К конторско-бытовым площадям относятся помещения контор участка.

Министерство образования и науки Украины

 

Национальный политехнический университет

"Харьковский политехнический институт"

 

Кафедра "Металловедение и термическая обработка металлов"

 

Расчетно-пояснительная записка

К дипломному проекту

 

на тему: "Проект участка термической обработки дисковых фрез"

 

 

Выполнил:

студент группы МТ35а

Надточий Т.С.

Руководитель проекта:

доц. Протасенко Т.А.

 

 

Харьков 2010 г.

Министерство образования и науки Украины

Национальный политехнический университет

"Харьковский политехнический институт"

Кафедра "Металловедение и термическая обработка металлов"

 

 

Задание

На дипломный проект

на тему: "Проект участка термической обработки дисковых фрез"

 

ст. группы МТ-35а

Надточия Тимофея Сергеевича

Руководитель проекта:

доц. Протасенко Т.А.

 

Характеристика детали:

 

Наименование детали: дисковая фреза

Марка стали: Р6М5

Размер: Ø= 150 мм

Масса: 2 кг

Таблица 1

Обозначение	Наименование документа	Формат	Кол	Прим.
	Документация общая
	Задание	А4	1
	Пояснительная записка	А4	49
	Конструкторская документация
СВС 3,5.8.3,5/13	Сборочный чертеж	А1	1
СВС 3,5.8.3,5/13	Спецификация	А4	1
	Документация проекта
План участка	Сборочный чертеж	А1	1
План участка	Спецификация	А4	1
	Плакаты
Карта тех. процесса	Таблица
Схема маршрутных технологий	Таблица

 

Реферат

 

Расчетно-пояснительная записка содержит: 55 страниц, 8 рисунков, 8 таблиц, 7 источников информации.

Ключевые слова: дисковая фреза, быстрорежущая сталь, закалка, легирующие элементы, шахтная печь, соляная печь-ванна.

Целью проекта является проектирование участка термической обработки дисковых фрез из стали Р6М5. Произведен анализ нагружения детали, структура детали, выбрана марки стали и разработан технологический процесс термообработки. Проведен расчет температурно-временных параметров процесса, а также основного, вспомогательного и дополнительного оборудования, производственной программы, предложены средства механизации и автоматизации процесса. Рассчитаны площади, и спроектирована планировка участка и печей СВС-3,5.8.3,5/13 и СШО-4.4/7.

В работе содержится графическая часть, включающая планировку участка, термического оборудования, схема технологической карты и маршрутная технология.

 

Содержание

 

Введение

1. Проектирование технологии термической обработки

1.1 Анализ нагружения деталей и требования к ним

1.2 Структура деталей

1.3 Выбор марки стали и ее описание

1.4 Разработка технологического процесса

1.4.1 Маршрутная технология изготовления деталей

1.4.2 Выбор и обоснование технологического процесса

1.4.3 Описание операций технологического процесса

1.4.4 Расчет и описание температурно-временных параметров технологических процессов

1.4.5 Разработка и описание технологической карты термической обработки деталей

1.4.6 Контроль производства

2. Выбор и расчет оборудования

2.1 Выбор и обоснование основного оборудования

2.2 Описание основного оборудования

2.3 Выбор и описание, вспомогательного и дополнительного оборудования

2.4 Расчет необходимого количества оборудования

2.5 Механизация и автоматизация производства

3. Строительная часть

3.1 Разработка плана расположения оборудования на проектируемом участке

3.2 Расчет площадей и описание основных элементов здания

Заключение

Список источников информации

 

Введение

 

В последнее время наблюдается существенное изменение в развитии и применении инструментальной стали. Не только для инструментов, но и во многих других областях техники. Применение инструментальных сталей в качестве конструкционных и для других условий эксплуатации требует знания таких свойств сталей, которые раньше мало изучали, в первую очередь вязкость, сопротивление знакопеременным нагрузкам и контактной выносливости в разных структурных состояниях.

В настоящее время для повышения механических свойств инструментальных сталей начинают использовать некоторые новые способы обработки.

В современном машиностроении для повышения долговечности ответственных деталей широко используют процессы термической обработки, из которых наибольшее распространение получили закалка и отпуск. В результате применения этих методов термической обработки повышается износостойкость детали, возрастает усталостная прочность и т.д.

