
- •Материаловедение
- •Лекция 1. Строение и свойства материалов
- •1.1. Материаловедение как научная дисциплина
- •1.2. Типы связей между атомами и молекулами
- •1.3. Атомно-кристаллическая структура металлов
- •1.4. Строение реальных кристаллических материалов
- •Лекция 2. Основы теории кристаллизации
- •2.1. Понятие фазы
- •2.2. Первичная кристаллизация
- •2.3. Форма кристалла и строение слитка
- •2.4. Вторичная кристаллизация
- •Лекция 3. Изменение структуры и свойств металлов в процессе пластической деформации
- •3.1. Виды деформаций
- •3.2. Механизмы пластической деформации и деформационное упрочнение
- •3.3. Процессы, происходящие в наклепанных металлах при нагреве
- •Лекция 4. Основы теории сплавов
- •4.1. Основные фазы в сплавах
- •4.2. Диаграмма состояния
- •Лекция 5. Диаграммы фазового равновесия
- •5.1. Диаграмма состояния сплавов с неограниченной растворимостью в твердом состоянии
- •5.2. Диаграмма состояния сплавов с полной нерастворимостью в твердом состоянии
- •5.3. Диаграмма состояния сплавов с ограниченной растворимостью в твердом состоянии
- •5.4. Диаграмма состояния сплавов, испытывающих превращения в твердом состоянии
- •5.5. Диаграмма состояния сплавов, компоненты которых образуют химическое соединение
- •5.6. Связь между свойствами сплавов и типом диаграммы состояния (правило Курнакова н.С.)
- •Лекция 6. Железо и его сплавы
- •6.1. Железо как конструкционный материал
- •6.2. Диаграмма состояния «железо - цементит»
- •6.3. Классификация и маркировка углеродистых сталей
- •6.4. Виды чугунов
- •Лекция 7. Теория термической обработки
- •7.1. Сущность термообработки
- •7.2. Превращение перлита в аустенит при нагреве
- •7.3. Превращения аустенита при охлаждении
- •7.4. Превращения, протекающие при нагреве закаленной стали
- •Лекция 8. Технология термической обработки
- •8.1. Виды термической обработки
- •8.2. Отжиг
- •8.3. Закалка
- •8.4. Нормализация
- •8.4. Отпуск
- •Лекция 9. Термомеханическая и химико-термическая обработка стали
- •9.1. Термомеханическая обработка
- •9.2. Химико-термическая обработка
- •Лекция 10. Машиностроительные стали
- •10.1. Виды машиностроительных сталей
- •10.2. Стали, не упрочняемые термической обработкой
- •10.3. Стали, упрочняемые в поверхностном слое
- •10.4. Стали, упрочняемые по всему сечению
- •10.5. Стали с улучшенной обрабатываемостью резанием
- •Лекция 11. Инструментальные стали и сплавы
- •11.1. Требования к инструментальным сталям и сплавам
- •11.2. Углеродистые инструментальные стали
- •11.3. Легированные стали для режущего инструмента
- •11.4. Твердые сплавы
- •11.5. Нетеплостойкие штамповые стали
- •11.6. Теплостойкие штамповые стали
- •11.7. Стали для измерительного инструмента
Лекция 11. Инструментальные стали и сплавы
11.1. Требования к инструментальным сталям и сплавам
Инструментальные стали предназначены для изготовления режущего, измерительного инструмента и штампов. Все виды инструмента подвергаются истиранию, часто испытывают высокие напряжения, как правило, изгиба или кручения. Для обеспечения износостойкости инструментальным сталям должна быть присуща высокая твердость, а для сохранения формы инструмента, предупреждения его поломок и выкрашивания рабочих кромок – высокая прочность при удовлетворительной вязкости.
К важному свойству инструментальных сталей, подвергающихся при резании или деформировании существенному нагреву, относится теплостойкость (красностойкость), т.е. устойчивость против отпуска с соответствующим изменением свойств (снижением твердости и износостойкости), а также разгаростойкость – отсутствие склонности к образованию поверхностных трещин при многократных циклах нагревания и охлаждения.
Стали для измерительного инструмента должны иметь высокую чистоту поверхности и стабильность размеров в готовом изделии.
Инструментальные стали и сплавы можно классифицировать как по назначению, так и по химическому составу (углеродистые, низколегированные, высоколегированные, твердые сплавы).
11.2. Углеродистые инструментальные стали
Из-за низкой прокаливаемости они пригодны для мелкого инструмента или для инструмента сечением до 25 мм с незакаленной сердцевиной. При несквозной закалке меньше деформации; вязкая сердцевина повышает устойчивость к ударам и вибрациям. В сечениях более 25 мм закаленный слой получается тонким и продавливается во время работы.
Стали
подвергают полной, а
- неполной закалке. Стали
,
обеспечивающие более высокую вязкость,
применяют для инструмента, подвергающегося
ударам: деревообделочного, слесарного,
кузнечного и штампового. После закалки
их отпускают при
на тростит (
).
Заэвтектоидные стали
используют после низкого отпуска со
структурой мартенсита и включениями
карбидов, обеспечивающих повышенную
износостойкость. Их применяют для
инструментов с высокой твердостью на
рабочих гранях (
):
режущего (напильники, пилы, метчики,
сверла, резцы и т.д.), измерительного
(калибры и т.д.) и небольших штампов,
работающих при невысоких нагрузках и
без нагрева.
Сталь
применяют для инструмента, требующего
наиболее высокой твердости: шаберов,
гравировального инструмента.
11.3. Легированные стали для режущего инструмента
По теплостойкости эти стали делятся на низко- и высоколегированные.
Низколегированные
стали (и др.) содержат повышенное количество
углерода и до
легирующих элементов. Их подвергают
неполной закалке и низкому отпуску. Эти
стали имеют структуру мартенсита и
избыточных карбидов (легированный
цементит) и характеризуются высокой
твердостью (
)
и износостойкостью, однако, как и
углеродистые, не обладают теплостойкостью.
Низколегированные стали по сравнению
с углеродистыми лучше прокаливаются и
менее склонны к перегреву, поэтому их
применяют для инструмента больших
размеров и сложной формы с рабочей
температурой до
.
Основное свойство
быстрорежущих
сталей –
высокая теплостойкость, которая
обеспечивается введением большого
количества вольфрама совместно с другими
карбидообразующими элементами (),
а также кобальтом. Инструмент из этих
сталей сохраняет высокую твердость до
и допускает в
раз более интенсивные режимы резания,
чем из сталей, не обладающих теплостойкостью.
По своим режущим свойствам быстрорежущие
стали делят на две группы:
группу нормальной производительности образуют вольфрамовые (
,
,
и др.) и вольфрамомолибденовые (
) стали, сохраняющие твердость не ниже
до температуры
;
группу повышенной производительности, к которой относятся стали, содержащие кобальт или повышенное количество ванадия:
,
,
и др. Они превосходят стали первой группы по теплостойкости
, твердости (
) и износостойкости, но уступают им по прочности и пластичности. Эти стали применяют для обработки высокопрочных сталей, коррозионностойких и жаропрочных сталей с аустенитной структурой и других труднообрабатываемых материалов.
Высокие режущие свойства быстрорежущие стали приобретают после закалки с высоких температур и последующего многократного отпуска. Структура стали в готовом изделии – мартенсит отпуска и карбиды. Отпуск обеспечивает выделение вторичных карбидов и распад остаточного аустенита.