Методичні вказівки до виконання індивідуальних завдань "Маркування, властивості, застосування і обробка конструкційних сталей" для студентів спеціальності 092501 "Автоматизація і управління технологічними процесами"

Скачать 1.66 Mb.

Название	Методичні вказівки до виконання індивідуальних завдань "Маркування, властивості, застосування і обробка конструкційних сталей" для студентів спеціальності 092501 "Автоматизація і управління технологічними процесами"
Анкор	materialoznavstvo-i-elektrotexnichni-materiali.doc
Дата	02.05.2017
Размер	1.66 Mb.
Формат файла
Имя файла	materialoznavstvo-i-elektrotexnichni-materiali.doc
Тип	Методичні вказівки #6444
страница	1 из 2

1 2

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

Київський національний університет будівництва і архітектури

МАТЕРІАЛОЗНАВСТВО
І ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНІ МАТЕРІАЛИ
Методичні вказівки

до виконання індивідуальних завдань “Маркування, властивості, застосування і обробка конструкційних сталей”
для студентів спеціальності 7.092501 “Автоматизація і управління технологічними процесами”

Київ 2008

УДК 669.017/018.29+621.7

ББК 34.5я73+30.3-3я73

М34
Укладачі: О.Г. Добровольський, канд. техн. наук, доцент

В. Є. Богуславський, канд. техн. наук, доцент
Рецензент В.С. Ловейкін, д-р техн. наук, професор
Відповідальний за випуск В.М. Смірнов, канд. техн. наук, професор
Затверджено на засіданні кафедри „Основи професійного навчання”, протокол № 12 від14 лютого 2008 року.
Видається в авторській редакції.
Матеріалознавство і електротехнічні матеріали: Методичні

М34 вказівки до виконання індивідуальних завдань / Уклад: О.Г. Добровольський, В.Є.Богуславський. – К.: КНУБА, 2008. – 24 с.

Містять методичні вказівки і завдання на контрольні розрахунково-графічні роботи.

Призначені для студентів, які навчаються за напрямом підготовки 0925 “Автоматизація та комп’ютерно-інтегровані технології”.

© КНУБА, 2008

Загальні положення

Методичні вказівки містять матеріали, необхідні для виконання індивідуального завдання. Мета індивідуального завдання – поглиблення знань, що отримані студентами на лекціях і лабораторних заняттях, а також надання їм практичних навичок у галузі металознавства і технології конструкційних матеріалів.

До складу методичних вказівок входять загальні положення, індивідуальні завдання для виконання контрольних робіт, пояснення до їх виконання, а також додатки і список літератури. Додатки до методичних вказівок містять довідкові дані, необхідні для виконання роботи

В результаті виконання індивідуального завдання студент засвоює практичні навички по аналізу властивостей різних марок сталей, їх властивостей і призначенню, термічної та інших видів обробки.

Індивідуальне завдання виконують студенти денної форми навчання. Форма індивідуального завдання – контрольна робота. Орієнтовний обсяг роботи 4 – 10 сторінок рукописного тексту на аркушах формату А4. Номер варіанта видає викладач.
ІНДИВІДУАЛЬНІ ЗАВДАННЯ ДО КОНТРОЛЬНИХ РОБІТ
1. Вказівки до виконання контрольної роботи
Студент виконує контрольну роботу, що складається з трьох запитань.

Вимоги щодо виконання кожної контрольної роботи такі:

Роботу необхідно виконувати на аркушах формату А4 або учнівському зошиті, де на обкладинці повинні бути указані: загальна назва роботи (контрольна розрахункова графічна робота), назва дисципліни, група, прізвище, ініціали, номери варіанта і питань контрольної роботи. Роботу можна виконувати письмово від руки або в електронному варіанті.
На кожному аркуші необхідно залишати поля для зауважень викладача, який перевіряє роботу.
Оформлення відповідей необхідно починати з подання умови питання. Відповіді треба давати в тій послідовності, у якій поставлені контрольні завдання.
Виконання графіків, діаграм, рисунків має бути акуратним і відповідати встановленим стандартам. Роботи, підготовлені недбало не розглядаються.
Відповіді повинні бути конкретними, чіткими, вичерпними і, по можливості, короткими, причому стислість відповіді не повинна бути на перешкоді її ясності.

2. Номери варіантів і питання для контрольних робіт

Номери варіантів і номери питань подані в табл.1.

