1. Загальна характеристика виробу
1.1 Аналіз службового призначення виробу
Різець є найбільш поширеним інструментом. Його застосовують при роботі на токарному, револьверному, карусельні, розточувальні верстатах.
Різець зі швидкорізальної сталі застосовують для обробки конструкційних сталей.
1.2 Аналіз технологічних властивостей матеріалу
Сталь Р6М5 - це вольфрамомолібденовая сталь із вмістом вольфраму 6%. Вона має гарну закаліваемостью і прокаливаемостью, добре обробляється тиском, досить добре різанням через порівняно невисокій твердості в отожженном стан НВ не більше 255.
Р6М5 призначена для всіх видів ріжучих інструментів при обробці на звичайних швидкостях різання вуглецевих і середньолегованих конструкційних сталей.
1.3 Аналіз хімічного складу матеріалу
Хімічний склад швидкорізальних сталей відповідає ГОСТ 19265-73.
З
Si
Mn
Cr
W
V
Mo
Інші елементи
0,80-0,90
<0,5
<0,4
3,8-4,4
5,5-6,5
1,7-2,1
5,0-5,5
Таблиця 1. Хімічний склад Р6М5. Висока твердість і зносостійкість визначається вмістом вуглецю і мало залежить від ступеня легування сталі з вмістом вуглецю 0,80 - 0,90 є заевтектойднимі сталями, має після гарту твердість HRC 63 - 65
Основне завдання легування - підвищення закаліваемості і прокаливаемости. Крім того легування дозволяє зберегти дрібне зерно і високу міцність і в'язкість.
При легуванні в структурі швидкорізальної сталі знаходяться: розчинні і нерозчинні, при нагріванні під загартування карбіди. Нерозчинні карбіди - це карбіди первинні.
Первинні карбіди повністю не розчиняються і затримують ріст зерна аустеніту при нагріванні. Вони забезпечують також і негативна властивість - карбідна неоднорідність, а значить зниження твердості сталі.
Вторинні карбіди забезпечують підвищену твердість сталі, в тому числі за рахунок дисперсійного твердіння при відпустці, вони ж забезпечують теплостійкість сталі за рахунок розчинення при нагріванні під загартування, забезпечуючи таким чином високолегований мартенсит.
Основним легирующим елементом швидкорізальних сталей є вольфрам. Він необхідний для отримання основного карбіду Ме 6 С. Підвищення зміст вольфраму підвищує температуру гарту, твердість, прокаливаемость, збільшує стійкість проти нагрівання, підвищує температуру інтенсивного росту зерна.
Хром вводять для утворення основного карбіду Ме23С6, який під час розчинення збагачує твердий розчин елементами, до того ж без хрому карбід ванадію Ме6С не буде розчиняться при гарту. Хром забезпечує так само прокаливаемость сталі. Але зміст обмежена 3,8 - 4,4%, тому що він збільшує кількість залишкового аустеніту, що приводить до зниження теплостійкості.
Ванадій вводять для освіту особливо твердого і погано розчинної карбіду міс. Підвищений вміст ванадію вводиться для підвищення зносостійкості. Оскільки частина ванадію, що вводиться в сталь, витрачається на насичення карбідів Ме2зС6, то утворюється одночасно карбіду МІС дещо менше. При недостатньому вмісті вуглецю зменшується кількість карбідів Ме2зС6 і Ме6С, насичують твердий розчин, і в структурі навіть при високому нагріванні для загартування зберігається надмірна ферит. Ванадій майже не бере участь в освіту скелетообразной і веерообразной евтектиці і присутній у карбіді міс, виділяється ізольованих включень. Внаслідок цього навіть при підвищеному вмісті вуглецю мало погіршує карбідну неоднорідність.
Кремній присутній в а - розчині і спотворює його грати, знижує міцність і в'язкість і, крім того, посилює обезуглероживание.
Молібден збільшує в'язкість на 15 - 20% і міцність на 5 - 8%, не зменшує теплостійкість.
