- •Методические указания к выполнению практических работ по дисциплине «Инструментальные и неметаллические материалы»
- •Содержание
- •Классификация инструментальных материалов
- •1. Цель работы
- •2. Теоретический раздел
- •2.1. Инструментальные стали.
- •2.1.1. Углеродистые инструментальные стали.
- •2.1.2. Легированные стали.
- •2.1.3. Быстрорежущие стали.
- •2.2. Твердые сплавы
- •2.2.1. Однокарбидные твердые сплавы.
- •2.2.2. Двухкарбидные твердые сплавы.
- •2.2.3. Трехкарбидные твердые сплавы
- •2.2.4. Безвольфрамовые твердые сплавы
- •2.3. Сверхтвердые материалы
- •2.3.1. Алмазы
- •2.3.2. Синтетические поликристаллические материалы (композиты)
- •2.3.3. Минералокерамические материалы
- •2.4. Абразивные материалы
- •2.4.1. Естественные (природные) материалы
- •2.4.2. Искусственные материалы
- •3. Порядок выполнения работы
- •4. Содержание отчета
- •4.2. Цель работы.
- •5. Контрольные вопросы
- •Расчет параметров термической обработки инструментальных сталей
- •Цель работы
- •Теоретический раздел
- •3. Порядок выполнения работы
- •4. Содержание отчета
- •4.2. Цель работы.
- •5. Контрольные вопросы
- •Влияние карбидной неоднородности на свойства быстрорежущих сталей
- •1. Цель работы
- •2. Теоретический раздел
- •Порядок выполнения работы
- •4. Содержание отчета
- •4.2. Цель работы.
- •5. Контрольные вопросы
- •Библиографический список
- •Приложение а
Библиографический список
1. Геллер Ю.А. Инструментальные стали./ Ю.А. Геллер. – М.: Металлургия, 1983. –С. 191-201, 322-393.
2. Лахтин Ю.М. Материаловедение. / Ю.М. Лахтин, В.П. Леонтьева. - М.: Машиностроение, 1991. - 487 с.
3. Пахолюк А.П. Основи матеріалознавства i конструкцiйнi матерiали /А.П. Пахолюк, О.А. Пахолюк. – Львiв: видавництво “Свiт”, 2005. – 172с.
4. Гуляев А.П. Металловедение / А.П.Гуляев. – М.: Металлургия, 1986. – 851с.
5. Материаловедение / Под ред. Б.Н.Арзамасова. – М.: Машиностроение, 1986. – 611с.
6. Технология конструкционных материалов/ Под ред. А.М.Дальского. – М.: Машиностроение 1999. – 764с.
Приложение а
(справочное)
Таблица А1 – Механические свойства углеродистых сталей (ГОСТ 1435-99)
Марка стали |
Свойства после отжига |
Свойства после закалки и отпуска |
|||
НВ, МПа |
σв, Мпа |
δ,% |
НRC |
σизг, Мпа |
|
У7, У7А |
1870 |
630 |
28 |
57-59 |
2000 |
У8, У8А |
1870 |
600 |
28 |
57-59 |
1950 |
У9, У9А |
1920 |
600 |
28 |
58-59 |
2050 |
У10, У10А |
1970 |
600 |
23 |
58-59 |
2400 |
У11, У11А |
1970 |
- |
23 |
58-59 |
2900 |
У12, У12А |
2070 |
600-700 |
21 |
58-59 |
3500 |
У13, У13А |
2170 |
- |
21 |
58-59 |
2150 |
Таблица А2 – Применение углеродистых сталей
Марка материала |
Применение |
