Методические указания к лабораторной работе № 7 термоупрочнение высокохромистых инструментальных сталей

по дисциплине

Машиностроительные материалы

Направление подготовки: 150100 "Металлургия"

Специальность: 150105

«Металловедение и термическая обработка металлов»

Форма обучения очная

Тула 2010

Методические указания к лабораторным работам составлены доцентом Мельниченко Н.В. и обсуждены на заседании кафедры ФММ ЕН факультета

протокол № 1 от « 1 » сентября 2010 г.

Зав. кафедрой _______________Г.В. Маркова

Методические указания к лабораторным работам пересмотрены и утверждены на заседании кафедры ФММ ЕН факультета

протокол №__ от «__»______________20__ г.

Зав. кафедрой ___________________________

I. Цель и задачи работы

Изучить влияние режимов термической обработки на фазовый состав и свойства инструментальных сталей типа Х12.

Задачи исследования:

- изучить влияние температуры закалки на содержание в закалённой стали остаточного аустенита и карбидной фазы;

- изучить влияние фазового состава закалённой стали на её твёрдость.

2. Общее положение (теоретические сведения)

Инструментальные стали с 12 % хрома относятся к группе высоко износостойких штамповых сталей.

Таблица I

Химический состав сталей

Марка стали	% С	% Cr	% Mo	% V
Х12 X12Ф1 X12М	1,95–2,20 1,15–1,45 1,45–1,65	11,0–12,0 11,0–12,0 11,0–12,0	– – 0,40–0,60	– 0,70–0,90 –

Высокая износостойкость этих сталей обеспечивается большой удельной долей в их структуре карбидной фазы /16…20 %/ типа Cr₇C₃ и Cr₂₃C₆. Такого состава карбиды образуются в стали лишь при высоком содержании хрома /более 11 %/ и углерода /около 2 %/. Но при таком составе сталь склонна к развитой ликвации по углероду, что проявляется в неравномерном распределении карбидов по объёму, анизотропии свойств стали, ухудшении шлифуемости и т.п.

Снижение содержания углерода уменьшает карбидную ликвацию, но приводит к образованию карбида цементитного типа /Ме₃С/, который обладает меньшей термической стабильностью и снижает износостойкость стали. Введение в такую сталь сильных карбидообразователей, таких как вольфрам, молибден или ванадий, стабилизирует карбид Cr₂₃C₆ при меньших содержаниях, но с пониженной ликвацией и лучшими технологическими свойствами.

Стали Х12Ф1 и Х12М нашли широкое применение при изготовлении фильер, инструмента для холодной экструзии, штампов холодной деформации металлов, накатного инструмента, а также деталей машин и станков, претерпевающих эрозионный износ в процессе эксплуатации.

Эксплуатационные свойства сталей типа Х12 определяются режимами термической обработки. Так как хром уменьшает растворимость углерода в аустените, для получения высокой твёрдости мартенсита, содержащего не менее 0,5 % С, требуется высокотемпературный нагрев под закалку. При нагреве стали от 900 до 1200 ⁰С увеличивается доля растворённых карбидов и аустенит насыщается углеродом от 0,2 до 0,9 % и хромом от 3,0 до 9,0 % соответственно. Повышение степени легированности аустенита приводит к его стабилизации и, как следствие, к увеличению количества остаточного аустенита в закалённой стали от 5,0 до 9,0 %. Доля карбидной фазы уменьшается до 1,0 %.

Максимальную прочность и износостойкость стали получают после закалки от температур 950…1050 ⁰С. Повышенную вязкость и удовлетворительную прочность и износостойкость можно получить после закалки от повышенных температур /1150…1175 ⁰С/ с последующим двукратным или трёхкратным отпуском на вторичную твёрдость /500…550 ⁰С/.

Данные стали позволяют производить бездеформационное упрочнение деталей. Технологический процесс такого упрочнения состоит из закалки от температур, сохраняющих в структуре около 30 % остаточного аустенита и последующего низкого отпуска. Такое содержание аустенитной фазы компенсирует увеличение объёма детали, обусловленное мартенситным превращением.

Т.о., фазовый состав сталей типа Х12 определяет их эксплуатационные свойства. Его можно регулировать посредством изменения параметров технологии термической обработки.