Таким чином, сталь Р6М5 відноситься до сталей помірної теплостійкості.
2. Проектування технологічного процесу попередньої термічної обробки
2.1 Визначення структури технологічного процесу термічної обробки
Сталь Р6М5 є сталлю ледобурітного класу, тобто містить в литому стані карбідну евтектику, до складу якої входять карбіди Ме6С, міс, Ме23 С6. евтектика значно знижує механічні властивості, тому перед відпалом її обов'язково кують. Завдяки цьому технологічному прийому, карбіди дробляться і рівномірніше розподіляються в структурі. Але навіть після великих ступенів деформації карбідна неоднорідність зберігається, що є недоліком швидкорізальних сталей.
Після кування заготівлю піддаємо отжигу. Відпал проводиться з метою одержання оптимальної твердості, що забезпечує гарну оброблюваність різанням. Таким чином попередня т.ч. проводиться з метою одержання оптимальної структури і властивостей сталі в початковому стані.
2.2 Проектування окремих операцій
Кування застосовується для поліпшення структури інструментальних сталей, а також для додання необхідної форми заготівлях інструменту. Щоб забезпечити високу якість інструменту, слід нагрівати заготовки перед ковкою за описаним режиму, тому що кування стали є відповідальною операцією. При недостатній поковки виникає карбідна ліквація - місцеве скупчення карбідів у вигляді ділянок не зруйнованою карбідної евтектики.
Попередній нагрів заготовок. Заготівлі завантажуються в піч з температурою 450 - 500 С і підігріваються до 850 - 870 С і швидкістю 100 С / ч. Витримка при: цій температурі складає 1 / 3 часу нагрівання. При установці температури початку кування (1180 -1140 С) прагне забезпечити достатньо низьку температуру кінця кування (850 - 840 С).
Сталь Р6М5 рекомендують кувати нижче лінії Аст, закінчувати ковку слід при температурі на 30 - 50 С вище A з l. Для легованих сталей початок перетворень γ - розчину в α-розчину при охолодження не збігається, внаслідок гістерезису, з перетворенням для вуглецевої сталі відповідного складу, а завжди буде нижче.
Деформувати таку сталь в двохфазового стані було б недоцільно, тому що довелося б затягувати до 600 С.
Вимога суворо дотримуватися початкову та кінцеву температуру кування викликано тим, що в процесі кування пластична деформація при ударі повинні чергуватися з поверненням пластичних властивостей металу в проміжку часу між ударами.
У разі здійснення кування при температурі нижче кувального інтервалу, пластичні властивості металу не повертаються, в слідстві у матеріалі виникають пружні деформації, перевищують межу міцності і призводять до виникнення тріщин,
Кування при температурі вище кувального інтервалу веде або до перегріву матеріалу, що супроводжуються значним укрупненням зерна і падінням пластичних властивостей, особливо ударної в'язкості, або до пережогу металу в результаті нагрівання при температурах, близьких до точки початку плавлення, внаслідок чого на межі зерен спостерігається розплавлення основного металу й евтектики, що приводить до втрати зв'язків між зернами.
Для якісної проковки заготовок слід вибирати нагрівальні засоби, що забезпечують підтримання рівномірного нагрівання до температур початок і кінця кування. Остаточний нагрів.
Після попереднього нагріванні в першій печі, заготівлі переносять у другу піч для остаточного нагріву до температури початок поковки.
Витримка при температурі остаточного нагріву дається з розрахунку 30 хв на кожні 25 мм перерізу заготовки.
Під час нагрівання заготівлю кантувати не менше двох разів.
Кування заготовок повинна проводитися шляхом багаторазової зворотної витяжки, причому деформація повинна відбуватися по всьому перетину заготовки, а не обмежуватися лише її поверхнею.