Перспективным направлением совершенствования технологии термической обработки является интенсификация процессов нагрева, установка агрегатов для термической обработки, применение автоматических линий с включением в них процессов термической обработки.

 

1. Проектирование технологии термической обработки

 

1.1 Анализ нагружения деталей и требования к ним

 

Фрезерование является одним из высокопроизводительных и широко распространенных методов обработки заготовок резанием. Работа производится многозубыми режущими инструментами – фрезами.

Фреза отрезная 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.

 

Рисунок 1.1 – Дисковая фреза.

 

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[1].

Рабочая кромка инструмента испытывает тепловые воздействия за счет тепла, выделяющегося при резании и трении. Температура достигает 400-600ºС и может повышаться при дальнейшем повышении скорости резания. Тепловой фактор влияет на свойства и поведение инструментальных сталей. 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.

 

1.2 Структура детали

 

Отрезная фреза выполнена из быстрорежущей стали. К быстрорежущим сталям относят высоколегированные стали, предназначенные для изготовления инструментов высокой производительности.

Основное свойство этих сталей – высокая теплостойкость. Она обеспечивается введением большого количества вольфрама совместно с другими карбидообразующими элементами: молибденом, хромом, ванадием.

На завод сталь поступает в виде заготовок (поковок) и имеет структуру сорбитообразного перлита и карбидов.

При нагреве под закалку образуется аустенит, который интенсивно легируется и имеет сравнительно низкое содержание углерода из-за уменьшения растворимости под действием легирующих элементов.

После закалки инструмента получают структуру мелкоигольчатого мартенсита, карбидов и остаточного аустенита.

После отпуска структура будет иметь значительно меньшее количество остаточного аустенита, образуются больше специальных карбидов и происходит некоторое изменение в кристаллической решетки мартенсита (в основном под действием С, W, Mo, V, Cr).

 

1.3 Выбор марки стали и ее описание

 

Долговечность и надежность инструмента зависит от материала и его конструкционной прочности. Повышение эксплуатационных качеств инструмента достигается правильным выбором марки стали.

Материал для инструмента выбирается с обязательным учетом:

1) Условий эксплуатации, а именно:

- характера приложения нагрузки (статическая, динамическая, знакопостоянная, знакопеременная, контактная и т. д.) и ее максимальной величины;

- характера напряжений;

- температурных условий работы;

- наличия агрессивной среды;

- типа трения.

2) Механических свойств и в первую очередь сочетания высоких пределов усталости и циклической вязкости, обеспечивающих надежную и длительную работу данного изделия.

3) Технологических и структурных особенностей:

- закаливаемости и прокаливаемости в рабочих сечениях;

- устойчивость аустенита в процессах теплового воздействия и характера превращений;

- склонность к обезуглероживанию, окислению и росту зерна при длительном нагреве;

- обрабатываемости на различных стадиях формообразования.

4) Особенностей конструкции обеспечивающих коробление и противодействие к образованию трещин.

5) Экономические соображения:

- стоимости;

- минимального содержания легирующих элементов;

- необходимости селектирования отдельных элементов;

- условий поставки в соответствии с ГОСТами или отраслевыми нормативами.

Для изготовления дисковых фрез используются инструментальные, легированные, теплостойкие быстрорежущие стали: Р6М5, Р12, Р18, Р8М3, Р12Ф3 и др.). Для сравнения возьмем три марки стали: Р12, Р18 и Р6М5. Химический состав сталей указан в таблице 1.1:

 

Таблица 1.1 – Химический состав сталей, %.

Марка стали	C	Cr	W	V	Mo	Mn	Si	Ni	S	P	Co
					не более
Р6М5	0,8-0,88	3,8-4,4	5,5-6,5	1,7-2,1	5-5,5	0,4	0,5	0,4	0,03	0,03	-
Р18	0,7-0,8	3,8-4,4	17-18,5	1-1,4	1	0,5	0,5	0,4	0,03	0,03	0,5
Р12	0,8-0,9	2,8-3,6	12-13	1,5-1,9	1	0,5	0,5	0,5	0,03	0,03	0,5

 

В таблице 1.2 приведены механические свойства сталей, в таблице 1.3 - значения теплостойкости:

 

Таблица 1.2 – Механические свойства сталей.

