- •Часть II
- •Глава 1. Металлы и сплавы 7
- •Глава 2. Материалы из неорганических 75
- •Глава 3. Полимерные пластические материалы (пластмассы) 97
- •Глава 4. Материалы из органических веществ 107
- •Введение
- •Глава 1. Металлы и сплавы
- •1.1. Железо и сплавы на его основе
- •1.1.1. Система железо – углерод
- •1.1.1.1. Компоненты и фазы железоуглеродистых сплавов
- •1.1.1.2. Процессы при структурообразовании железоуглеродистых сплавов
- •1.1.1.3. Структуры железоуглеродистых сплавов
- •1.1.2. Стали и сплавы
- •1.1.2.1. Влияние углерода и примесей на свойства сталей
- •1.1.2.2. Назначение легирующих элементов
- •1.1.2.3. Классификация сталей
- •1.1.2.4. Маркировка сталей
- •1.1.2.5. Конструкционные стали и сплавы
- •1.1.2.5.1. Конструкционные строительные стали и сплавы
- •1.1.2.5.2. Конструкционные машиностроительные стали и сплавы общего назначения
- •1.1.2.5.3. Конструкционные машиностроительные стали и сплавы специального назначения
- •1.1.2.6. Инструментальные стали и сплавы
- •1.1.2.7. Стали и сплавы с особыми физическими свойствами
- •1.1.2.7.1. Стали и сплавы с заданным температурным коэффициентом линейного расширения
- •1.1.2.7.2. Стали и сплавы с высоким электросопротивлением
- •1.1.2.7.3. Магнитные стали и сплавы
- •1.1.3. Чугуны
- •1.1.3.1. Диаграмма состояния железо – графит
- •1.1.3.2. Процесс графитизации
- •1.1.3.3. Строение, свойства, классификация и маркировка чугунов
- •1.1.3.3.1. Влияние состава чугуна на процесс графитизации
- •1.1.3.3.2. Влияние графита на механические свойства отливок
- •1.1.3.3.3. Серый чугун
- •1.1.3.3.4. Высокопрочный чугун с шаровидным графитом
- •1.1.3.3.5. Ковкий чугун
- •1.1.3.3.5. Отбеленные и другие чугуны
- •1.1.4. Виды термической обработки металлов
- •1.1.4.1. Превращения, протекающие в структуре стали при нагреве и охлаждении
- •2. Превращение аустенита в перлит при медленном охлаждении.
- •3. Превращение аустенита в мартенсит при высоких скоростях охлаждения
- •4. Превращение мартенсита в перлит.
- •1.1.4.2. Технологические возможности и особенности отжига, нормализации, закалки и отпуска
- •1.1.4.2.1. Отжиг и нормализация. Назначение и режимы
- •1.1.4.2.2. Закалка
- •1.1.4.3.3. Отпуск
- •1.1.5. Химико-термическая обработка стали
- •1.1.6. Методы упрочнения стали
- •1.1.6.1. Термомеханическая обработка стали
- •1.1.6.2. Поверхностное упрочнение стальных деталей
- •1.1.6.2.1. Закалка токами высокой частоты
- •1.1.6.2.2. Газопламенная закалка
- •1.1.6.3. Старение
- •1.1.6.4. Обработка стали холодом
- •1.1.6.5. Упрочнение методом пластической деформации
- •1.2. Титан и сплавы на его основе
- •1.3. Тугоплавкие металлы и сплавы на их основе
- •1.4. Цветные металлы и сплавы на их основе
- •1.4.1. Медь и сплавы на ее основе
- •1.4.1.1. Медь
- •1.4.1.2. Латуни
- •1.4.1.3. Бронзы
- •1.4.1.4. Медно-никелевые сплавы
- •1.4.2. Алюминий и сплавы на его основе
- •1.4.2.1. Деформируемые сплавы, не упрочняемые термической обработкой
- •1.4.2.2. Деформируемые сплавы, упрочняемые термической обработкой
- •1.4.2.3. Литейные алюминиевые сплавы
- •1.4.3. Магний и сплавы на его основе
- •1.4.3.1. Деформируемые магниевые сплавы
- •1.4.3.2. Литейные магниевые сплавы
- •1.4.4. Антифрикционные (подшипниковые) сплавы на оловянной, свинцовой и цинковой основах
- •1.4.5. Припои
- •1.5. Композиционные материалы
- •1.6. Материалы порошковой металлургии
- •1.6.1. Пористые порошковые материалы
- •1.6.2. Конструкционные порошковые материалы
- •1.6.3. Электротехнические порошковые материалы
- •1.6.4. Магнитные порошковые материалы.