Щоб уникнути тріщин заготовки безпосередньо після її кування слід піддавати спеціальному охолодження у печі з температурою 750 - 800 С. Після вирівнювання температур витримка заготовок в печі має бути не менше 3 годин. Після витримки заготовки переносять у піч для нагрівання до температури 840 - 860 С.
Після кування твердість HRC 53 - 56. Для попереднього нагріву використовується піч ПН -12. Це найбільш проста і надійна, за способом герметизації, камерна електропіч з рухомим склепінням.
Остаточний нагрів будемо виробляти в камерній Г - 30 про високотемпературної захисною атмосферою.
Максимальна робоча температура печі ПН - 12 - 950. С, Г-30-1300. С, Безпосереднє охолодження після кування будемо робити в колодязях при 750 - 800 С
Відпал
Завдання відпалу - перекристалізація для подрібнення зерна і отримання структури зернистого перліту, Ця структура забезпечує низьку твердість, гарну оброблюваність різанням і кращі властивості при подальшій гарту
Відпал інструменту зі швидкорізальної сталі проводитися в печах із захисною атмосфери, а у випадках відсутності останньої можна застосовувати упаковку в ящики зі свіжою чавунною стружкою.
Стружка з сірого чавуну повинна бути попередньо просіяна тому наявність дрібних випали частинок графіту може сприяти науглероживания відпаленого інструменту. Стара, використана стружка; іржава, сира і забруднена іншими металами може, навпаки, викликати обезуглероживание, внаслідок чого застосування її не рекомендується.
Сталь Р6М5 заевтектойдная і для отримання в її структурі і для отримання в її структурі зернистого перліту краще всього використовувати ізотермічний відпал. Заготівля завантажується в піч і нагрівається до температури відпалу береться з розрахунку 60 хв на кожні 25 мм розрахункової товщини заготовки. Витримується 1-2 години. Потім охолоджується за піччю до температури ізотермічної витримки 840 - 860 С і витримується 3-4 години Далі охолодження з піччю до температури ~ 600 С, з наступним охолодженням на повітрі. Швидкість охолодження під час відпалу 50 З / год. Час витримки після прогріву заготовок 2 - 3 години.
Після відпалу твердість сталі стає рівною НВ 269, що підвищує оброблюваність її різанням. Структура стали після відпалу Пс + K 1 + К2 оптимально для подальшої якісної гарту.
Так як краще є відпалу в захисній атмосфері (оберігає поверхню від окаленообразованія і зневуглецювання, а також скорочує тривалість процесу, оскільки заготівлю нагрівають у відкритому вигляді) будемо проводити його в камерній електропечі, із захисною атмосферою, типу НЗО х 65, з максимальною робочою температурою 950 С. В якості захисної атмосфери використовують ГШОО (СО - H 2-N2),
2.3 Вибір пристосувань для виконання термічної обробки
Наявність відповідного оснащення для основних і проміжних операцій попередньої т.ч. сприяє підвищенню технологічного процесу, підвищує якість оброблюваного інструменту, покращує умови праці робітників.
В якості пристроїв використовуємо: кліщі з плоскими губками, верхонкі.
2.4 Вибір допоміжних операцій
1. Попередня промивка інструменту від солей і масла проводиться в мийній машині. У цій машині інструмент піддається хімічному та механічному впливу гарячого лужного розчину. Склад приготований з рідкого скла каустичної соди. Загальна лужність розчину повинна складати 0,38 - 0,41 NaOH.
2. Кип'ятіння в підсоленій воді (у киплячому 2% розчині соляної кислоти) здійснюється перед травленням для скороченням розпаду кислоти і часу травленням. Кип'ятіння проводиться протягом 5-10 хв і має на меті розчинити солі, що залишилися на поверхні інструмента після нагрівання в солях, а також розпушити окалину.