Таблиця 1

Номер варіанта	Номери питань	Номер варіанта	Номери питань	Номер варіанта	Номери питань
1	1.1, 2.10, 3.	10	1.10, 2.19, 12	19	1.19, 2.3, 23
2	1.2, 2.11, 4	11	1.11, 2.20, 13	20	1.20. 2.4, 24
3	1.3, 2.12, 5	12	1.12, 2.21, 16	21	1.21, 2.5, 25
4	1.4, 2.13, 6	13	1.13, 2.22, 17	22	1.22, 2.6, 26
5	1.5, 2.14, 7	14	1.14, 2.23, 18	23	1.23. 2.7, 27
6	1.6, 2.15, 8	15	1.15, 2.24. 19	24	1.24, 2.8, 28
7	1.7, 2.16, 9	16	1.16, 2.25, 20	25	1.25, 2.9, 19
8	1.8, 2.17, 10	17	1.17, 2.1, 21	26	1.26, 2.26, 17
9	1.9, 2.18, 11	18	1.18, 2.2, 22

1. Перед виконанням роботи за допомогою підручників і даних методичних вказівок ознайомтесь з класифікацією і маркуванням вуглецевих і легованих сталей, з їх властивостями, термічною обробкою і призначенням. Послідовно виконайте наступні пункти завдання:

випишіть з табл. 2 марки сталей свого варіанта, назвіть групу, до якої вони належать і дайте загальну характеристику сталей цієї групи;
розшифруйте кожну марку сталі вашого варіанта;
опишіть властивості кожної з цих марок сталей і поясніть, після яких видів обробки ці властивості були отримані;
вкажіть про застосування (призначення) кожної з цих марок сталей

Таблиця 2

Номер питання	Марки сталей	Номер питання	Марки сталей
1.1	Ст.0, 70Г, 60С2Н2А	1.14	Ст.6сп, 15Г, 70С2ХА
1.2	Ст.1сп, 15Г, 65С2ВА	1.15	Ст.6нпс, 45, 50ХФА
1.3	Ст.2сп, 45, 70С2ХА	1.16	Ст.6сп, 30, 60С2
1.4	Ст.2нсп, 30, 50ХФА	1.17	Ст.5сп, 25, 38ХА
1.5	Ст.2кп, 25, 60С2А	1.18	Ст.4кп, 20, 35ХРА
1.6	Ст.3сп, 20, 38ХА	1.19	Ст.4сп, 15кп, 15ХРА
1.7	Ст.3нпс, 15кп, 35ХРА	1.20	Ст.3кп, 15, 15ХСНД
1.8	Ст.3кп, 15, 15ХРА	1.21	Ст.3сп, 10кп, 14ХГС
1.9	Ст.4сп, 10кп, 15ХСНД	1.22	Ст.2кп, 10, 60С2
1.10	Ст.4нсп, 08кп, 14ХГС	1.23	Ст.2сп, 08кп, 70С2ХА
1.11	Ст.4кп, 10, 09Г2С	1.24	Ст.1кп, 45, 65С2ВА
1.12	Ст.5сп, 08, 60С2Н2А	1.25	Ст.1сп, 15Г, 60С2Н2А
1.13	Ст.5нпс, 70Г, 65С2ВА	1.26	Ст.0, 09Г2С, 08кп

2. Вивчіть розділ “Термічна обробка сталі”, засвойте види термічної обробки та їх застосування, уясніть структури, які утворюються при різних видах термічної обробки і характерні властивості сталей, що відповідають цим структурам, після чого послідовно виконайте таке:

поясніть, що таке гартування і відпуск і для чого їх застосовують;
намалюйте лівий нижній кут діаграми стану залізо-вуглець і нанесіть на ньому вертикальну лінію, що відповідає кількості вуглецю марки сталі вашого варіанта (табл.3); графічно виконайте вибір температури гартування Вашої сталі і укажіть цю температуру;
користуючись рис.1 намалюйте графічне зображення залежності твердості вашої сталі від температури відпуску; графічно виконайте вибір температури відпуску для отримання твердості, що вказана у табл.3;
опишіть структурні і фазові перетворення, які відбуваються в сталі при виконанні гартування і відпуску (за Вашим варіантом).