Марка стали	Режим термической обработки		Предел прочности σизг, МПа	HRC
	tзак, ºC	tотп, ºC
Р6М5	1220	560	3300-3400	63-65
Р12	1250	560	3000-3200	64
Р18	1280	550	2900-3100	64

Примечание. Закалка на зерно балла 10; трехкратный отпуск при 560 ^оС.

Таблица 1.3 – Теплостойкость сталей

Марка стали	Температура, 0С	σизг, МПа	Время, ч	HRC
Р6М5	6200С	3300-3400	4	63
Р12	580	3000-3200	4	63-64
Р18	620	2900-3100	4	63-64

 

Быстрорежущие стали, в отличие от легированных и углеродистых сталей, имеют высокую теплостойкость, сохраняя мартенситную структуру и твердость более 60 HRC при нагреве до 600-650^°С, более высокую прочность и повышенное сопротивление пластической деформации.

Проанализируем химические составы сталей Р6М5, Р18 и Р12.

Основными легирующими элементами быстрорежущих сталей, обеспечивающих высокую красностойкость, являются вольфрам, молибден, ванадий и кобальт. Кроме них все стали легируют хромом. Важным компонентом является углерод.

Содержание углерода в стали должно быть достаточным, чтобы обеспечить образование карбидов легирующих элементов. Так при содержании углерода меньше 0,7 % не получается высокой твердости в закаленном и в отпущенном состоянии. Влияние повышенного содержания углерода в сталях с молибденом более благоприятно, чем в вольфрамовых.

Карбидообразующие элементы образуют в стали специальные карбиды: Me₆С на основе вольфрама и молибдена, MeС на основе ванадия и Me₂₃С₆ на основе хрома. Часть атомов Me составляет железо и другие элементы.

Вольфрам и молибден являются основными легирующими элементами, обеспечивающими красностойкость. Они образуют в стали карбид Me₆С, который при аустенитизации часто переходит в твердый раствор, обеспечивая получение после закалки легированного вольфрамом (молибденом) мартенсита. Вольфрам и молибден затрудняют распад мартенсита при нагреве, обеспечивая необходимую красностойкость. Нерастворенная часть карбида Me₆С приводит к повышению износостойкости стали. Молибден по влиянию на теплостойкость замещает вольфрам по соотношению Mo : W = 1 : 1,5.

Ванадий образует в стали наиболее твердый карбид VC (MeС). Максимальный эффект от введения в сталь ванадия достигается при условии, что содержание углерода в стали будет достаточным для образования большого количества карбидов и для насыщения твердого раствора. Карбид MeС, частично растворяясь в аустените, увеличивает красностойкость и повышает твердость после отпуска благодаря эффекту дисперсионного твердения. Нерастворенная часть карбида MeС увеличивает износостойкость стали.

Хром во всех быстрорежущих сталях содержится в количестве около 4%. Он является основой карбида Me₂₃С₆. При нагреве под закалку этот карбид полностью растворяется в аустените при температурах, значительно более низких, чем температуры растворения карбидов Me₆С и MeС. Вследствие этого основная роль хрома в быстрорежущих сталях состоит в придании стали высокой прокаливаемости. Он оказывает влияние и на процессы карбидообразования при отпуске.

Кобальт применяют для дополнительного легирования быстрорежущей стали с целью повышения ее красностойкости. Кобальт в основном находится в твердом растворе и частично входит в состав карбида Me₆С. К недостаткам влияния кобальта следует отнести ухудшение прочности и вязкости стали, увеличение обезуглероживания.

Марганец в небольших количествах может переводить серу в более благоприятное соединение.

Сера является вредной примесью, способствующая красноломкости. В ледебуритных сталях отрицательная роль образующихся сульфидов меньше из-за присутствия в структуре значительно большего числа избыточных карбидов, которые могут также ухудшать эти свойства. Кроме того, сульфиды при низких температурах начала затвердевания этих сталей часто служат центрами кристаллизации и присутствуют внутри крупных эвтектических карбидов. Их количество уменьшается на границе зерен. Для уменьшения количества серы (до 0,015 %) используют электрошлаковый переплав.

Фосфор также является вредной примесью. При содержании фосфора более чем 0,02-0,03 % заметно снижается вязкость и прочность, усиливаются искажения в решетке мартенсита.

