Для обработки металлов давлением применяют инструменты – штампы, пуансоны, ролики и т.Д. Стали, применяемые для изготовления инструмента такого рода, называют штамповыми сталями х12ф1
Для штамповки в холодном состоянии, из которой изготавливают штампы, обычно должна обладать высокой твёрдостью, обеспечивающей устойчивость стали против истирания, хотя и вязкость имеет также первостепенное значение. Широкое применение для холодных штамповок получили высокохромистые стали, обладающие высокой износоустойчивостью, повышенной теплопроводностью, малой деформируемостью при термической обработке.
Таблица 2. Химический состав стали Х12Ф1 для штампов холодного деформирования, % (ГОСТ 5950 – 73).
C |
Si |
Mn |
Cr |
V |
S |
P |
Ni |
Cu |
1,25 - 1,45 |
0,15 - 0,35 |
0,15 - 0,4 |
11 - 12,5 |
0,7 - 0,9 |
< 0,030 |
< 0,030 |
< 0,35 |
< 0,30 |
Все высокохромистые штамповые стали содержат в среднем 12 % Cr и высокий процент углерода. Это приводит к образованию большого количество хромистых карбидов (Cr7C3). Именно большое количество избыточной карбидной фазы (при всех режимах термической обработки) и делает сталь высокоизносоустойчивой. Способность этих карбидов переходить в раствор и в тем большей степени, чем выше нагрев под закалку, позволяет, изменяя температуру закалки, изменять свойства стали и её поведение при термической обработке.
Таблица 3. Режимы термической обработки стали Х12Ф1.
Режим |
Температура в ˚С |
Среда охлаждения |
Твердость HRC (после закалки) |
Количество аустенита, % |
Температура отпуска |
Число отпусков |
Твёрдость после отпуска |
1 |
1070 ± 10 |
масло (селитра) |
60 - 64 |
20 - 25 |
160 |
1 |
62 - 64 |
2 |
1070 ± 10 |
То же |
62 - 64 |
20 - 25 |
200 |
1 |
58 - 60 |
3 |
1170 ± 10 |
Масло+обработка холодом при -70˚С |
51 - 53 |
30 - 35 |
520 |
1 или 2 |
60 - 62 |
4 |
1120 ± 10 |
Масло |
57 - 59 |
35 - 45 |
Термическая доводка |
57 - 29 |
|
Примечание. 1 - обычный режим; 2 - если 1 не обеспечивает необходимой вязкости; 3 - для режущих инструментов, когда требуется износостойкость; 4 - когда требуется неизменность размеров. |
|||||||
Рис. 1. Влияние температуры закалки на твёрдость стали Х12Ф1, количество остаточного аустенита и изменение длины.
Наибольшая твёрдость в стали Х12Ф1 получается при закалке 1075˚С. Дальнейшее повышение температуры приводит к снижению твёрдости вследствие ещё большего растворения хромистых карбидов и увеличения количества остаточного аустенита.
Необходимую высокую твёрдость стали можно получить, закаливая её от высоких температур (1150˚С) в масле и получая, следовательно, большое количество остаточного аустенита, а затем путём обработки холодом и отпуска добиваться разложения остаточного аустенита и получать высокую твёрдость (>60). Но чаще эту сталь закаливают с температур, дающих наибольшую твёрдость после закалки (1050 - 1075˚С) и последующего низкого отпуска (при 150 -180˚С). Твёрдость в обоих случаях одинаковая (61 – 63), но в первом случае сталь обладает более высокой красностойкостью, а во втором – большей прочностью.
Так как в стали типа Х12Ф1 количество остаточного аустенита изменяется в широких пределах, то, естественно, что объём изменяется. При закалке на мартенсит сталь приобретает объём больший, чем исходный, а при закалке на аустенит – меньший. При некоторой температуре соотношение получающегося аустенита и мартенсита такого, что объём закаленной стали точно равен исходному. Это будет происходить при закалке с 1120˚С.