Довідка: вуглецеві сталі з твердістю більшою ніж НRС50 мають мартенситну, із твердістю НRС38...50 – трооститну і з твердістю меншою за НRС38 – феритноперлітну, перлітну або перлітноцементитну структури. Ці дані ви використовуєте при з’ясуванні кінцевої структури сталі вашого варіанта, що отримується після гартування і відпуску.

Таблиця 3

Умови щодо виконання завдань 2.1...2.26

Номер питання	Марка сталі	Твердість, HRC	Номер питання	Марка сталі	Твердість, HRC HRC HRC
2.1	У12	30	2.14	60	50
2.2	У12	35	2.15	60	55
2.3	У12	40	2.16	60	58
2.4	У12	42	2.17	60	60
2.5	У12	46	2.18	35	20
2.6	У12	55	2.19	35	25
2.7	У12	60	2.20	35	28
2.8	У12	64	2.21	35	32
2.9	60	25	2.22	35	36
2.10	60	30	2.23	35	40
2.11	60	35	2.24	35	44
2.12	60	40	2.25	35	50
2.13	60	45	2.26	60	40

Рис. 1. Залежність твердості сталей від температури відпуску
3. Назвіть і накресліть схеми основних способів обробки металів тиском. Опишіть спосіб листового штампування та його застосування.

4. Розкрийте сутність доменного процесу. Назвіть продукти доменної плавки і зазначте області їхнього застосування.

5. Опишіть сутність переробки чавуну у сталь. Охарактеризуйте конверторний спосіб виробництва сталі.

6. Опишіть сутність обробки металів тиском. Чому при гарячій обробці тиском метал слід нагрівати вище температури рекристалізаціі?

7. Опишіть сутність ливарного виробництва. Охарактеризуйте такі поняття, як рідкоплинність і ліквація.

8. Назвіть існуючі способи лиття. Опишіть спосіб лиття у пісчано-глиністі форми та його застосування.

9. Назвіть існуючі способи лиття. Опишіть спосіб лиття в металеві форми та його застосування.

10. Назвіть існуючі способи лиття. Опишіть відцентрове лиття та його застосування.

11. Назвіть існуючі способи лиття. Опишіть лиття за виплавлюваними моделями та його застосування.

12. Які матеріали застосовуються для виготовлення ливарних форм? Які вимоги висуваються до формувальних матеріалів?

13. Назвіть дефекти лиття, поясніть причини виникнення і способи їхнього усунення.

14. Назвіть і накресліть схеми основних способів обробки металів тиском. Опишіть спосіб прокатування сталей та його застосування.

15. Назвіть і накресліть схеми основних способів обробки металів тиском. Опишіть спосіб прокатування сталей та його застосування.

16. Назвіть і накресліть схеми основних способів обробки металів тиском. Опишіть спосіб волочіння та його застосування.

17. Назвіть і накресліть схеми основних способів обробки металів тиском. Опишіть спосіб пресування та його застосування.

18. Назвіть і накресліть схеми основних способів обробки металів тиском. Опишіть спосіб вільного кування та його застосування.

19. Назвіть і накресліть схеми основних способів обробки металів тиском. Опишіть спосіб об’ємного штампування та його застосування.

20. У чому полягає сутність зварювання? Поясніть недоліки та переваги процесу зварювання. Назвіть основні види зварювання та ознаки їх визначення.

21. Назвіть основні види зварювання та ознаки їх визначення. Опишіть автоматичне і напівавтоматичне електродугові способи зварювання

22. Дайте класифікацію основних способів дугового зварювання.. Опишіть способи зварювання: Бенардоса і Славянова.

23. Поясніть сутність ручного дугового зварювання, устрій та властивості електричної дуги. Яку вона має будову і властивості? Викладіть режими і техніку ручного дугового зварювання. Як розраховують продуктивність зварювання?

24. Контактне зварювання. Розкрийте його сутність, опишіть способи, обладнання та область застосування.

25. Що собою являє процес різання металів і якими параметрами він характеризується? Охарактеризуйте точіння. Яке обладнання і інструмент використовується при його виконанні?

26. Що собою являє процес різання металів і якими параметрами він характеризується? Охарактеризуйте фрезерування. Яке обладнання і інструмент використовується при його виконанні?

27. Що собою являє процес різання металів і якими параметрами він характеризується? Охарактеризуйте шліфування. Яке обладнання і інструмент використовується при його виконанні?

