Теоретические сведения

СОДЕРЖАНИЕ

Введение.......................................................................................................... 4

Практическое занятие №1 Классификация и маркировка инструментальных сталей........................................................................................................................... 5

Практическое занятие №2 Микроанализ инструментальных сталей........................................................................................................................... 10

Практическое занятие №3 Основы термической обработки инструментальных сталей........................................................................................................................... 14

Практическое занятие №4 Теплостойкость инструментальных сталей........................................................................................................................... 17

Практическое занятие №5 Способы улучшения поверхностного

слоя инструментальных сталей................................................................... 21

Практическое занятие №6 Классификация и маркировка твердых сплавов........................................................................................................................... 26

Практическое занятие №7 Классификация и маркировка сменных многогранных пластин........................................................................................................................... 31

Практическое занятие №8 Классификация и маркировка керамических и сверхтвердых инструментальных материалов........................................................................................................................... 37

Практическое занятие №9 Свойства материалов для режущих инструментов........................................................................................................................... 42

Практическое занятие №10 Классификация абразивных

материалов...................................................................................................... 46

Литература...................................................................................................... 50

Приложение А................................................................................................ 51

Приложение Б................................................................................................. 52

Приложение В................................................................................................ 55

Приложение Г................................................................................................. 56

ВВЕДЕНИЕ

Режущие инструменты, используемые при механической обра- ботке, формируют наружные, внутренние, фасонные и комбиниро- ванные поверхности деталей. Работоспособность такого инструмента может быть обеспечена только в том случае, если его рабочая часть выполнена из инструментального материала, обладающего комплек- сом определенных физико-механических свойств.

Применение того или иного инструментального материала из той или иной группы в конкретных производственных условиях обу- славливается служебным назначением станка и режущего инструмен- та, требуемой эффективностью процесса обработки, качеством и точ- ностью обработанных поверхностей, материалом и видом заготовок.

Данные методические указания по проведению практических занятий разработаны с целью оказания помощи студентам при изуче- нии дисциплины «Инструментальные материалы» и приобретения практических навыков работы на рассматриваемом оборудовании.

В каждой лабораторной работе изложены основы теоретических сведений, необходимые для понимания сущности рассматриваемого вопроса, предложены задания для выполнения. Кроме того, даны контрольные вопросы для самопроверки.

Процесс выполнения заданий по данной дисциплины направлен на формирование и развитие у обучающихся по направлению 15.03.05 Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств следующих профессиональных компетенций:

· способность применять способы рационального использова- ния необходимых видов ресурсов в машиностроительных производ- ствах, выбирать основные и вспомогательные материалы для изго- товления их изделий, способы реализации основных технологических процессов, аналитические и численные методы при разработке их ма- тематических моделей, а также современные методы разработки ма- лоотходных, энергосберегающих и экологически чистых машино- строительных технологий (ПК-1);

· способность использовать методы стандартных испытаний по определению физико-механических свойств и технологических показателей материалов и готовых машиностроительных изделий, стандартные методы их проектирования, прогрессивные методы экс- плуатации изделий (ПК-2).

 

·

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ №1

КЛАССИФИКАЦИЯ И МАРКИРОВКА ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ СТАЛЕЙ

Теоретические сведения

Инструментальная сталь должна обладать высокой твердостью, износостойкостью, обеспечивающей сохранение режущей кромки инструмента, достаточной прочностью и вязкостью (для инструмен- тов ударного действия).

Режущие кромки инструмента могут нагреваться до 500 – 900 ° С. В этих случаях основным свойством инструментальных материалов является теплостойкость, т.е. способность сохранять высокую твер- дость и режущую способность при продолжительном нагреве.

Инструментальные стали могут классифицировать по назначе- нию изготавливаемого из них инструмента:

Ø штамповые для холодного деформирования с твердостью HRC 55 – 64;

Ø штамповые стали для горячего деформирования с твердо- стью HRC 40 – 55;

Ø стали для режущих инструментов с твердостью HRC 62 – 68.

