Главная / Материаловедение / Курсовая работа по материаловедению

Курсовая работа по материаловедению

Задание на курсовую работу:

Для изготовления измерительного инструмента (гладкие и резьбовые калибры) выбрана сталь Х12Ф1. Твердость после термической обработки HRc 62. Обосновать выбор стали. Указать возможность замены. Назначить режим термообработки. Описать микроструктуру до и после термической обработки.

Данную сталь (Х12Ф1) можно заменить сталями: Х6ВФ, Х6В3ФМ, а также сталями типа Х12.

Сталь Х12Ф1, а также ее заменители являются сталями инструментальными, штамповыми. Предназначается для изготовления: профилировочных роликов сложной формы, эталонных шестерней, накатных плашек, волоков, секций кузовных штампов сложной формы, сложные дыропрошивные матрицы при формовке листового металла, матрицы и пуансоны вырубных и просечных штампов со сложной конфигурацией рабочих частей, пуансоны и матрицы холодного выдавливания, работающие при давлении до 1400-1600 МПа.

Штамповые стали делятся на две группы: деформирующие метал в холодном состоянии и деформирующие металл в горячем состоянии. Условия работы стали при различных видах штамповки сильно различаются между собой.

Так, как сталь Х12Ф1 преимущественно используется для холодный штамповки, то остановимся на описании необходимых качеств такой стали. Для штамповки в холодном состоянии сталь, из которой изготавливают штампы, обычно должна обладать высокой твердостью, обеспечивающей устойчивость стали против истирания, хотя и вязкость, особенно для пуансонов, имеет также первостепенное значение. Также от стали, из которой изготавливают штампы больших размеров, требуется повышенная прокаливаемость. Сталь, применяемая для штампов и пуансонов сложных конфигураций должна мало деформироваться при закалке.

Ввиду многочисленных и разнообразных требований, предъявляемых к штампам в зависимости от их назначения, применяют стали различных марок, начиная от простых углеродистых и кончая сложнолегированными.

Из всего вышеперечисленного следует, что выбор стали для изготовления измерительного инструмента (гладкие и резьбовые калибры) выбрана правильно. Сталь Х12Ф1 Мало деформируется при закалке, имеет повышенную прокаливаемость, обладает высокой твердостью которая обеспечивает устойчивость стали против истирания.

Сталь Х12Ф1 Является высокохромистой сталью и содержит от 11,0% до 12,5% хрома. Все высокохромистые стали содержат также высокий процент углерода, что приводит к образованию большого количества хромистого карбида (Cr7C3).

Химический состав стали Х12Ф1 % (ГОСТ 5950-73)

C

Si

Mn

Cr

V

S

P

Ni

Cu

Не более

1,25-

1,45

0,15-

0,35

0,15-

0,40

11,0-

12,50

0,70-

0,90

0,030

0,030

0,35

0,30

Именно большое количество карбидной фазы (при всех режимах термической обработки) и делает сталь высокоизносоустойчивой. Способность этих карбидов переходить в раствор и тем в большей степени, тем выше нагрев под закалку, позволяет, изменяя температуру закалки, изменять свойства стали и ее поведение при термической обработке.

Наибольшая твердость в стали Х12Ф1 получается при закалки с 1075 °С. дальнейшее повышение температуры приводит к понижению твердости вследствие еще большего растворения хромистых карбидов и увеличения количества остаточного аустенита.

На рисунке №1, отображено влияние температуры закалки на твердость стали Х12Ф1, количество аустенита и изменение длинны.

Необходимую высокую твердость стали типа Х12, а также Х12Ф1 и сталей-заменителей можно получить, закаливанием от высоких температур (1150 °С) в масле и получая, следовательно, большее количество аустенита, а затем путем обработки холодом и отпуска добиваться разложения остаточного аустенита и получать высокую твердость (>60 HRc). Но чаще сталь типа Х12 закаливают с температур, дающих наибольшую твердость после закалки (от 1050-1075 °С) и последующего низкого отпуска (при 150-180 °С). твердость в обоих случаях одинаковая (61-63 HRc), но в первом случае сталь обладает более высокой красностойкостью, а во втором — большей прочностью.

Применяемые режимы термической обработки для стали Х12Ф1, получаемые при этом свойства и некоторые данные о строении (количество аустенита) приведены в таблице:

Режим

Температура, °С

Среда охлаждения

Твердость HRc (посе закалки)

Количество аустенита, %

Температура отпуска, °С

Число отпусков

Твердость HRc (после отпуска)

I

1070±10

Масло (селитра)

62-64

20-25

160

1

62-64

II

1070±10

То же

62-64

20-25

200

1

58-60

III

1170±10

Масло (селитра)+

+обработка холодом при -70 °С

51-53

30-35

520

2-3

60-62

IV

1120±10

Масло (селитра)

57-59

35-45

Термическая доводка

57-59

Примечание. IОбычный режим; IIПрименяют, если обработка по режиму I Не обеспечивает необходимой вязкости; IIIДля режущих инструментов, когда требуется износостойкость; IVИспользуют тогда, когда требуется неизменность размеров.

Стали Х12Ф1, Х12М и им подобные мало деформируются при закалке, а при применении термической доводки деформацию можно свести к нулю.

Так как в задании на курсовую работу сталь предназначалась для изготовления измерительного инструмента (гладкие и резьбовые калибры), а подобные изделия требуют неизменности размеров, то для этого случая лучше всего подойдет IV режим термической обработки.

Также для получения высокой поверхностной твердости и для увеличения износостойкости сталь Х12Ф1 можно подвергнуть азотированию. Азотированию подвергают технологическую оснастку из легированных сталей 3Х2В8Ф, Х12, 7Х3 по ГОСТ 5950-73 и сталей 38Х2МЮА, 20Х и 30Х по ГОСТ 4543-71.

Для азотирования стали Х12Ф1 существует два режима азотирования:

Режим

Температура процесса, °С (+40 °С)

Продолжительность,

ч

Глубина слоя,

Мм

Поверхностная твердость HV100 номинальная

I

510

25

0,15-0,20

900-1000

II

510

55

0,20-0,30

900-1000

Также стали Х12, Х12Ф, Х12Ф1, Х12М, Х12ФТ, и другие стали можно подвергнуть процессу жидкостного цианирования. При цианировании происходит одновременное насыщение поверхностного слоя азотом и углеродом. Различают три вида цианирования: низкотемпературное (540-560 °С), среднетемпературное (820-860 °С) и высокотемпературное (920-960 °С).