3. Травлення призначається для остаточного зняття окалини, руйнування і видалення залишилася після попереднього кип'ятіння хлористих солей. Травлення проводиться в розчині 2ч технічної соляної кислоти Л ч води, 0,5% присадки, і КС. Тривалість травлення 3-5 хв при 18 - 20 С (в залежності від шару і товщини окалини),
4. Повторна промивка застосовується для повного видалення кислоти і бруду утворилися на заготовки при травленні здійснюється в проточній воді. Промивання супроводжується багаторазовим струшуванням.
5. Кип'ятіння в 2% содовому розчині проводиться для повної нейтралізації кислоти протягом 10 хв
6. Пасивування здійснюється для того, щоб оберегти виріб від корозії. Воно відбувається в гарячому водяному розчині, що містить 25% NaN 0 2 Витяг у ванні 3 -5 хв., Після такої багаторазової обробки виріб виходить чистим і захищеним від подальшої корозії. Дані операції після відпалу, в повному обсязі можуть не використовуватися.
2.5 Вибір та обгрунтування необхідних операцій для контролю якості термічної обробки
Результатом попередньої т.про, оцінюється за твердістю і мікроструктурі. Мікроструктуру при відпалі контролюють на зернистий перліт.
Параметри контрольовані у швидкорізальних сталей після відпалу: хімічний склад, розмір заготовки в стан постачання, мікроструктура за ГОСТ 10243-75, твердість у отожженном стані за ГОСТ 9012-59, не нижче НВ 255, глибина обезуглероженного шару 0,5-1% від d .
2.6 Аналіз можливих дефектів термічної обробки та способи їх усунення
Окислення і зневуглецювання - дефекти, які є результатом хімічної реакції, що проходять при нагріванні стали між поверхневим шаром металу і киснем. Ці процеси мають негативний вплив на конструктивну міцність виробів, що призводять до втрат металу на удар, обумовлюють необхідність збільшення припусків для подальшої механічної обробки.
Окислення визначають безпосереднім оглядом заготовки, а обезуглероживание контролем на міцність при металографічних досліджень.
При глибині проникнення, більше ніж припуск на шліфування, шлюб несправний. Для попередження варто вести нагрівання в захисній атмосфері, а за відсутності такої - в ящиках з чавунною стружкою, деревним вугіллям з 5% кальцинованої соди, перепаленої азбестом, білим піском і т.п. У соляні ванни для збереження від зневуглецювання додають мелений фурросіліцін в кількості 0,5 - 1% від ваги солі або буру, борну кислоту, жовту кров'яну сіль.
Контроль твердості зазвичай проводиться за допомогою ЦБМ для відпалених виробів.
Нафталіністий злам - характеризується своєрідним видом зламу, що є наслідком руйнування за кристалографічними площинах; супроводжується значним зниженням міцнісних властивостей і особливо ударної в'язкості, викликається закінченням гарячої класичної обробки при надмірно високої температури (вище 1180 С), якщо ступінь деформації при подальшому відпалі була невеликою і якщо наступний відпал виконаний недостатньо точно і не забезпечує необхідного значення твердості (НВ 255 - 269), виконуємо повторну загартування без проміжного відпалу. Усунення нафталіном зламу і відновлення механічних властивостей можна багаторазовим відпусткою.
3. Проектування технологічного процесу зміцнюючої термічної обробки
3.1 Визначення структури технологічного процесу термічної обробки
Упрочняющая т.ч. швидкорізальної сталь специфічна. Вона полягає високотемпературному нагріві під загартування і наступному триразовим температурний відпустку, по 1 годині кожен. Температура гарту - 1280 - 1290 С, а температура 580 -600 С.
3.2 Проектування окремих операцій термічної обробки
Загартування - процес термічної обробки, який зумовлює отримання нерівноважних структур перетворення або розпаду аустеніту при різкому його переохолодженні зі швидкістю вище критичної. Кінцевий результат процесу загартування залежить від швидкості охолодження і температури кінця мартенситного перетворення. Чим вище температура нагрівання, тим вище легування твердого розчину за рахунок розчинення вторинних карбідів, а отже, вище теплостійкість і вторинна твердість. АЛЕ з іншого боку, інтенсивність розчинення великого карбідів при нагріванні вище певних температур викликає інтенсивність росту зерна аустеніту, а значить, знижує міцність і ударну в'язкість.