Если размеры штампа уменьшились, то даётся отпуск при 520˚С. В результате такого отпуска остаточный аустенит превратится частично в мартенсит и размеры штампа увеличатся. Если размеры штампа при закалке увеличились, то проводят отпуск при 350˚С. Аустенит при этих температурах отпуска остаётся, а мартенсит превращается в отпущенный и размеры штампа уменьшаются.
Эта операция носит название термической доводки. В результате термической доводки можно довести размеры штампов до требуемого значения с точностью ±0,1 мм.
Сталь Х12Ф1 мало деформируется при закалке, а при применении термической доводки деформацию можно свести практически к нулю. Поэтому эту сталь следует рекомендовать для инструмента сложной формы, для которого деформация при закалке недопустима.
Существенным недостатком стали Х12Ф1 является пониженная механическая прочность, обусловленная наличием в этой стали большого количества карбидной фазы. Строчечное распределение карбидов, скопление карбидов, т.е. всё то, что называется карбидной ликвидацией, сильно ухудшает прочность стали. Чем больше уков и чем меньше сечение металла, тем сильнее раздробляются скопления карбидов, тем лучше качество стали (рис. 2). Поэтому основательную проковку следует рекомендовать в тех случаях, когда штамп имеет крупные размеры.
Рис.2. Микроструктура стали Х12Ф1
№5 (в)
Для изготовления ряда деталей самолета выбран сплав Д16. Укажите состав и характеристики механических свойств сплава после термической обработки. Опешите способ упрочнения этого сплава и объясните природу упрочнения.
Сплав Д16 — s 0.2 =400МПа, s в =540МПа, d=11%.
Сплавы Д16. В конструкциях средней и повышенной прочности, Требующих повышенной долговечности при переменных нагрузках; в строительных конструкциях, не требующих высокой коррозионной стойкости, для изготовления ферм, а также для различных высоконагружаемых деталей и элементов-конструкций, за исключением штамповок и поковок. Ставится в конструкциях, работающих при температуре до 250° С.
Сплав Д16 - наиболее распространенный сплав. Относится к системе А l - Cu - Mg - Mn . Он интенсивно упрочняется термической обработкой. Сплав хорошо деформируется в горячем и холодном состоянии. Горячая деформация возможна в широком интервале температур от 350 0 до 450 ° C. Деформации при комнатной температуре сплав может подвергаться как в отожженном, так и в закаленном состоянии. Механические свойства полуфабрикатов после закалки и естественного старения в значительной мере зависят от условий предварительной обработки. Сплав Д16 удовлетворительно сваривается.
Сплав Д16 обладает более высокими пластическими характеристиками и жаропрочностью. При сварке термически упрочняемых сплавов сварной шов и околошовная зона значительно ослабляются, отчего снижается коррозионная стойкость. Поэтому сплавы этой группы относятся к несвариваемым. Сборку конструкций из этих сплавов осуществляют при помощи заклепочных и реже - болтовых соединений. Для производства профилей, применяемых при изготовлении тяжелонагруженных конструкций используют сплав Д16.
Сплав Д16 в качестве ковочного не используют, но выпускают в широком ассортименте в виде прессованных и катаных изделий.
Д16 изготавливают детали растянутой зоны крыльев и обшивку фюзеляжей, для обшивки гермокабин.
Обшивку самолетов производят из сплавов Д16, Д19 искусственно состаренных для увеличения коррозионной стойкости.
Упрочнение дуралюминов Д16 при термической обработке достигается в результате образования зон Гинье-Перстона сложного состава или упрочняющих фаз θ (CuAl2) S(Al2CuMg). Именно поэтому медь и магний в дуралюминах является главными легирующими компонентами, определяющими природу сплава.
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ПРИБОРОСТРОЕНИЯ И ИНФОРМАТИКИ
КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА
ПО
МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЮ
Вариант №3
Выполнил студент I курса
гр. ПР200100 Сивожелезов А.В.
Москва 2012