Ø стали для измерительного инструмента.

Инструментальные стали можно классифицировать на основе

легирования:

ü нелегированные;

ü легированные;

ü с добавками вольфрама и легированные хромом;

ü быстрорежущие стали.

По теплостойкости инструментальные стали подразделяются на:

§ нетеплостойкие;

§ полутеплостойкие;

§ теплостойкие.

Нетеплостойкие стали классифицируют по прокаливаемости:

§ небольшой прокаливаемости;

§ повышенной прокаливаемости;

§ высокой прокаливаемости.

Инструментальные стали по свойствам делят на пять основных групп:

1. Инструментальные стали, обладающие высокой твѐрдостью, вязкостью, нетеплостойкие. Они также отличаются невысокой прока- ливаемостью.

В эту группу входят нелегировные, со средним содержанием уг- лерода, а так же низколегированные доэвтектоидные и эвтектоидные стали.

2. Инструментальные стали, имеющие высокую твѐрдость, нете- плостойкие.

Состав таких инструментальных сталей с заэвтектоидной струк- турой либо вообще не содержит легированных элементов, либо со- держит их в незначительных количествах. Уровень твердости таких сплавов обеспечивается большим количеством углерода в их составе.

3. Инструментальные стали с высокой твѐрдостью, износостой- кие, средней теплостойкости.

Это, прежде всего ледебуритные и заэвтектоидные стали, вклю- чающие в себя от 5 до 12% хрома, а так же 2 – 3% углерода.

4. Инструментальные стали с высокой твѐрдостью, износостой- кие, теплостойкие.

В эту группу входят ледебуритные стали, со средним и высоким содержанием углерода, высоколегированные молибденом, вольфра- мом (в эту группу входят быстрорежущие стали).

5. Инструментальные стали, обладающие теплостойкостью и вязкостью.

По твердости и прочности инструментальные стали незначи- тельно отличаются друг от друга. Основное их отличие – различная теплостойкость (приложение А).

1. Углеродистые инструментальные стали: У7,У7А, У8,У8А, У8Г,У8ГА, У9, У9А,У10,У10А,У12,У12А.

Буква У в обозначении марки означает «углеродистая сталь», а число показывает содержание углерода в десятых долях процента. Углеродистые инструментальные стали могут выпускаться качест- венными и высококачественными (буква А в конце марки).

Например:

У13А – углеродистая инструментальная высококачественная сталь, содержащая 1,3 % углерода.

Инструмент из углеродистых сталей выдерживает при резании температуру нагрева лишь до 200 – 220°С. Выше этих температур

резко снижается твердость углеродистой инструментальной стали, поэтому инструмент из этих сталей нельзя применять на высоких скоростях резания, вызывающих большое тепловыделение и высокий нагрев поверхностей инструмента.

Стали У8, У8А, У9 (эвтектоидные) наиболее пластичные из уг- леродистых инструментальных сталей. Они идут на производство молотков, стамесок, долот, зубил. Термическая обработка – неполная закалка и средний отпуск, твердость 48 – 51 HRC.

Из сталей У10, У11, У11А изготавливают резцы, сверла, метчи- ки, фрезы, плитки и прочий мерительный и режущий инструмент для резания мягких материалов. Стали У12, У13, У13А используются для изготовления инструмента, работающего без ударных нагрузок (на- пильники, рашпили, бритвы).

Термическая обработка – неполная закалка и низкий отпуск, твердость 62 – 64 HRC.

2. Легированные инструментальные стали: ХВ4Ф; 9ХС; 9ХФ; 9Г2Ф; 9Х5ВФ; ХВГ; Х12МФ; Х; ХГС; 4Х3ВМФ;ХВСГФ; В2Ф; X12; Х12Ф1; 11Х4В2МФ3С2; Х6ВФ и другие.

