше свойств, от стали, из которой изготавливаются штампы больших размеров, требуется повышенная прокаливаемость. Сталь, применяемая для штампов и пуансонов сложных конфигураций, должна мало деформироваться при закалке. Металл, применяемый для горячих штампов, должен обладать определёнными свойствами, такими как: жаропрочность, красностойкость, термостойкость, вязкость, прокаливаемость, отпускная хрупкость, слипаемость.
  

• 13 слайд

  
  
  Применение инструментальной стали
  - У7, У7А
  Для обработки дерева: топоров, колунов, стамесок, долот; пневматических инструментов небольших размеров: зубил, обжимок, бойков; кузнечных штампов; игольной проволоки; слесарно-монтажных инструментов: молотков, кувалд, бородок, отвёрток, комбинированных плоскогубцев, острогубцев, боковых кусачек.
  
  У8, У8А, У8Г, У8ГА, У9, У9А
  Для изготовления инструментов, работающих в условиях, не вызывающих разогрева режущей кромки; обработки дерева: фрез, зенковок, поковок, топоров, стамесок, долот, пил продольных и дисковых; накатных роликов, плит и стержней для форм литья под давлением оловянно-свинцовистых сплавов. Для изготовления плоских и витых пружин и пружинящих деталей сложной конфигурации.
  
  - У10А, У12А
  Для сердечников.
  
  - У10, У10А
  Для игольной проволоки.
  

• 14 слайд

  
  
  -У10, У10А, У11, У11А
  Для изготовления инструментов, работающих в условиях, не вызывающих разогрева режущей кромки; обработки дерева: пил ручных поперечных и столярных, пил машинных столярных, сверл спиральных; штампов холодной штамповки (вытяжных, высадочных, обрезных и вырубных) небольших размеров и без резких переходов по сечению; калибров простой формы и пониженных классов точности; накатных роликов, напильников, шаберов слесарных и др. Для напильников, шаберов холоднокатаной термообработанной ленты толщиной от 2,5 до 0,02 мм, предназначенной для изготовления плоских и витых пружин и пружинящих деталей сложной конфигурации, клапанов, щупов, берд, ламелей доильных ножей, конструкционных мелких деталей, в том числе для часов и т. д.
  
  - У12, У12А
  Для метчиков ручных, напильников, шаберов слесарных; штампов для холодной штамповки обрезных и вырубных небольших размеров и без переходов по сечению, холодновысадочных пуансонов и штемпелей мелких размеров, калибров простой формы и пониженных классов точности.
  
  - У13, У13А
  Для инструментов с пониженной износостойкостью при умеренных и значительных удельных давлениях (без разогрева режущей кромки); напильников, бритвенных лезвий и ножей, острых хирургических инструментов, шаберов, гравировальных инструментов.