- •1.7. Металлические стекла
- •2.1.2. Минеральные неорганические вяжущие вещества и материалы на их основе
- •2.1.3. Искусственные каменные материалы
- •2.1.3.1. Бетоны
- •2.1.3.2. Силикатные материалы и изделия автоклавного твердения
- •2.1.3.3. Строительные растворы
- •2.2. Каменные плавленые материалы (каменное литье)
- •2.3. Неорганические полимерные материалы
- •2.3.1. Графитовые материалы
- •2.3.2. Асбестовые материалы и изделия
- •2.3.3. Слюдяные материалы
- •2.3.4. Керамические материалы
- •2.3.5. Неорганическое стекло
- •Материалы и изделия из стекла
- •2.3.6. Ситаллы
- •Глава 3. Полимерные пластические материалы (пластмассы)
- •3.1. Состав пластических материалов
- •3.2. Характеристики пластмасс и изделий на их основе
- •3.2.1. Пластмассы с листовым наполнителем
- •3.2.2. Пластмассы с волокнистым наполнителем
- •3.2.3. Пластмассы без наполнителя
- •3.2.4. Пластмассы с газовоздушным наполнителем
- •3.2.5. Стандартизированные изделия из пластмасс
- •Глава 4. Материалы из органических веществ
- •4.1. Лесоматериалы
- •4.1.1. Круглые лесоматериалы
- •4.1.2. Пиломатериалы
- •4.1.3. Древесные материалы и изделия на их основе
- •4.2. Бумажные материалы
- •4.2.1. Бумага и изделия на ее основе
- •4.2.2. Картон и изделия на его основе
- •4.3. Резиновые материалы
- •4.3.1. Состав резиновых материалов
- •4.3.2. Классификация резиновых материалов по назначению и области применения
- •4.4. Органические вяжущие вещества и материалы на их основе
- •4.4.1. Битумные и дегтевые вещества
- •4.4.2. Асфальтовые строительные растворы и бетоны
- •4.4.3. Мастики кровельные и гидроизоляционные
- •4.4.4. Нефтяные эмульсии и пасты
- •Список использованных источников
- •Часть II
- •184200, Мурманская обл., г. Апатиты, ул. Космонавтов, 3
1.1.2.6. Инструментальные стали и сплавы
Инструментальные стали и сплавы - литые твердые сплавы. Твердые сплавы — материалы с высокой твердостью, прочностью, режущими и другими свойствами, сохраняющимися при нагреве до высоких температур. Различают литые и спеченные {порошковые) твердые сплавы.
Инструментальные стали предназначены для изготовления режущего и измерительного инструмента, штампов холодного и горячего деформирования, а также ряда деталей точных механизмов и приборов: пружин, подшипников качения, шестерен и др. Часто из таких сталей изготавливают только рабочую (режущую) часть инструмента, а крепежные части выполняют из конструкционных сталей.
Основными потребительскими требованиями к инструментальным сталям являются высокие твердость, износостойкость и прочность при хорошей (500...800 °С) теплостойкости. Кроме эксплуатационных свойств для инструментальных сталей большое значение имеют технологические свойства: прокаливаемость, малые объемные изменения при закалке, обрабатываемость давлением, резанием, шлифуемость.
Необходимые свойства инструментальным сталям придают карбидные фазы, так как именно их присутствие обусловливает высокие прочностные показатели и твердость.
Для обеспечения необходимых свойств применяют специальное легирование и термическую обработку. Так, обеспечение теплостойкости достигается легированием сталей вольфрамом, молибденом, ванадием, а легирование хромом и марганцем повышают их прокаливаемость.
Термическая обработка инструментальных сталей, как правило, включает закалку и низкий отпуск. Режимы термической обработки в зависимости от химического состава сталей и требований к их твердости и прочности установлены ГОСТ 5950—73 и ГОСТ 19265—73.
Инструментальные стали классифицируются (ГОСТ 1435—90 и ГОСТ 5950—73) по основному потребительскому свойству на стали высокой твердости, стали повышенной вязкости и теплостойкие стали. Стали высокой твердости и повышенной вязкости используются как нетеплостойкие.