Для повышения тех или иных свойств углеродистых инструмен- тальных сталей в их состав вводят легирующие элементы, которые обозначают буквами русского алфавита в марках сталей:

алюминий (Аl) –Ю	кобальт (Co) –К	никель (Ni) –Н
бериллий (Be) –Л	кремний (Si) –C	ниобий (Nb) –Б
бор (B) –Р	марганец (Mn) –Г	титан (Ti) –Т
ванадий (V) –Ф	медь (Cu) –Д	хром (Cr) –Х
вольфрам (W) –В	молибден (Mo) –М	цирконий (Zr) –Ц
азот – А (буква стоит в середине марки!)

Однозначное число впереди марки указывает среднее содержа- ние углерода в десятых долях процента. Если впереди марки нет чис- ла, это значит, что углерода в ней либо 1 %, либо выше 1 %.

Например:

9ХС – низколегированная инструментальная сталь, качествен- ная, спокойная, содержит 0,9 % углерода, около 1 % хрома и кремния каждого элемента.

ХВСГ – среднелегированная инструментальная сталь, качест- венная, спокойная, содержит 1 % углерода, по 1 % хрома, вольфрама кремния и марганца.

Легированные инструментальные стали применяются для инст- румента, обрабатывающего материалы невысокой прочности с не- большой скоростью резания.

Термическая обработка – неполная закалка и низкий отпуск, твердость 62 – 64 HRC.

3. Быстрорежущие стали: Р9; Р18; Р6М5; Р6М5Ф3; Р12Ф3; Р18К5Ф2; Р9К5;Р6М5К5, Р9М4К8; Р2АМ9К5 и другие.

В настоящее время быстрорежущие стали – основной материал для изготовления режущих инструментов, несмотря на то, что инст- рументы из твердых сплавов, керамики и сверхтвердых материалов обеспечивают более высокую производительность обработки.

Буква Р – индекс данной группы сталей (от «rapid» – скорость). Содержание углерода – более 1 %. Число показывает содержание ос- новного легирующего элемента – вольфрама.

Если стали содержат легирующие элементы, то их содержание указывается после обозначения соответствующего элемента.

Например:

Р6М5К5 – инструментальная быстрорежущая сталь, содержащая 6 % вольфрама, 5 % молибдена, 5 % кобальта.

Термическая обработка – закалка со ступенчатым нагревом и многократный высокий отпуск, твердость 63 – 65 HRC.

По уровню теплостойкости и, соответственно, по применяемым скоростям резания, быстрорежущие стали классифицируют на стали нормальной производительности и стали повышенной производи- тельности.

Быстрорежущие стали используют для изготовления резцов, сверл, зенкеров, разверток.

 

Практическая часть

Расшифровать указанные марки инструментальных сталей, про- вести их классификацию (таблица 1.1).

 

Контрольные вопросы

1. Общие требования к инструментальным сталям.

2. Классификация инструментальных сталей по области приме- нения.

3. Классификация инструментальных сталей по химическому составу.

4. Классификация инструментальных сталей по теплостойкости.

5. Классификация инструментальных сталей по прокаливаемости.

6. Влияние легирующих элементов на свойства инструменталь- ных сталей.

7. Принципы маркировки углеродистых инструментальных сталей.

8. Принципы маркировки легированных инструментальных сталей.

9. Принципы маркировки быстрорежущих инструментальных сталей.

 

Таблица 1.1 – Варианты заданий

 

 

№ варианта	Марки сталей
1	У7	13Х	Р6М5Ф3
2	У8А	9ХФ	Р12Ф3
3	У9	В2Ф	Р18К5Ф2
4	У10А	9ХВГ	Р9К5
5	У11	9ХС	Р6М5К5
6	У12А	7ХФ	Р9М4К8
7	У13	Х	Р2АМ9К5
8	У7А	11ХФ	Р18Ф2К8М
9	У8	ХВСГ	Р12Ф4К5
10	У9А	Х6ВФ	Р12М3Ф2К8
11	У10	9Х	Р8М3К6С
12	У11А	8ХФ	Р6М5К5