28. Поясніть сутність ручного дугового зварювання, устрій та властивості електричної дуги. Яку вона має будову і властивості? Викладіть режими і техніку ручного дугового зварювання. Як розраховують продуктивність зварювання?
ПОЯСНЕННЯ ЩОДО ВИКОНАННЯ КОНТРОЛЬНОЇ РОБОТИ
Пояснення щодо питань контрольної роботи даються у тій послідовності, в якій вони записані.

1. Згідно постанови першого питання студенти по конспекту лекцій і матеріалу поданому у цих методичних вказівках вивчають розділи, що розкривають сутність характеристик і маркування вуглецевих і легованих сталей.

Сталі поділяють на вуглецеві і леговані.

Класифікація і маркування вуглецевих сталей.Вуглецеві сталі залежно від застосування поділяють на конструкційні та інструментальні. Конструкційні сталі поділяють на сталі звичайної якості і якісні.

Згідно ДСТУ 2651-94 (ГОСТ 380-94) конструкційну вуглецеву сталь звичайної якості виготовляють таких марок: Ст.0, Ст.1кп, Ст.1нс, Ст.1сп, Ст.2кп, Ст.2сп, Ст.3кп, Ст.3нс, Ст.3сп, Ст.3Гнс, Ст.3Гсп, Ст.4кп, Ст.4нс, Ст.4сп, Ст.5нс, Ст.5сп, Ст.5Гнс, Ст.6нс, Ст.6сп. Літери “Ст.” означають те, що ця сталь належить до конструкційних вуглецевих сталей звичайної якості, а цифри, які стоять далі – умовний номер марки, з ростом якої зростає вміст вуглецю. Літера “Г” в марці сталі вказує на підвищений вміст марганцю (0,8-1,2%). Сталі марок від Ст.0 до Ст.4сп, включно, містять вуглецю від О,06 до 0,27%, а марок Ст.5 і Ст.6 – 0,28...0,37 і 0,38...0,49%, відповідно. Літери “кп”, “нс”, “сп” визначають ступінь розкислення сталі (“кп” – кипляча, “нсп” – напівспокійна, “сп” – спокійна).

Спокійні сталі (сп) розкислюють марганцем, кремнієм і алюмінієм до повного закінчення виділення газових бульбашок із рідкого сплаву.

Напівспокійні сталі (нсп) розкислюють марганцем і кремнієм. При розливі сталі виділяються бульбашки в невеликій кількості.

Киплячі сталі (кп) не розкислюють і тому при розливанні їх виділяється багато бульбашок. Сталь ніби кипить, а після кристалізації ці бульбашки залишаються в металі.

У більшості випадках сталі, які містять менше ніж 0,3% вуглецю (сталі марок Ст.0 ... Ст.4сп) застосовуються при виготовленні конструкцій, які з’єднуються зварюванням. Їх можна віднести до сталей, що добре зварюються.

Сталі марок Ст.5нс ...Ст6сп містять більш ніж 0,3% вуглецю. Тому у деталей, виготовлених з цих марок сталей, можна підвищувати міцність за рахунок термічної обробки, а зварюваність цих сталей обмежена.

Використовується вуглецева конструкційна сталь звичайної якості переважно як листовий матеріал і сортовий прокат для різних конструкцій: арматура, болти, труби, невідповідальні паливні пристрої тощо.

Вуглецеві якісні конструкційні сталі. Ці сталі поділяються на дві групи: група з нормальним вмістом марганцю (< 0,8 % Mn) марок 05кп, 08пс, 08кп, 10кп, 10пс, 10, 15кп, 15пс, 20кп, 20, 25, 30…80, 85; і група з підвищеним вмістом марганцю (1...1,2 % Mn) марок 15Г, 20Г, 25Г, 30Г, 35Г 65Г і 70Г. Цифри в марці якісних сталей означають середній вміст вуглецю в сотих частках відсотка, а літера Г – наявність підвищеного вмісту марганцю. Якість виявляється обмеженням в сталі кількості сірки і фосфору: S < 0,035 % і P < 0,035 % .

Низьковуглецеві сталі мають невелику міцність і високу пластичність. Тому їх обробляють прокатуванням, штампуванням, куванням. Наприклад, сталь 0,8кп застосовують для штампування кузовів автомобілів, а сталі марок 0,8 ... 25 добре зварюються.

Середньовуглецеві сталі марок 30 ... 60 мають підвищену міцність, але меншу пластичність, ніж низьковуглецеві. З них виготовляють дуже широку номенклатуру деталей машин, механізмів, приладів (валики, шестерні, осі…) переважно із застосуванням термічної обробки – поліпшення.

