Оптимальный режим термической обработки для резьбовых фрез из стали Р6М5

Содержание

 

Задание
Введение
1 Назначение  и свойства стали Р6М5
2 Термическая  обработка фрез из стали Р6М5
2.1 Предварительная  термическая обработка
2.1.1 Перлитное превращение
2.2 Закалка
2.3 Отпуск
3 Поверхностная  обработка
Заключение
Список  используемых источников
Приложение А

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задание

 

Назначить оптимальный режим  термической обработки для резьбовых  фрез из стали Р6М5. Объяснить превращения  в сплавах, вызванные нагревом и  охлаждением в соответствие с  выбранным режимом термической  обработки, указать микроструктуру и твердость после термической  обработки.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Быстрорежущие стали применяют  для режущих инструментов, работающих в условиях значительного нагружения и нагрева рабочих кромок. Инструмент из быстрорежущих сталей обладает высокой  стабильностью свойств.

       Быстрорежущие стали сочетают высокую теплостойкость (600-650 °С в зависимости от состава и обработки) с высокими твердостью до HRC 68–79, износостойкостью при повышенных температурах и повышенным сопротивлением пластической деформации.

       Для обеспечения красностойкости сталь легируют большим количеством вольфрама в сочетании с молибденом и ванадием. Кроме этих элементов все быстрорежущие стали легированы хромом, а некоторые кобальтом.

       Применяемые быстрорежущие стали делят на три группы: стали нормальной производительности, повышенной и высокой производительности.

       Стали нормальной производительности характеризуются пониженной теплостойкостью (615–620 °С). К ним относятся: вольфрамовые стали (Р9, Р12, Р18), вольфрамомолибденовые (Р6М5, Р6М3, Р8М3 и др.), безвольфрамовые (9Х6М3Ф3АГСТ, 9Х4М3Ф2АГСТ и др.).

       Сталь Р6М5 в основном вытеснила стали Р18, Р12 и Р9 и нашла применение при обработке цветных сплавов, чугунов, углеродистых и легированных сталей, а также некоторых теплоустойчивых и коррозионно-стойких сталей.

       Разработаны новые марки безвольфрамовых быстрорежущих сталей нормальной производительности – 9Х6М3Ф3АГСТ (Эк-41) и 9Х4М3Ф2АГСТ (ЭК-42). Стали имеют меньшую плотность, что сокращает расход быстрорежущих сталей на 4-5 %. По режущим свойствам они соответствуют свойствам стали Р6М5, что и предопределяет область их применения.

       Стали повышенной производительности дополнительно легированы кобальтом и ванадием. К ним относятся стали с повышенной теплостойкостью 625-640 °С: вольфрамокобальтовые (Р9Ф5, Р9К10 и др.); вольфрамованадиевые (Р9Ф5, Р12Ф3 и др.), вольфрамованадиевые с кобальтом (Р10Ф5К5, Р12Ф4К5 и др.); вольфрамованадиевые с кобальтом и молибденом (Р12Ф3К10М3, Р12Ф2К5М3 и др.).

К группе быстрорежущих сталей повышенной производительности следует  отнести и быстрорежущие дисперсионно-твердеющие сплавы с интерметаллидным упрочнением. Их высокая теплостойкость и режущие свойства обеспечиваются высокими температурами a ® g превращения и упрочнением вследствие выделения при отпуске интерметаллидов, имеющих более высокую устойчивость, к коагуляции при нагреве, чем карбиды. Наибольшее распространение получил сплав В11М7К23 (ЭП831).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Назначения и свойства стали Р6М5

 

Режущий инструмент работает в условиях длительного контакта и трения с обрабатываемым металлом. В процессе эксплуатации должны сохраняться  неизменными конфигурации и свойства режущей кромки. Материал для изготовления режущего инструмента должен обладать высокой твердостью и износостойкостью, т. е. способностью длительное время сохранять режущие свойства кромки в условиях трения.

Быстрорежущие стали с повышенным содержанием вольфрама, ванадия, кобальта имеют высокую твёрдость, но у них сильно проявляется карбидная неоднородность, которая негативно влияет на их твёрдость, что приводит к выкрашиванию режущих кромок. Этому меньше подвержены молибденосодержащие стали, которые имеют стабильные по всему сечению характеристики.

В настоящее время наблюдается тенденция к замене быстрорежущих сталей с высоким содержанием вольфрама на сложнолегированные стали с малым содержанием вольфрама. Наиболее типичным представителям таких сталей есть сталь марки Р6М5.

Повышенная стойкость, прочность  и технологичность дали возможность  стали Р6М5 занять доминирующее место  среди сталей нормальной продуктивности. Её применяют при изготовлении широкой  гаммы режущих инструментов: (резцы, сверла, фрезы, резьбовые фрезы, долбяки, развертки, зенкеры, метчики, протяжки для обработки конструкционных сталей с прочностью до 1000 МПа, от которых требуется сохранение режущих свойств при нагревании во время работы до 600 °С), а также при обработке углеродистых легированных конструкционных сталей.

Так как задание к данной курсовой работе заключается в необходимости  подбора режима термической обработки  для резьбовых фрез из стали Р6М5, то более подробно остановимся на условиях работы данного инструмента.

Фреза используется в качестве режущего инструмента для механической обработки металла резанием, при которой режущий инструмент – фреза имеет вращательное (главное) движение, а обрабатываемая заготовка – поступательное движение (движение подачи), оно может быть направлено как по направлению вращения фрезы, так и против.