Ранее наиболее широко применялась сталь P18. Она содержит больше вольфрама, чем другие стали, и поэтому имеет повышенное количество карбидов (22-25 % после отпуска). Основной карбид М₆С; доля карбида МС не более 2-3 % от общего количества карбидной фазы. Преимущества стали Р18: 1) малая чувствительность к перегреву (из-за влияния повышенного количества карбидов), и, в связи с этим, хорошая стабильность свойств сталей разных плавок; 2) хорошая шлифуемость; содержание ванадия в сталях с 18 % W меньше, чем в других сталях.

Сталь имеет немного лучшие режущие свойства при обработке сталей с избыточными карбидами (в частности, шарикоподшипниковых) и в инструментах относительно простой формы; это связано с более высоким сопротивлением пластической деформации из-за большего количества карбидов.

Резкое сокращение производства стали Р18 объясняется как дефицитностью вольфрама и созданием теперь сталей с более высокими свойствами, так и тем, что сталь Р18 имеет следующие недостатки: а) более крупные размеры избыточных карбидов: до 30 мкм, что снижает стойкость инструментов с тонкой рабочей кромкой и небольшого сечения; б) недостаточно высокие прочность и вязкость, сильно зависящие от профиля проката; они удовлетворительные лишь в небольшом сечении; прочность составляет 3000-3300 и 2000-2300 MПa в прутках диаметром 30 и 60-80 мм соответственно; в) пониженная горячая пластичность, особенно в крупном профиле. Это затрудняет также изготовление инструментов горячей пластической деформацией.

Сталь Р12, разработанная позже, заменяет сталь Р18. Основной карбид М₆С; количество карбида МС несколько больше (8 %), чем у стали Р18.

В твердом растворе стали Р12 больше ванадия, что позволяет устанавливать его содержание в стали более высоким; 1,5-1,9 % без заметного ухудшения шлифуемости. В этом случае теплостойкость стали Р12 немного выше, чем стали Р18.

При почти одинаковой карбидной неоднородности (в прокате равного профиля) размеры карбидных частиц и количество карбидов в стали Р12 меньше, чем у стали Р18.

Вследствие этого, а также и более низкого содержания хрома, горячая пластичность стали Р12 на 10-15 % выше, чем у стали Р18. По этой же причине прочность и вязкость стали Р12 в одинаковом профиле на 5-8 % выше, чем стали Р18.

Режущие свойства сталей Р18 и Р12 близки; они несколько выше у стали Р12 в инструментах с тонкой рабочей кромкой и немного ниже, чем у стали Р18 в инструментах простой формы, обрабатывающих более твердые материалы.

Сталь Р6М5 широко применяется для тех же назначений, как и сталь Р12. Теплостойкость этой стали лишь немного ниже, чем сталей Р12 и Р18.

Размеры карбидных частиц меньше, чем в стали Р18. Поэтому прочность стали Р6М5 после одинаковой деформации на 10-15 % больше, а вязкость на 50-60 % выше, чем у стали Р18. Это преимущественно наблюдается и в крупных сечениях.

С повышением температуры до 500-600 °С прочность стали Р6М5 снижается сильнее, а вязкость возрастает больше, чем у сталей Р18 и Р12. Пластичность стали Р6М5 при температурах деформирования выше, чем у стали Р18. Твердость после отжига ниже, что обеспечивает несколько лучшую обрабатываемость резанием. Ее шлифуемость хорошая и не ниже, чем у стали Р18.

У стали Р6М5 с 5 % Мо сохраняются (но в меньшей степени) недостатки, вносимые молибденом. Она чувствительна к обезуглероживанию и к разнозернистости. Для повышения стабильности свойств необходимо устанавливать содержание углерода в более узких пределах.

При увеличении содержания кремния до 0,8-0,9 % немного улучшаются вязкость и твердость стали[3,8].

Таким образом, проанализировав стали Р18, Р12 и Р6М5, можно сделать вывод, что для дисковой фрезы наиболее целесообразно выбрать сталь Р6М5, учитывая выше перечисленные характеристики, и ее меньшую стоимость.

 

Рисунок 1.2 – Диаграмма изотермического распада переохлажденного аустенита стали Р6М5.

 

Рассчитываем критическую скорость охлаждения по формуле:

 

,

 

где, Т_з – температура закалки; Т_з = 1220 ^оС;

Т_min – температура минимальной устойчивости аустенита; Т_min = 740 ^оС;

τ_кр – критическое время; τ_кр = 600 с.

 

0,53 ^оС/c.