Сталі марок 65...85 і 65Г...70Г застосовують для виготовлення пружин, ресор та інших пружних деталей і приладів.

Інструментальні вуглецеві сталі. Ці сталі використовують для виготовлення штампів, а також інших інструментів (напилок, ножовочне полотно). Їх поділяють на якісні і високоякісні. Якісні сталі містять S < 0,035 % і P < 0,035 %, а високоякісні містять
S < 0,025 % і P < 0,025 %.

При маркуванні для групи високоякісних сталей в кінці марки ставиться буква А. Інструментальні сталі виготовляють таких марок: У7, У8…У13, У7А, У8А…У13А.

Букви і цифри в позначенні інструментальних марок сталі вказують: У – вуглецева інструментальна; наступні за нею цифри вказують середній вміст вуглецю в десятих долях процента. Наприклад, У7 – 0,7 % вуглецю, У13А – 1,3 % вуглецю; А вказує на те, що сталь високоякісна. Сталь постачають термічно обробленою у вигляді кованого круга, гарячекатаного круга, квадрата або смуги, каліброваного круга або квадрата і сріблянки.

Для отримання необхідних властивостей інструмент підлягає термічній обробці – гартуванню з наступним відпуском.

Леговані сталі .Легованими називають сталі, до складу яких спеціально вводяться один або декілька легуючих елементів для отримання бажаних властивостей. Легуючі елементи – хром, нікель, ванадій, молібден, вольфрам, бор … Легуючими елементами також можуть бути постійні домішки (Mn, Si,,…), коли вони додаються спеціально для надання певних властивостей.

Залежно від вмісту легуючих елементів леговані сталі поділяють на три групи: низьколеговані – вміст легуючих елементів менше 2,5 %, середньолеговані – від 2,5 до 10 % і високолеговані – більше 10 %.

За призначенням леговані сталі ділять на конструкційні, інструментальні і сталі з особливими фізико-хімічними властивостями.

Для маркування легованих сталей прийнята система позначень, яка складається з букв і цифр. Кожний легуючий елемент позначається буквами: Г – марганець, С – кремній, Х – хром, Н – нікель, М – молібден, В – вольфрам, Ф – ванадій, Т – титан, Ю – алюміній, Д – мідь, Б – ніобій, К – кобальт, Р – бор, П – фосфор, Ц – цирконій, А – азот, Е – селен.

Для конструкційних легованих сталей прийнято маркування, за яким перші цифри вказують середній вміст вуглецю в сотих частках процента, букви – наявність відповідних легуючих елементів, а цифри, що стоять за буквами, – процентний вміст цих компонентів у сталі. Якщо після якоїсь букви немає цифри, то це означає, що сталь містить даний елемент у кількості до 1,5 %.

Приклади розшифрування марок сталей: Сталь 40Х містить 0,4 % вуглецю і до 1,5 % хрому; Сталь 16Г2 містить 0,16 % вуглецю і близько 2 % марганцю.

Для позначення високоякісної легованої сталі в кінці маркування додають букву А, наприклад, 40ХНМА; для позначення особливо високоякісної сталі – букву Ш (через дефіс), наприклад, 40ХНМ-Ш. Високоякісні сталі містять що сірки, що фосфору не більше 0,025%, а особливо високоякісні – не більше 0,015%.

Для інструментальних легованих сталей порядок маркування за легуючими елементами такий самий, як і для конструкційних, але кількість вуглецю позначається першою цифрою в десятих, а не в сотих частках процента. Якщо цифри немає, то сталь містить близько або більше 1 % вуглецю. Наприклад, марка 9ХС означає, що сталь інструментальна, містить близько 0,9 % вуглецю, та менше 1,5 % кожного з елементів - хрому та кремнію.

Сталі з особливими фізико-хімічними властивостями маркують за правилами, які можуть відрізнятися від вказаних вище правил і мають свої означення, характерні для певної групи. Ці сталі можна визначити по буквам, що ставляться попереду:
А – автоматна, Ш – шарикопідшипникова, Р – швидкорізальна,
М – магнітна, Е – електротехнічна тощо. Наприклад, сталь ШХ15 означає, що сталь шарикопідшипникова; подальші Х15 зовсім не вказують на кількість хрому в цій сталі. Цю сталь розшифровують за правилами, характерними для групи шарикопідшипникових сталей.