При призначення температури загартування враховується умови експлуатації інструмента. Для інструмента працюючого про високими ударними навантаженнями температуру гарту іноді знижують з метою підвищення міцності і гартують на більш дрібне зерно 11 бали. Для інструменту, що працює в особливо важкому температурному режимі температуру гарту підвищують щодо оптимальної, проводячи обробку на максимальну теплостійкість.
Для сталі Р6М5 режим гарту полягає у високотемпературній ступінчастою гартуванні.
Перший підігрів проводять при температурі 400 - 500. З, з попереднім зануренням на 15 - 20 сек. в пересичений розчин бури, другий підігрів будемо проводити при температурі 830-860 С.
Ступінчастий підігрів під загартування будемо виробляти в солоних ваннах, які широко використовуються, т, до мають наступний ряд переваг: високою інтенсивністю і рівномірністю нагрівання, можливість здійснення місцевого нагріву, запобігання окислення і зневуглецювання. захист інструменту, від впливу кисню.
При нагріванні будемо використовувати найбільш поширену сіль БМЗБ, до складу якої входить; 9б, 9% ВаС12 + 3% М gF 2, 0,1% В.
Умови охолодження при загартування повинні забезпечити збереження високої концентрації вуглецю, а для легованих і швидкорізальних сталей зведення до мінімуму гартівних деформації і відсутність тріщин. Сталь Р18Ф2 будемо охолоджувати в олії.
Відпустка
Відпустка - процес таким чином, що обумовлює перетворення нестійких структур загартованого стану у більш стійкі, Відпустка здійснюється шляхом нагрівання до температури нижче інтервалу перетворень, витримки при цій температурі і подальшого охолодження.
Відпустка швидкорізальної сталі повинен забезпечувати більш повне перетворення залишкового аустеніту, що досягається застосуванням багаторазового відпустки з охолодженням 20 - 40С.
Температура відпустки, тривалість і число відпусток визначаються хімічним складом і вибраним умовою проведення цієї операції. Відпустка забезпечує одночасно високу твердість і теплостійкість. Основна мета відпустки полягає в дисперсному тверднення.
У процесі відпустки, відбувається виділення з твердого розчину дисперсних карбідів. І перетворення залишкового аустеніту в мартенсит. Залишковий аустеніт об'єднується при нагріві з легуючими елементами і при охолодженні з температур відпустки перетворюється на мартенсит.
Для сталі Р6М5 будемо виробляти триразовий відпустку з температурою 570 С по 1 годині, твердість після відпустки становить 63 HRC. А освіта дисперсних карбідів забезпечується високу теплостійкість (600 - 650 С)
Структура сталей після відпустку складається з відпущеного мартенсит, карбідів (15 - 20%) і залишкового аустеніту (2 -3%), Найбільша кількість залишкового аустеніту перетворюється при першому відпуску 10-12%, при другому - 6 - 8%, а після третього - 3 - 5%.
Відпустка будемо виробляти в стандартній елетродно-соляна ванні з прямокутною формою робочого простору типу С -100, з температурою 850 С.
В якості рідкого середовища застосовуються порівняно прості за складом середовища, що мають високу жідкотекучест'ю, не роз'їдають поверхню загартованих виробів, такі як розплавлена сіль 30% ВАС l 2 + 20% NaCl + 50% CaCl 2.
Після гарту і відпустки сталь Р18Ф2 повинна володіти твердістю 65 - 66 HRC теплостійкість Т = 630 С, в'язкість хороша, шліфована низька.
Оснащення для т.ч. має вирішальне значення при здійсненні технологічних процесів в термічних цехах. Відсутність або неправильне використання оснащення може викликати значний шлюб. У даному процесі т.ч. будемо використовувати; кошик для загартування в соляних ваннах, кліщі про прямими плоскими губками, ківш для зливу з соляних ванн, ложку для очищення соляних ванн.