1 |
2 |
У7, У7А |
Деревообрабатывающий инструмент: топоров, стамесок, долот. Пневматические инструменты небольших размеров: зубила, бойки. Кузнечные штампы. Слесарно-монтажный инструмент: молотки, кувалды, отвертки, комбинированные плоскогубцы, боковые кусачки. |
У8, У8А, У8Г, У8ГА, У9, У9А |
Инструмент, работающий в условиях, не вызывающих перегрева режущей кромки. Деревообрабатывающий инструмент: фрезы, зенковки, топоры, стамески, долота, пилы продольные и дисковые. Слесарно-монтажный инструмент: кернеры, отвертки, комбинированные плоскогубцы, острогубцы, боковые кусачки. Накатные ролики и калибры простой формы. |
У10А, У10А |
Столярные пилы, ручные ножовки, слесарные шаберы, напильники, накатные ролики, штампы для холодной штамповки. |
У11, У11А |
Деревообрабатывающий инструмент: пилы ручные и машинные, поперечные и столярные, сверла спиральные. Штампы холодной штамповки (вытяжные, высадочные, обрезные и вырубные) небольших размеров и без резких переходов по сечению. Калибры простой формы и пониженным классом точности, накатные ролики, напильники. |
Окончание таблицы А2
1 |
2 |
У12, У12А |
Метчики ручные, напильники, шаберы слесарные. Штампы для холодной штамповки обрезные и вырубные небольших размеров и без переходов по сечению, холодновысадочные пуансоны и штемпели мелких размеров, калибры простой формы и пониженных классов точности. |
У13, У13А |
Инструменты с повышенной износостойкостью при умеренных и значительных удельных давлениях (без разогрева режущей кромки); напильники, бритвенные лезвия и ножи, острые хирургические инструменты, шаберы, гравировальные инструменты. |
Таблица А3 – Механические свойства некоторых
инструментальных легированных сталей (ГОСТ 5950-2000)
Марка стали |
Твердость после отжига НВ |
Твердость НRC после |
Температура отпуска, 0С |
|
закалки |
отпуска |
|||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
9Х |
179-217 |
62-64 |
59-60 |
160-200 |
9ХС |
197-241 |
62-65 |
63-64 |
160-200 |
ХВГ |
207-255 |
63-65 |
62-63 |
160-200 |
ХГ |
197-241 |
62-65 |
61-64 |
150-200 |
ХВСГ |
196-241 |
62-65 |
63-64 |
200-300 |
11Х |
179-217 |
62-65 |
60-64 |
160-200 |
13Х |
187-241 |
62-65 |
60-64 |
160-200 |
Х12 |
207-255 |
62-65 |
60-63 |
160-200 |
Х12М |
207-255 |
62-64 |
62-63 |
160-200 |
Х12Ф1 |
207-255 |
62-63 |
59-62 |
160-200 |
5ХГМ |
197-241 |
53-58 |
40-46 |
500-600 |
5ХНСВ |
207-255 |
55-59 |
35-41 |
500-600 |
4Х5В2ФС |
180-229 |
52-54 |
52-51 |
500-600 |
4Х3В2М2Ф2 |
207-269 |
50 |
42-46 |
500-600 |
3Х2В8Ф |
207-255 |
49-52 |
40-45 |
500-600 |
7Х3 |
229-187 |
54-56 |
44-46 |
500-600 |
5ХНМ |
200-240 |
52-58 |
33-37 |