Нижче наведені декілька груп конструкційних легованих сталей. Ці сталі за призначенням поділяють на такі групи: будівельні низьколеговані сталі, сталі для холодного штампування, цементовані сталі, ресорно-пружинні сталі, зносостійкі сталі, корозійностійкі та інші.

До будівельних низьколегованих сталей належать сталі, які вміщують менше ніж 0,22 % С, а кількість легуючих домішок не перевищує 2,5 %. Для цієї групи сталей значення 0,22 % С показує на те, що вони мають невеликий вміст вуглецю і тому добре зварюються без утворення тріщин і, навпаки, коли вміст вуглецю перевищує вказану межу з’являється ймовірність утворення тріщин.

До низьколегованих відносяться сталі 09Г2, 09Г2С, 10Г2С1, 14Г2, 17ГС, 15ГФ, 15Г2СФ, 10Г2Б, 15ХСНД, 10ХНДП та ін. З них виготовляють листи, сортовий прокат і застосовують у будівництві та машинобудуванні для зварних конструкцій, в більшості випадків, без допоміжної термічної обробки.

Застосування низьколегованих сталей, які мають _0,2 = 350 МПа замість вуглецевих, дозволяє зекономити до 15 % металу, а при _0,2 = 400 МПа – до 25 – 30 %. Деякі низьколеговані сталі мають _0,2 > 750 МПа.

Низьколеговані конструкційні сталі поділяють на класи, виходячи з відношення _В / _0,2.

До класу С 380/230 відносять сталі з нормальною міцністю; до класів С 460/330 і С 520/400 – сталі з підвищеною міцністю і до класів С 600/450, С 700/600 і С 850/750 – сталі з високою міцністю.

Приклади застосування низьколегованих будівельних сталей:

– допоміжні конструкції будівель виготовляються із сталей класів С 380/230, С 440/290, С 520/400;

– труби газопроводів великого діаметра виготовляють із сталі 17ГС;

– важконавантажені елементи екскаваторів виготовляють із сталей класів С 700/600...С 850/750 (12Г2СМФ, 14ГСМФР);

– металеві конструкції мостів виготовляють із сталей 15ХСНД, 10ХСНД, 10Г2С1Д, 16Г2АФ.

Цементовані леговані сталі – це низьковуглецеві (0,1...0,3 % вуглецю), низько і середньолеговані сталі. Ці сталі призначені для виготовлення деталей машин і приладів, що працюють на зношування і піддаються ударним та змінним динамічним навантаженням. Приклади цих сталей: 15Х, 25ХГМ, 20ХН, 20Х2Н4А. Працездатність деталей з них залежить від властивостей серцевини і поверхневого шару. Деталі, виготовлені з цементованої сталі, поверхні насичують вуглецем (цементують) і після цього піддають термічній обробці (гартування і низький відпуск). Така обробка забезпечує твердість HRC58...65 на поверхні і достатньо вязку серцевину деталі.

До поліпшених легованих сталей відносяться середньо-вуглецеві (0,3...0,7 %С) і низьколеговані. Вони призначені для виготовлення відповідальних деталей (вали, зубчасті колеса, шатуни та ін.), що працюють в умовах змінних ударних навантажень. Для поліпшення властивостей (міцності, пластичності, вязкості) ці сталі піддають термічній обробці, яка має назву поліпшення (гартування і високе відпускання). Прикладом таких сталей можуть бути сталі: 30ХГСА, 40Х, 40ХС, 45ХН2МА.

Поліпшені і цементовані сталі після термічної обробки можуть досягати _В  1300 Мпа і КС  100 Дж/см ².

З ресорно-пружинних сталей виготовляють пружини, ресори та пружні елементи різного призначення. Сталі надходять у вигляді дроту або стрічки. Вміст вуглецю в сталях повинен бути не менше ніж 0,5 % для утворення необхідних пружних властивостей після виконання термічної обробки. Пружини та інші пружні деталі мусять мати великі значення _0,2, _-1 при наявності незначної пластичності і вязкості. Звичайна твердість досягає HRC 42...48.

Для виготовлення пружних деталей можна використовувати вуглецеві сталі 65, 70, 75, 85, але частіше застосовують леговані сталі 55С2, 60С2А, 70С3А, 60С2ХФА, 65С2ВА, 50ХФА та ін.