3.3 Вибір допоміжних операцій
До допоміжних операцій відносять його очищення після т.ч. правку і антикорозійну обробку,
Інструмент піддається очищення з метою видалення мила, солей, окалини.
Операція хімічної очистки:
1. Попередня промивка виварної бочці в гарячому (90 С) лужному розчині 0,38 - 0,41% NaOH
2. Кип'ятіння в підкисленою воді (у киплячому 2% розчині соляної кислоти).
3. Травлення
4. Повторна промивка в проточній воді
5. Кип'ятіння в содовому розчині
6. Пасивування.
Після цієї багаторівневої очищення інструмент виходить чистим і захищеним від подальшої корозії.
3.4 Вибір та обгрунтування необхідних операцій контролю якості термічної обробки
При гарту швидкорізальної сталі контролюють температуру нагрівання., Час витримки, обезуглероживающей активність ванн остаточного нагріву, температуру ванн охолодження, Параметрами контролю є;
- Твердість ГОСТ 9013-59, HRC 63 - 65
- Величина аустенітного зерна ГОСТ 5636-82, 10-11 бал Після гарту і відпустки контролюється:
- Твердість, HRC 63 - 65
- Теплостійкість
- Карбідна неоднорідність (2-3 бал) Допустиме кількість залишкового аустеніту 2 - 3%
3.5 Дефекти термічної обробки та способи їх усунення
1. Втрата форми інструменту при загартуванню - дефект виникає у сталей, температура гарту яких близька до температур початку плавлення. У результаті надмірного перегріву або розташування інструменту у ванні близько до електродів, виникають розплавлення інструменту .. Тому при приміщенні інструменту в ванну слід вимкнути струм. Цей недолік можна усунути так само, установкою захисної стінки з цегли, що відокремлюють електроди від інструмента.
2. Недостатня твердість після відпустки може бути наступними причинами;
а) низької температури загартування (виявляється мікроаналізом) внаслідок чого утворюється недостатньо легований мартенсит
б) низьким нагрівання при відпустці (ця причина може бути виявлена магнітним аналізом).
Дефектом виникають в результаті цих причин, усувається відповідно відпалом і наступними правильними загартуванням і відпусткою.
в) обезуглероживание
г) псування теплостійкості
3. Псування теплостійкості виникає в результаті дуже тривалого або багаторазового нагріву вище області A з1 внаслідок збагаченням карбідів МебС вольфрамом, що зменшує їх розчинність при гарту, внаслідок чого виходить недостатньо легований мартенсит, Виявляється щодо зниження вторинної твердості або теплостійкості. Даний дефект запобігається дотриманням певної області нагріву температур і тривалості т.ч.
4. Деформація і викривлення визначається перевіркою розмірів. Виникають через внутрішніх напружень, що утворилися при гарту; нерівномірний нагрів під загартування і неправильне занурення в охолоджуючу середу в мартенситних інтервалі; правильним зануренням в гартівних середу, рівномірним нагріванням і перевіркою на кривизну перед загартуванням.
5. Підвищена крихкість визначається по зносу. Утворюється через значне підвищення температури нагрівання при гартуванні або надмірно тривалої витримки. Цей брак виправляється також як і при недостатній твердості.
6. Окислення і зневуглецювання.
Список літератури
1. Ю. А. Геллер "Інструментальні стали" М: Металургія, 1975,
2. І.М. Сергейчев, A. M. Печковский "Термічна обробка ріжучого інструменту" М: Машгиз, 1960,
3. Термічна обробка в машинобудування. Довідник під ред. ЛахтінаЮ.М., 1980.
4. О. О. Шмиков "Довідник терміст" М; Машинобудування, 1961,
5. Т. Н. Долматов, Е.А. Кондаков "Обладнання термічних цехів і лабораторій випробування металів" М.. 1988