580-610 |
4ХВ2С |
220-230 |
53-55 |
39-40 |
580-600 |
3Х3М3Ф |
210-229 |
50-53 |
45-49 |
500-550 |
3Х2Н2МФ |
|
44-46 |
36-39 |
530-620 2-х кратн. |
Окончание таблицы А3
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
4ХМФС |
239-241 |
54-56 |
40-42 |
580-600 |
5ХВ2С |
225-229 |
56-60 |
54-59 |
200-250 |
6ХВГ |
215-217 |
56-58 |
49-51 |
380-400 |
7Х3 |
|
62-64 |
40-44 |
480-500 |
7ХГ2ВМФ |
250-255 |
63-65 |
58-59 |
180-200 |
8Х3 |
|
62-64 |
44-48 |
480-550 |
Х6ВФ |
239-241 |
61-64 |
57-59 |
180-200 |
ХВ4Ф |
255-260 |
65-66 |
63-65 |
180-200 |
Таблица А4 – Применение инструментальной легированной стали
Марка материала |
Применение |
1 |
2 |
9ХС, ХВГ |
Инструменты относительно больших размеров, работающие в тяжелых условиях, резьбонарезные инструменты (круглые плашки с мелким шагом) |
ХВСГ |
Инструменты типа протяжек, длинные метчики |
ХГ |
Мерительный инструмент, штампы для холодной деформации |
11Х, 13Х |
Ленточные пилы, ножовочные полотна |
Х12, Х12М, Х12Ф1, Х6ВФ |
Инструменты, деформирующие металл в холодном состоянии: накатные плашки, ролики, фильеры (волоки) для волочения |
ХНМ, 5ХГМ, 5ХНСВ |
Инструмент, деформирующий металл в горячем состоянии: молотовые штампы |
4Х5В2ФС, 4Х3В2М2Ф2 |
Инструмент, деформирующий металл в горячем состоянии: штампы горизонтально-ковочных машин и ударный инструмент |
3Х2В8Ф |
Штампы, работающие при больших удельных давлениях и высоких температурах, а также прессовый инструмент и детали пресс-форм для литья под давлением |
7Х3 |
Матрицы пуансоны для горячей обработки металлов давлением |
5ХНМ |
Матрицы для холодного деформирования |
4ХВ2С |
Для инструментов ударного деформирования в холодном состоянии (зубила, обжимки, вырубные и отрезные штампы) |
Окончание таблицы А4
1 |
2 |
3Х3М3Ф |
Для инструмента горячего деформирования, пресс-форм для литья под давлением медных сплавов |
3Х2Н2МФ |
Детали прессового инструмента, пресс –штампы |
4ХМФС |
Молотовые штампы для деформации легированных конструкционных сталей, прессового инструмента для обработки алюминиевых сплавов |
5ХВ2С |
Ножи для холодной резки металла, резьбонакатные плашки, пуансоны и обжимные матрицы при холодной обработке давлением |
6ХВГ |
Пуансоны для холодной прошивки, мелкие штампы для горячей штамповки |
7Х3 |
Инструмент для горячей высадки заготовок из углеродистых и низколегированных сталей, матрицы, пуансоны |
7ХГ2ВМФ |
Штампы для холодного деформирования цветных сплавов и малопрочных конструкционных сталей |
8Х3 |
Инструменты для горячей высадки, деталей штампов для горячего прессования и выдавливания |
Х6ВФ |
Ролики, плашки, ручные ножовочные полотна, матрицы, пуансоны для холодного деформирования |