Корозійностійкі (нержавіючі) сталі. Ці сталі повинні мати вміст хрому більш ніж 10,5% (ДСТУ ЕN 10020-2002). Стійкість до корозії обумовлюється тим, що в поверхневому шарі в умовах окислювання утворюється тонкий захисний шар оксиду хрому, який захищає сталь від корозії. Корозійностійкі сталі поділяють на хромисті (10Х13, 20Х13, 40Х13) і хромонікелеві (04Х18Н10, 12Х18Н10Т, 12Х21Н5Т). хромонікелеві сталі більш корозійностійкі, ніж хромисті.

Леговані інструментальні сталі. У порівнянні з вуглецевими інструментальні леговані сталі мають більшу теплостійкість, вязкість і зносостійкість.

Низьколеговані інструментальні сталі (9ХС, ХВГ, ХВСГ) мають високу твердість (HRC 60-65), зносостійкість і малу теплостійкість (200...250 С), у них добра прогартовуваність, тому з цих сталей можна виробляти більш габаритні інструменти (пресформи, вимірювальні інструменти та ін.).

Високолеговані інструментальні сталі містять вольфрам, хром, ванадій в значній кількості. Вони мають високу теплостійкість (500...650 С), завдяки чому їх використовують для виготовлення високопродуктивного різального інструменту і називають швидкорізальними сталями. Найбільш розповсюджені наступні швидкорізальні сталі: Р18, Р9, Р10К5Ф5 та ін. Тут Р означає швидкорізальна, цифри після букви Р вказують на вміст вольфраму у процентах. Вміст хрому (4 %) і ванадію (2 %) при маркуванні не вказується. Коли сталі додатково містять молібден, кобальт, ванадій, то в маркуванні ці елементи позначаються відповідно буквами М, К, Ф і цифрами, які вказують на їх кількість у процентах. Швидкорізальні сталі використовуються для виготовлення швидкорізального інструменту (свердла, мітчики, плашки та ін.).

У даних методичних вказівках у додатку, в табл. Д1, Д2 і Д3 наведені властивості, способи обробки і призначення сталей, які можна використати при відповіді на перше питання.

2. Термічною обробкою називається процес нагрівання, витримки і охолодження заготовок чи деталей з метою надання їм певних механічних, фізичних, хімічних і технологічних властивостей. Порівняно з термічно необробленими за допомогою термічної обробки значно підвищують властивості деталей, такі як міцність (в 1,5 – 5 разів), зносостійкість, магнітні властивості тощо. Тому в машинобудуванні термічна обробка застосовується майже завжди.

На практиці застосовують такі основні види термічної обробки: відпалювання, нормалізацію, гартування і відпуск.

Відпалюванням називають операцію термічної обробки сталі, при якій шляхом нагрівання, витримки при заданій температурі і подальшого повільного охолодження отримують стійку (зрівноважену) структуру сталі.

За допомогою відпалювання змінюють форми і розміри зерен структури, усувають неоднорідність хімічного складу, зменшують внутрішні напруження, знімають наклеп і перегрів сталей.

Існують різні види відпалювання, які характеризуються режимами нагрівання і охолодження.

Нормалізація сталі– це нагрівання виробу вище лінії GSЕ на
30 – 50 С, витримка з метою його прогрівання і подальше охолодження на повітрі.

Для вуглецевих сталей нормалізацію застосовують замість відпалювання, тому що процес потребує менше часу для його виконання. При цьому досягаються такі властивості: сталь стає в’язкою і пластичною, а структура перетворюється в дрібнозернисту. Але застосування нормалізації для легованих сталей може привести до інших результатів, а саме, до збільшення твердості і значного зменшення в’язкості. Це залежить від кількості вуглецю і легуючих елементів у сталі. Деякі високолеговані сталі при нормалізації можуть загартовуватись і тоді нормалізація перетворюється в гартування. Тому для багатьох легованих сталей замість нормалізації застосовують відпал.

У більшості випадків нормалізацію застосовують для отримання дрібнозернистої структури у відливках і поковках, усунення наклепу, підготовки структури сталі перед гартуванням. Для деяких виробів нормалізація є кінцевою операцією термічної обробки.