 

1.4 Разработка технологического процесса

 

1.4.1 Маршрутная технология изготовления дисковых фрез

Маршрутная технология – это последовательность технологических операций от начальной до установки детали в узел или механизм.

Маршрутная технология изготовления дисковых фрез из стали Р6М5 приведена на рис. 1.3:

 

				Контролируемый парамер
Входной контроль		М1		Химический анализ Твердость в состоянии поставки
Заготовительное отделение		М2		Порезка на заготовки Контроль по размерам
Механический цех		М3		Горячая штамповка Механическай обработка
Обезжиривание		С4
Сушка		С5		Время сушки Температура сушки 150-300 ºС
Закалка		Т6		Температура аустенизации Выдержка Состав соли Скорость охлаждения
Мойка		Т7		Время Температура 80-100 ºС Состав моечной среды
Трехкратный отпуск		Т8		Температура Время
ОТК		Т9		Твердость Отсутствие трещин и волосовин Стабильность размеров

Рисунок 1.3 – Маршрутная технология изготовления дисковых фрез

 

1. Входной контроль представляет собой контроль поступающего в цех материала по следующим параметрам: химический состав, твердость, степень чистоты металла.

Химический состав контролируется в соответствии с ГОСТ 19265-73. Дилатометрическим методом определяется температура полной аустенизации Ас₃.

2. После входного контроля металл поступает в кузнечный цех, где он подвергается горячей пластической деформации – штамповке.

3. После штамповки заготовка поступает в механической отделение, где производится зачистка заусенцев и шлифование боковых поверхностей. Так же в механическом отделении производится контроль геометрии форм и размеров, выявление поверхностных дефектов.

4. Сушка деталей проводится при температуре 150-200 ºС для предотвращения попадания влаги в соляную печь вместе с деталью. Время сушки одной партии деталей составляет 20-30 минут.

5. Закалка производится с учетом температуры аустенитного превращения. Время выдержки влияет на полноту превращения стали. Скорость охлаждения должна быть такой, чтобы после закалки получить требуемую структуру и по возможности исключить коробление.

6. Тройной отпуск необходим для полного превращения аустенита в мартенсит (снижения количества остаточного аустенита), снижения напряжений, образовавшихся в результате мартенситного превращения – то есть для получения структуры, обеспечивающую заданные технологические свойства.

7. Контроль ТО производится по твердости, отсутствию трещин и волосовин. Твердость обрабатываемой детали контролируется неразрушающим методом контроля – 100 % от партии, 30 % партии контролируется на Роквелле. Твердость должна составлять 61-62 единицы HRC. Контроль на отсутствие трещин и волосовин проводится при помощи дефектоскопа – 3% от партии. После контроля на каждую деталь составляется сопроводительный документ и ставится штамп.

8. Окончательная механическая обработка представляет собой заточка и чистовое шлифование режущих кромок.

 

1.4.2 Выбор и обоснование технологического процесса

При выборе технологических процессов термической обработки рекомендуется руководствоваться следующими прогрессивными направлениями:

1) Использование остаточной теплоты от предыдущей операции, например, теплоты операций горячего формообразования (ковка, штамповка, литье, прокатка, сварка и др.) для операций последующей термообработки (отжиг, нормализация, закалка).

2) Применение скоростных методов нагрева на основе:

- создания большого перепада температур между нагреваемым устройством и изделием;

- концентрации значительного количества электроэнергии в нагреваемом металле (например, индукционный нагрев в поле токов высокой частоты).

3) Преемственность операций структурного изменения с использованием тепла таких операций как, например, цементация и нитроцементация, для непосредственной, прерывной закалки, самоотпуска и т. д.

4) Использование повышенных температур нагрева для ускорения операций структурного превращения и диффузионных процессов.

5) Применение специальных мероприятий для уменьшения деформаций на заключительных стадиях термической обработки:

- применение предварительной термической обработки (нормализации, отжига и др.) при температурах, немного превышающих температуру завершающей обработки (цементации и т.п.);

- охлаждение при закалке в горячей изотермической среде (нагретое масло, расплавы щелочей селитры или щелочей и другие);

- охлаждение нагретых изделий сложной конфигурации в зажимных приспособлениях (штампы, валки и др.).

6) Интенсификация процессов с помощью воздействия активизаторов, например:

- ультразвука для охлаждения (при закалке) и очистке поверхностных загрязнений;

- магнитного поля для охлаждения при отпуске.