ХВ4Ф |
Резцы и фрезы при обработке с небольшими скоростями резания металлов, прошивные пуансоны |
Таблица А5 – Механические свойства некоторых быстрорежущих сталей (ГОСТ 19265-73)
Марка стали |
В отожженном состоянии |
После закалки и отпуска (3-х кратного) твердость НRC |
||
σ0,2, Мпа |
δ, % |
НВ |
||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
Р6М5 |
600-659 |
6-8 |
255 |
65-66 |
Р6М3 |
590-650 |
7-8 |
250 |
63-65 |
Р12Ф3 |
560-580 |
9-10 |
269 |
65-66 |
Окончание таблицы А5
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
Р8М3К6С |
600-640 |
4-5 |
285 |
68-70 |
Р12Ф4К5 |
580-600 |
8-9 |
270 |
66-67 |
Р12М3Ф2К8 |
|
|
|
|
Р9М4К8 |
|
|
280 |
66-67 |
Таблица А6 – Применение быстрорежущих сталей
Марка материала |
Применение |
1 |
2 |
Р6М5, Р8М3К6С, Р12Ф3 |
Для изготовления всех типов режущих инструментов, работающих при больших скоростях резания: сверла, резцы, фрезы. |
Р12Ф4К5 |
Для резания жаропрочных нержавеющих сталей |
Р6М3 |
Для изготовления сверл для обработки металла с НВ до 260 |
Р12М3Ф2К8 |
Для изготовления резьбовых и червячных фрез для резания труднообрабатываемых сплавов |
Р9М4К8 |
Зубо-фрезерный инструмент, фрезы, фасонные резцы, зенкеры, метчики для обработки высокопрочных и жаропрочных сталей. |
Таблица А7 – Применение твердых сплавов
Марка материала |
Применение |
1 |
2 |
ВК1, ВК3-М, ВК3 |
Для обработки чугуна, цветных металлов и неметаллических материалов. |
ВК4, ВК6, ВК6-М |
Для чернового точения, фрезерования, рассверливания, зенкерования при обработке чугуна, жаропрочных сплавов, цветных металлов и неметаллических материалов. |
ВК8 |
Для чернового точения и других видов черновой обработки чугуна, жаропрочных сплавов и цветных металлов. Для изготовления волок. |
Т5К10, Т15К6 |
Для чернового точения, фрезерования и строгания сталей. |
Т30К4 |
Для чистового точения, фрезерования и строгания сталей. |
Окончание таблицы А7
1 |
2 |
ТТ20К9 |
Для прерывистого резания (фрезерования) |
ТТ7К12, ТТ10К8-Б |
Для черновой и чистовой обработки труднообрабатываемых материалов, жаропрочных сплавов и сталей. |
ТН-20,ТН-25, ТН-30, КНТ-16,КТС-1, КТС-2 |
Для получистового и чистового точения и фрезерования сталей и цветных металлов |
Таблица А8 - Физические и механические свойства некоторых композиционных материалов
Материал
|
Плотность , г / см3 |
Твердость HV, ГПа |
Композит 01 (Эльбор-Р) |
3,4 |
37 |
Композит 03 (Петбор) |
3,48 |
40 |
Композит 10 (Гексанит-Р) |
3,4 |
30,5 |
Таблица А9 – Применение и состав синтетических поликристаллических материалов (композитов)
Марка материала |
Состав |
Применение |