Гартування і відпускання сталей. Існують такі способи гартування: безперервне, перервне, ступеневе й ізотермічне. В роботі йдеться про безперервне гартування. Технологічний процес отримання певних властивостей виробів при цьому способі гартування складається з двох етапів: спочатку виконують гартування, при якому сталь стає твердою і дуже напруженою, а після гартування для зняття напруження, а також для отримання певних властивостей обов’язково виконують відпускання. Коли ж відпускання не проводити, тоді у виробів з’являються тріщини та інші дефекти.

Безперервне гартування (далі для спрощення будемо писати гартування) – це нагрівання сталей вище лінії GSK на 30 – 50 С, витримка і швидке охолодження зі швидкістю вище критичної.

На рис.2 зображено лівий кут діаграми стану залізо-вуглець і інтервал температур для нагрівання сталей для гартування.

Охолоджують сталі при гартуванні у воді, маслі, розчинах солей.

Рис.2. Інтервал температур для гартування сталей
Після гартування обов’язково і відразу виконують відпуск сталі.

Відпуском називають такий вид термічної обробки, при якому загартовану сталь нагрівають до температур, які знаходяться нижче критичної температури (<727 С) і після витримки (не менше ніж 2 год) повільно чи швидко охолоджують.

Розділяють три види відпуску: низький, середній і високий.

Низький відпуск проводять при температурі 150 – 270 С з метою зменшення внутрішніх напружень у загартованому виробі, майже не знижуючи його твердості. При цьому утворюється структура відпущеного мартенситу. Низькому відпуску піддають інструменти, шарикопідшипники, а також вироби після цементації.

Середній відпуск здійснюють при температурі 350 – 500 С залежно від марки сталі. Застосовують його для виробів, яким необхідна достатньо висока твердість (HRC40-50), висока межа пружності і невелика в’язкість ( = 2 – 6 %). Після середнього відпуску структура сталі складається з трооститу, який являє собою дрібні зерна цементиту і фериту.

Високий відпуск відбувається при температурі 500 – 680 С, після чого сталь має структуру сорбіту і набуває підвищеної в’язкості. В’язкість, яка характерна сорбіту, дуже важлива для деталей і інструментів, що піддаються ударним навантаженням. Вали, осі, шестерні, високоміцні болти та інші деталі після гартування обробляють за допомогою високого відпуску. Процес, який складається з гартування і подальшого високого відпуску називають поліпшенням.

При виконанні завдання графічно вибір температури гартування виконують у такій послідовності. Спочатку малюють лівий кут діаграми стану (рис.2). Далі, на осі, що означає кількість вуглецю, відкладають ту кількість вуглецю, яку містить сталь (вміст вуглецю у сталі визначається згідно правила розшифрування марок сталей). З точки, що визначили, проводять вертикальну лінію до ліній нагрівання сталей для гартування. Точки перетинання цих ліній і покажуть інтервал температур нагрівання при гартуванні.

Графічно вибір температури відпуску виконують у такій послідовності. Спочатку малюють графік залежності твердості сталі, що задана, від температури відпуску (рис.1). Далі на вісі твердості відмічають точку заданої твердості (табл. 3). З цієї точки проводять горизонталь до кривої залежності твердості від температури відпуску сталі вашого варіанта. З точки перетинання горизонталі і кривої вказаної залежності опускають вертикаль вниз до осі температур відпуску. У місці цього перетинання знаходиться точка, яка відображає температуру відпуску.

Структурні і фазові перетворення, що відбуваються у сталі при кожній операції термічної обробки треба описувати послідовно. Спочатку треба указати структуру сталі до термічної обробки, яку можна визначити по діаграмі стану залізо-вуглець (рис.2). На цій діаграмі доевтектоїдні сталі (до 0,8 % С) мають структуру Ф+П, заевтектоїдні сталі (більше ніж 0,8 % С) – структуру П+Ц, а евтектоїдні сталі (0,8 % С) – перлітну структуру (П). Коли сталь нагрівають до температури гартування , вона стає аустенітною. Після гартування сталь має структуру мартенсит гартування. При відпуску мартенсит гартування перетворюється в інші структури, а саме, при низькому відпуску – у мартенсит відпуску, при середньому відпуску – у троостит, при високому відпуску – у сорбіт.

Для позначення фаз вказаних структур треба знати, що мартенсит складається з фази аустеніт і фази мартенсит, троостит, сорбіт і перліт складаються з фаз ферит і цементит.

3...28. Відповіді на питання з 3 по 28 можна знайти у підручниках [1; 4; 7-9] у розділах по технології металів або технології матеріалів.</727>

1 2