7) Применение сред нагрева и охлаждения, предотвращающих окисление и обезуглероживание:

- газовые искусственные атмосферы и вакуум:

- расплавы солей и щелочей;

- псевдосжиженный слой из твердых сыпучих частиц (корунд и др.) с продувкой газами.

8) Замена трудоемких процессов химико-термической обработки скоростной закалкой.

9) Применение комбинированной обработки (высокотемпературная термомеханическая обработка и др.).

При выборе технологического процесса необходимо выбрать наиболее рациональные и совершенные способы термической обработки, обеспечивающие получение высоких свойств изделий и одновременно упрочняющих, сокращающих или удешевляющих процессы термической обработки.

Свои служебные свойства (высокую твердость, износостойкость, теплостойкость) инструментальные стали получают в результате одного из видов упрочнения, приведенных ниже.

1. Закалка, обеспечивающая мартенситное превращение (дополнительно проводится низкий отпуск для уменьшения внутренних напряжений, после которого структура представляет собой мартенсит отпуска). Этому способу упрочнения подвергаются нетеплостойкие или полутеплостойкие стали с достаточно высоким содержанием углерода.

2. Дисперсионное твердение после закалки на мартенсит. Этому способу упрочнения подвергаются теплостойкие стали: быстрорежущие (Р18, Р12, Р9, Р6М5, Р6МЗ, Р18К5Ф2, P6M5KS, Р9М4К8 и др.), штамповые (4ХЗВМФ, ЗХЗМЗФ, 4Х5В2ФС, 4Х5МФС, ЗХ2В8Ф и др.) и мартенситно-стареющие.

Следует отметить, что в упрочнение при термической обработке быстрорежущих и штамповых сталей, испытывающих при закалке мартенситное превращение, образование мартенсита вносит определенный вклад. При последующем высоком отпуске, обеспечивающем дисперсионное твердение, упрочнение в результате мартенситного превращения частично снимается, но мартенситная структура стимулирует процесс выделения дисперсных избыточных фаз.

Таким образом, необходимо рассмотреть варианты термической обработки, основанные на закалке и отпуске.

Стали, упрочняемые в результате мартенситного превращения или мартенситного превращения с дисперсионным твердением, закаливают соответственно с температур, обеспечивающих достаточно полное насыщение аустенита углеродом или легирующими элементами.

Для инструментальных сталей применяют несколько видов закалки:

1. Непрерывная закалка. Закалку этого вида применяют в основном для инструмента из углеродистых и низколегированных сталей, обладающих малой устойчивостью переохлажденного аустенита и требующих вследствие этого ускоренного охлаждения, а также для инструмента относительно простой формы, изготовленного из инструментальных сталей повышенной и высокой прокаливаемости. Недостатком этого вида закалки является возникновение повышенных внутренних напряжений, что может в отдельных случаях вызвать сильное коробление или образование трещин.

2. Ступенчатая закалка. Такую закалку применяют для инструмента сложной формы в основном из сталей повышенной и высокой прокаливаемости. Инструмент охлаждают в горячих средах, а затем на воздухе. Это замедляет скорость охлаждения в интервале мартенситного превращения, уменьшает напряжения, деформацию и опасность образования трещин. Температура горячих сред должна быть выше температуры начала мартенситного превращения, а время выдержки достаточным для выравнивания температуры по сечению инструмента, но таким, чтобы не успело начаться бейнитное превращение.

Обычно температуры горячих сред составляют 160-200 °С для низколегированных инструментальных сталей и 500-630 °С для быстрорежущих сталей. В качестве горячих сред применяют расплавы солей.

3. Светлая закалка. Закалка этого вида представляет разновидность ступенчатой закалки. При светлой закалке состав охлаждающей смеси (обычно используют расплавы щелочей с добавлением воды) подбирают таким образом, чтобы поверхность инструмента после охлаждения была чистой и имела светло-серый цвет.

4. Неполная изотермическая закалка. Такую закалку применяют при необходимости получения достаточно высокой твердости. В этом случае инструмент в процессе охлаждения выдерживают при температуре лишь немного выше точки М_н с тем, чтобы бейнитное превращение прошло в ограниченной степени. Неполную изотермическую закалку целесообразно применять для штампов сложной формы из сталей 9ХС, ХВСГ.