1 |
2 |
3 |
Композит 01 (Эльбор-Р)
|
98% кубического нитрида бора (BN) |
Чистовая обработка закаленных сталей и чугунов |
Композит 03 (Петбор)
|
Кубический нитрид бора (BN)+ керамическая связка
|
Обработка (непрерывная и прерывистая) закаленных сталей, отбеленных и серых перлитных чугунов, высокотвердых наплавленных материалов
|
Композит 10 (Гексанит-Р)
|
40-60% кубического нитрида бора + вюрцтитный нитрид бора |
Непрерывное и прерывистое резание термообработанных сталей, чугунов, твердых сплавов с содержанием Со >15%, наплавленных и напыленных покрытий. |
Таблица А10 - Механические свойства керамики
Марка |
Группа |
Твердость |
и, МПа |
ЦМ-332 |
Оксидная |
HRA 90 |
300-400 |
В3 |
Оксидно-карбидная |
HRA 92-94 |
450-750 |
ВОК-60 |
Оксидно-карбидная |
HRA 92-94 |
600-750 |
ВОК-63 |
Оксидно-карбидная |
HRA 92-93 |
650-750 |
Силинит-Р |
Оксидно-нитридная |
HV 32 ГПа |
500-700 |
Таблица А11 – Применение минералокерамических материалов
Марка материала |
Применение |
1 |
2 |
ЦМ-332 |
Чистовое обтачивание чугуна, стали, неметаллических материалов и цветных металлов с большими скоростями и ограниченным числом перерывов в работе
|
ВШ
|
Чистовое точение углеродистых и малолегированных сталей, а также чугунов с твердостью НВ≤260. Прерывистое точение керамики марки ВШ дает неудовлетворительные результаты. |
ВЗ |
Прерывистое точение |
ВОК-60, ВОК-63 |
Фрезерование закаленной стали и высокопрочных чугунов. |
Силинит-Р |
Чистовое точение сталей, чугуна, алюминиевых сплавов и титана. |
ТаблицаА12-Характеристики инструментальных материалов
|
Теплостойкосто (красностойкость), о С. |
До 700 |
800…1000 |
2000 1400 |
1500 |
800 |
Предел прочности при сжатии сж, МПа
|
До 4000 |
»5900 |
»3000 »5600 |
»6500 |
»2000 |
|
Предел прочности при изгибе и, МПа
|
До 4000 |
»1800 |
»950 »980 |
»1000 |
»300 |
|
Твердость HRA, не менее |
До 80 |
87...92 |
До 94 »95,3 |
- |
- |
|
Плотность , г / см3
|
7,9…8,75 |
11,1…14,8 |
3,6…4,0 4,4…4,7 |
3,45 |
3,48…3,56 |
|
Материал |
Быстрорежущая сталь |
Твердые сплавы |
Минерало керамика: оксидная смешанная (керметы) |
Кубический нитрид бора |
Алмазы искусственные |
Таблица А13 – Химический состав некоторых инструментальных сталей (по массе)
№ |
Сталь |
Массовая доля элементов, % |
||||||
С |
Si |
Cr |
W |
Mo |
V |
Др. |
||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
1 |
5ХНМ |
0,5-0,6 |
- |
0,5-0,8 |
- |
0,1-0,3 |
- |
1,4-1,8 Ni |
2 |
5ХНВ |
0,5-0,6 |
- |
0,5-0,8 |
0,4-0,7 |
- |
- |
1,4-1,8 Ni |
3 |
9ХФ |
0,8-0,9 |
0,15-0,35 |
0,4-0,7 |
- |
- |
- |
0,3-0,6 Mn |
4 |
7Х3 |
0,6-0,75 |
0,15-0,35 |
3,2-3,8 |
- |
- |
- |
0,15-0,4 Mn |
5 |