Особенностью фрезерования является прерывистость процесса резания. Это обусловлено тем, что при  вращении фрезы каждый зуб врезается  в заготовку с ударом, а затем  работает только на некоторой части  оборота и выходит из зоны резания. При дальнейшем движении зуб не касается заготовки, что способствует его  охлаждению и обусловливает более  благоприятные условия для работы.

Врезание зубьев фрезы  в заготовку с ударами приводит к возникновению вибрации, что  отрицательно сказывается на точности и шероховатости обработки.

Рабочая кромка инструмента  испытывает тепловые воздействия за счет тепла, выделяющегося при резании  и трении. Температура достигает 400-600 ºС и может повышаться при дальнейшем повышении скорости резания. Каждый режущий зуб фрезы имеет такие же элементы и как и любой резец или другой режущий инструмент, врезаясь в металл, снимает стружку.

Поэтому наиболее важные требования к дисковой фрезе следующие:

- высокая твердость 63-65 HRC;

- высокая прочность и  сопротивление пластической деформации;

- теплостойкость, при температуре  резанья 615-620 °С;

- формо- и размероустойчивость.

Химический состав, критические  точки и механические свойства приведены  в таблицах 1.1-1.3.

 

Таблица 1.1 - Химический состав стали Р6М5, % по массе

C	Si	Mn	S	P	Cr	Fe	Ni	Mo	V	Co	W
0.82- 0.9	до 0.5	до 0.5	до 0.025	до 0.03	3.8- 4.4	78.845- 83.38	до 0.4	4.8 - 5.3	1.7 -2.1	до 0.5	5.5- 6.5

Таблица 1.2 – Критические  точки стали Р6М5

Температура критических точек	Ac1, ºC	Ac3, ºC
	815	850

 

Таблица 1.3 - Механические свойства стали в состоянии поставки (после отжига) при 20ºC

σ0,05	σ0,2	σВ	δ	ψ	σсж0,2	σсж	ε, %	KCU, Дж/см2
МПа			%		МПа
240	510	850	12	14	520	2720	54	18

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Термическая  обработка фрез из стали Р6М5

2.1 Предварительная  термическая обработка

 

Микроструктура  быстрорежущей стали Р6М5 в литом  состоянии имеет эвтектическую  структурную составляющую. Для получения  оптимальных свойств фрез из быстрорежущей стали необходимо по возможности устранить структурную неоднородность стали – карбидную ликвацию. Для этого слитки из быстрорежущей стали подвергаются интенсивной пластической деформации (ковке) при температуре 1140-850 ^оС. При этом происходит дробление карбидов эвтектики и достигается более однородное распределение карбидов по сечению заготовки.

Для подготовки структуры з быстрорежущей стали Р6М5 к окончательной термической обработке поковки из данной сталей подвергают предварительной термической обработке отжигу. Процесс ковки заготовок не всегда удается закончить при регламентированной температуре окончания ковки и заданной степени деформации. Скорость охлаждения поковок после окончания ковки также не всегда является оптимальной с точки зрения получения необходимой структуры, твердости и уровня остаточных напряжений. Поэтому предварительная термическая обработка преследует цель:

-снизить твердость  поковок для улучшения обрабатываемости  резанием;

-измельчить зерно  и обеспечить равномерное распределение  структурных составляющих;

-снизить уровень  остаточных напряжений.

В качестве предварительной  смягчающей термической обработки  стали Р6М5 был выбран изотермический отжиг.

Изотермическая диаграмма  распада аустенита стали Р6М5 приведена на рисунке 2.1.

 

Рисунок 2.1 – Изотермическая диаграмма распада аустенита стали 5ХНМ

 

На изотермической диаграмме  имеется два минимума устойчивости переохлажденного аустенита, соответствующие  перлитному (диффузионному) и бейнитному (промежуточному) превращениям. Оба превращений разделены областью относительной устойчивости аустенита. Особенность промежуточного превращения в стали заключается в том, что оно протекает не до конца. Часть аустенита, обогащенного углеродом, при изотермической выдержке не распадается и при дальнейшем понижении температуры превращается в мартенсит или даже не претерпевает этого превращения. Таким образом, в результате промежуточного превращения сталь получает структуру, состоящую из бейнита и некоторого количества мартенсита или не распавшегося аустенита, который называется остаточным аустенитом. Легирующие элементы увеличивают устойчивость аустенита в области перлитного и бейнитного превращения и на диаграмме изотермического превращения сдвигают вправо кривые начала и конца распада.

Причины высокой устойчивости переохлажденного аустенита в области  перлитного превращения многие исследователи  связывают с тем, что в результате распада легированного аустенита в перлитной области образуется феррит и легированный цементит или даже специальные карбиды. Для образования такой феррито-карбидной смеси между твердым раствором                      и карбидом должно произойти диффузионное перераспределение не только углерода, но и легирующих элементов. Карбидообразующие элементы переходят в карбиды, а элементы, не образующие карбидов, - в феррит. Замедление распада аустенита в перлитной зоне объясняется малой скоростью диффузии легирующих элементов в аустените и уменьшением скорости диффузии углерода под влиянием карбидообразующих элементов.

В области температур промежуточного превращения распад аустенита может  ускоряться вследствие того, что при  более низких температурах исключается  диффузия легирующих элементов. Поэтому  при распаде аустенита образуется феррит и карбид цементитного типа, имеющие то же содержание легирующих элементов, что исходный аустенит. Следовательно, для образования феррито-карбидной смеси в промежуточной области необходима только диффузия углерода. При этом превращение не сопровождается перераспределением легирующих элементов.