Инструментальные стали высокой твердости по химическому составу могут быть высокоуглеродистыми (0,68…1,35 % С) и низколегированными (Mn, Si, Cr и др.). Структура этих сталей после термообработки — мартенсит и перлит. Температура эксплуатации для изделий из таких сталей до 190...225 °С; при этом их твердость — 60...68 HRC.
Инструментальные стали высокой твердости (У10...У13, У10А...У13А, 13Х, ХВСГ, 9ХФ, 7ХГ2ВМ и др.) классифицируют по прокаливаемости на стали небольшой, повышенной и высокой прокаливаемости. Величина прокаливаемости определяет размер изделия. Так, инструментальные стали небольшой прокаливаемости используют для изготовления тонкого инструмента диаметром менее 12...15 мм, а стали высокой прокаливаемости — для массивного инструмента и инструмента сложной формы.
Стали повышенной вязкости по химическому составу - среднеуглеродистые (0,60...0,74 % С), среднелегированные (Mn, Si, Сг и др.). Для изделий из этих сталей температура эксплуатации, как правило, 200°С, а их твердость — 62 HRC. Стали повышенной вязкости (У7А, 7ХФ, 6ХС) используются для изготовления инструментов для обработки древесины (пилы, ножи и др.).
Инструментальные теплостойкие стали по температуре эксплуатации в свою очередь делят на стали собственно теплостойкие (500...800°С) и полутеплостойкие (до 500 °С). По химическому составу эти стали являются углеродистыми (0,22...1,65 % С), высоколегированными (Mn, Si, Cr, W, Мо и др.).
Теплостойкие стали высокой твердости объединяют в группу так называемых быстрорежущих сталей, маркируемых по ГОСТ 19265—73, буквой Р (режущие). После буквы Р в марке следует цифра, указывающая среднее содержание в процентах вольфрама – главного легирующего элемента этих сталей (буква В — его условное обозначение — пропускается); затем указываются принятыми в обозначении, как и в остальных сталях, буквами другие легирующие элементы с цифрами, указывающими их содержание в процентах, если это содержание больше 1...2 %. В состав всех быстрорежущих сталей непременно входят углерод (0,8...1,25 %), хром (около 4 %) и ванадий (1…2%), содержание которых в марке не указывается.
Фазовый состав быстрорежущих сталей в отожженном состоянии представлен легированным ферритом и карбидами М6С, М23С6, МС, М3С. Основным карбидом является М6С. Количество карбидной фазы в стали Р18 достигает 25...30 %, а в стали Р6М5 — 22 %.
Обработка быстрорежущих сталей включает горячую ковку литых заготовок, отжиг, закалку и многократный (чаще трехкратный) отпуск. Структура после закалки - мартенсит + карбиды + остаточный аустенит. Отпуск вызывает превращение остаточного аустенита в мартенсит и дисперсионное твердение. Это сопровождается увеличением до HRC 64 твердости (вторичная твердость) за счет выделения частиц цементита. Для улучшения режущих свойств и повышения износостойкости некоторые виды инструментов подвергают низкотемпературному (540...570 °С) цианированию, в результате которого на поверхности стали образуется тонкий слой высокой твердости (1000... 1100 HV).
Полутеплостойкие (Х12М, 5ХНМ) и теплостойкие (Р12, Р6М5, Р18; Р12ФЗ, Р13Ф4К5, Р9М4К8; В11М7К23, 4Х5МФС, 4Х5В2ФС, 4Х4ВМФС, 45ХЗВЗМФС, 2Х8В8М2К8) стали используются для изготовления режущих инструментов (например, фрезы, сверла) и штампов, пуансонов. Для инструментальных сталей при температуре эксплуатации до 650°С твердость должна быть 60 ...62 HRC, а для штамповых —45...52 HRC до 700°С.
Инструментальные стали для измерительного инструмента (плиток, калибров, шаблонов) помимо твердости и износостойкости должны сохранять постоянство размеров и хорошо шлифоваться. Обычно используют стали У8...У12, X, ХВГ, Х12Ф1. Необходимые требования обеспечивают применением обработки холодом до -60 °С (нередко многократной) и отпуска при 120... 130°С непосредственно после закалки.
Измерительные скобы, шкалы, линейки и другие плоские и длинные инструменты изготовляют из листовых сталей 15, 15Х. Для получения рабочей поверхности с высокой твердостью и износостойкостью инструменты подвергают цементации и закалке.