4Х5В2ФС |
0,3-0,4 |
0,8-1,2 |
4,5-5,5 |
1,6-2,2 |
- |
0,6-0,9 |
- |
6. |
ХВСГ |
0,95-1,05 |
0,65-1,0 |
0,6-1,0 |
0,7-1,0 |
|
0,05-0,15 |
0,6-0,9Mn |
7. |
Х |
0,95-1,0 |
0,15-0,35- |
1,3-1,65 |
- |
- |
- |
0,15-0,4 Mn, 0,35 Ni |
8. |
6ХС |
0,6-0,7 |
0,6-1,0 |
1,0-1,3 |
- |
- |
- |
0,2-0,4Mn 0,35 Ni |
9. |
ХВГ |
0,9-1,05 |
0,15-1,3 |
0,5-0,8 |
0,5-0,8 |
- |
- |
0,8-1,1 Mn, 0,35 Ni |
10. |
7НГ2ВМ |
0,7-0,8 |
0,3-0,7 |
1,5-1,8 |
0,9-1,3 |
0,5-0,8 |
0,1-0,25 |
1,8-2,3Mn, 1,4-1.8 Ni |
11. |
4ХС |
0,35-0,45 |
1,2-1,6 |
1.3-1,6 |
- |
- |
- |
0,2-0,4 Mn, 0,25 Ni |
12. |
11ХФ |
1,05-1,14 |
0,15-0,35 |
0,4-0,7 |
- |
- |
0,15-0,30 |
0,4-0,7 Mn, 0,25 Ni |
13. |
5НГМ |
0,5-0,6 |
0,25-0,65 |
0,6-0,9 |
- |
- |
0,15-0.3 |
1,2-1,6Mn, 1,4-1,8 Ni |
14. |
5ХНСВ |
0,5-0,6 |
0,6-0,9 |
1,3-1,6 |
- |
- |
0,4-0,7 |
0,3-0,6Mn, 0,8-1,2 Ni |
15. |
7ХФ |
0,63-0,73 |
0,15-0,35 |
0,4-0,7 |
- |
- |
0,15-0,3 |
0,3-0,6 Mn 0,35 Ni |
Таблица А14 - Применение наиболее потребляемых марок быстрорежущих сталей в Украине
|
Виды инструментов |
Зубо- нарезной |
Р6М5; Р6М5-Ш; Р6М5-МП; Р6М5К5; Р6М5К5-Ш; Р6М5К5-МП; Р6М5Ф3; Р6М5Ф3-Ш; |
Р6М5К5; Р6М5К5-Ш; Р9М4К8; Р9М4К8-Ш; Р9М4К8-МП |
Р9М4К8; Р9М4К8-Ш; Р9М4К8-МП |
Фрезы дисковые, концевые и др., долбяки, шаверы |
Р6М5; Р6М5-Ш; Р6М5К5; Р6М5Ф3; Р6М5Ф3-Ш; Р7М2Ф5; Р7М2Ф5-Ш; Р7М2Ф5-МП |
Р6М5К5; Р6М5К5-Ш; Р6М5Ф3; Р6М5Ф3-Ш; Р12М3Ф2К8; Р12М3Ф2К8 |
Р6М5К5; Р9М4К8; Р9М4К8-Ш; Р9М4К8-МП; Р12М3Ф2К8 |
||
Метчики, протяжки, плашки |
Р6М5; Р6М5-Ш; Р6М5Ф3; Р6М5Ф3-Ш; Р12МФ5; Р12МФ5-Ш |
Р6М5; Р6М5-Ш; Р6М5К5; Р6М5К5-Ш; Р7М2Ф6; Р7М2Ф6-Ш; Р7М2Ф6-МП; Р18-МП |
Р6М5К5; Р6М5К5-Ш; Р6М5К5-МП; Р6М5Ф3; Р6М5Ф3-Ш; Р6М5Ф3-МП; Р12М3Ф2К8; Р12М3Ф2К8-Ш |
||
Сверла, развертки, зенкеры |
Р6М5; Р6М5-Ш; Р6М5К5; Р6М5К5-Ш; Р6М5К5-МП; Р6М5Ф3; Р6М5Ф3-Ш; Р6М5Ф3-МП |
Р6М5К5; Р6М5К5-Ш; Р6М5К5-МП; Р7М2Ф3К8; Р7М2Ф3К8-Ш; Р7М2Ф3К8-МП; Р9М4К8; |
Р6М5К5; Р6М5К5-Ш; Р6М5К5-МП; Р12М3Ф2К8; Р12М3Ф2К8-Ш; Р12М3Ф2К8-МП |
||
Резцы |
Р6М5К5; Р6М5К5-Ш; Р12 М3Ф2К8; Р12М3Ф2К8-Ш; Р12Ф4К5 |
Р6М5К5; Р6М5К5-Ш; Р6М5К5-МП; Р12Ф2М3К8; Р12Ф2М3К8-Ш; Р12Ф2М3К8-МП; Р12Ф4К5 |
Р6М5К5; Р6М5К5-Ш; Р6М5К5-МП; Р12Ф2М3К8; Р12Ф2М3К8-Ш; Р12Ф2М3К8-МП; Р12Ф4К5; Р12Ф4К5-Ш; Р12Ф4К5-МП |
||
Обрабатываемый материал |
Углеродистые, низко- и среднелегированные конструкционные стали с прочностью до 1000 МПа, машиностроительные чугуны |
Легированные улучшенные конструкционные стали с прочностью до 1200 МПа и нержавеющие стали |
Жаропрочные стали и сплавы, высокопроч- ные конструкционные стали с прочностью до 1500 МПа, нержавеющие стали с аустенитной структурой, титановые сплавы |
Заказ №________________ от «______» 2008г.
Тираж _____________________экз.