5. Полная изотермическая закалка. Ее применяют в том случае, когда допустима пониженная твердость (HRC 52-55). Получаемая структура – нижний бейнит и остаточный аустенит. Полную изотермическую закалку применяют преимущественно для деревообрабатывающего инструмента и некоторых штампов и пресс-форм.

Основными преимуществами изотермической закалки являются уменьшение деформации (вследствие образования повышенных количеств остаточного аустенита и меньшей величины внутренних напряжений), а также повышение вязкости.

6. Прерывистая закалка. Закалку этого вида применяют для предупреждения образования трещин в инструменте сложной формы из сталей небольшой прокаливаемости, требующих охлаждения в воде, и в крупном инструменте из сталей повышенной прокаливаемости.

Закалку выполняют так, чтобы мартенситное превращение происходило только частично. Изделие охлаждают до 90-100° С (т.е. на 75-100° С ниже точки М_н). Для этого инструмент из углеродистых и низколегированных сталей выдерживают в воде или в водных растворах солей и щелочей 5-10 с до потемнения поверхности, а инструмент из легированных сталей – в масле от 30-60 с до 10-15 мин (и больше) в зависимости от сечения изделия. Затем, не допуская дальнейшего охлаждения, инструмент переносят в горячие среды (170-180° С) для снятия возникших напряжений и частичного отпуска полученного мартенсита. При этом инструмент небольшого сечения выдерживают 2-5 мин, а более крупный — в зависимости от размеров – 30-60 мин. После этого его охлаждают на воздухе для образования мартенсита из не превратившегося ранее аустенита и подвергают отпуску для снятия напряжений.

7. Закалка в прессе. Такую закалку применяют для предупреждения деформации (коробления) преимущественно длинного или плоского инструмента.

8. Закалка при индукционном нагреве. Закалку этого вида применяют для инструмента, который должен иметь закаленный слой определенной толщины (метчиков, напильников, вытяжных штампов и т. д.) или высоты (ножовочных полотен, некоторого слесарно-монтажного инструмента). При этом производительном способе нагрева обеспечивается большая стабильность свойств в разных партиях инструмента, поскольку процесс легко автоматизируется, уменьшаются обезуглероживание и окисление благодаря малой продолжительности нагрева. Для такой закалки наиболее пригодны низколегированные стали, менее чувствительные к перегреву и получающие по сравнению с углеродистыми более равномерную твердость закаленного слоя при охлаждении в воде[3].

При закалке режущего инструмента нагрев осуществляют различными способами: в газовых или электрических печах с защитной атмосферой, в соляных ваннах, токами высокой частоты. Из них наиболее распространенным в инструментальной промышленности является нагрев в соляных ваннах.

Отпуск инструмента из быстрорежущей стали должен обеспечить возможно более полное превращение остаточного аустенита, что достигается применением многократного отпуска с охлаждением до 20-40° С. Температура отпуска, продолжительность и число отпусков определяются химическим составом стали и выбранными условиями проведения этой операции. В промышленности применяют два вида отпуска инструмента из быстрорежущих сталей – обычный отпуск при 550-570 °С с выдержками по 1 ч и так называемый кратковременный двух-трехкратный отпуск при 580-620 °С с выдержками каждый раз по 10-30 мин.

Учитывая требования к изделию по механическим, эксплуатационным и другим свойствам, химический состав стали Р6М5 и габариты изделия, выбираем ступенчатую закалку с последующим трехкратным отпуском.

Также необходимы такие операции, как мойка и очистка.

В данном разрабатываемом проекте для получения необходимых свойств материала необходимо применение термической обработки со следующим планом операции:

1) Ступенчатая закалка:

- I^й подогрев;

- II^й подогрев;

- Окончательный нагрев;

- Охлаждение;

2) Технологический контроль;

3) Мойка;

4) Трехкратный отпуск;

5) Очистка;

6) Технологический контроль.

 

1.4.3 Описание операций технологического процесса

Закалка инструментальной стали Р6М5 является более сложной по сравнению со сталями другого класса. Эта сталь по своим свойствам требует ускоренного охлаждения при закалке. Высокие скорости охлаждения достигаются охлаждением в воде, что приводит к возникновению больших внутренних напряжений, в результате чего появляются трещины и коробление, поэтому для инструментов из быстрорежущих сталей применяется закалка в масло.

Широкое применение расплавленных солей при закалке инстр