Технология конструкционных материалов

Роль диффузии существенно  возросла в связи с необходимостью создания материалов с заранее заданными  свойствами для развивающихся областей техники (ядерной энергетики, космонавтики, радиационных и плазмохимических процессов  и т. п.)

 

 

4.  Марка стали  38ХН3МФА.

 

Сталь конструкционная, легированная. Применяется для производства колец турбогенераторов и наиболее ответственных тяжелонагруженных деталей, работающих при температурах до +400 °С; для производства тяжелонагруженных деталей трубопроводной арматуры. (Круги, шестигранники, квадрат, полоса, поковки и кованые заготовки, трубы)

Химический состав в % материала сталь 38ХН3МФА.

C	Si	Mn	Ni	S	P	Cr	Mo	V	Cu
0.33-0.4	0.17-0.37	0.25-0.5	3-3.5	до 0.025	до 0.025	1.2-1.5	0.35-0.45	0.1-0.18	до 0.3

Температура критических  точек материала сталь 38ХН3МФА.

Ac1=725, Ac3(Acm)=775, Ar3(Arcm)=300, Ar1=250, Mn=260

Механические свойства при Т=20^oС материала сталь 38ХН3МФА.

Сортамент	Размер	Напр.	sв	sT	d5	y	KCU	Термообр.
-	мм	-	МПа	МПа	%	%	кДж / м2	-
Пруток	Ж 25		1180	1080	12	50	780	Закалка 850oC, масло, Отпуск 600oC, воздух,

Твердость материала 38ХН3МФА после  отжига

HB=269

Физические свойства материала сталь 38ХН3МФА.

T	E 10-5	a106	l	r	C	R 109
Град	МПа	1/Град	Вт/(м·град)	кг/м3	Дж/(кг·град)	Ом·м
20	2.10		34	7900		300
100	2.03	12.0	34		496	321
200	1.97	12.5	34		508	365
300	1.90	12.9	33		525	437
400	1.84	13.3	32		538	516
500	1.76	13.6	32		567	613
600	1.70	13.8	30		601	750
700	1.54	13.8	29		672	897
800	1.37	10.7	28		697	1080

Технологические свойства материала сталь 38ХН3МФА.

Свариваемость:			не применяется для сварных  конструкций.
Флокеночувствительность:			чувствительна.
Склонность к отпускной хрупкости:			не склонна.
Механические свойства:
	sв	- Предел кратковременной прочности, [МПа]
	sT	- Предел пропорциональности (предел текучести для остаточной деформации), [МПа]
	d5	- Относительное удлинение при  разрыве, [ % ]
	y	- Относительное сужение, [ % ]
	KCU	- Ударная вязкость, [ кДж / м2]
	HB	- Твердость по Бринеллю

Физические свойства:
	T	- Температура, при которой получены данные свойства, [Град]
	E	- Модуль упругости первого рода , [МПа]
	a	- Коэффициент температурного (линейного)  расширения (диапазон 20o - T ) , [1/Град]
	l	- Коэффициент теплопроводности (теплоемкость  материала) , [Вт/(м·град)]
	r	- Плотность материала , [кг/м3]
	C	- Удельная теплоемкость материала  (диапазон 20o - T ), [Дж/(кг·град)]
	R	- Удельное электросопротивление, [Ом·м]

Свариваемость:
без ограничений	- сварка производится без подогрева  и без последующей термообработки
ограниченно свариваемая	- сварка возможна при подогреве  до 100-120 град. и последующей термообработке
трудносвариваемая	- для получения качественных  сварных соединений требуются  дополнительные операции: подогрев  до 200-300 град. при сварке, термообработка после сварки - отжиг

 

Расшифровка стали: Высококачественная сталь с  0.38% углерода, до 1 % хрома, 3% никеля, до 1% молибдена, до 1% ванадия. Группа стали – Хромоникельмолибденованадиевая и хромоникельванадиевая

 

 

5. Состав, основные свойства и применение штамповочных сталей.

 

 

Сталь Х12Ф1 штамповая  сталь холодного деформирования с повышенным содержанием хрома. Сталь Х12Ф1 обладает хорошей теплостойкостью  и прочностью, высокой  прокаливаемостью, закаливаемостью и износостойкостью. Также эта сталь технологична, хорошо обрабатывается резанием и давлением, удовлетворительно шлифуется

Химический состав штамповых  сталей соответствует ГОСТ 5950 – 2000    Химический состав, % (по массе).

Химический элемент	Массовая доля элемента, %
Углерод (С)	1,25 – 1,45
Вольфрам (W)	-
Ванадий (V)	0,7 – 0,9
Кремний (Si)	0,10 – 0,40
Медь (Cu)	-
Молибден (Mo)	1,4 – 1,8
Марганец (Mn)	0,15 – 0,45
Никель (Ni)	-
Фосфор (P)	-
Хром (Cr)	11,00 – 12,50

Высокая твёрдость определяется высоким содержанием углерода. Стали  с содержанием С 1,25-1,45 % являются сталями ледебуритного класса, т.е. содержат в литом состоянии карбидную эвтектику, имеют после закалки твёрдость HRC 62-64. Эти стали содержат высокое количество карбидоборазующих элементов, повышенное содержание углерода и хрома обеспечивает образование повышенного кол-ва карбидов хрома (M7C3, M23C6). Общее количество карбидов составляет порядка 20%. Основным легирующим элементом штамповой стали холодного деформирования является хром (Cr). Он повышает режущие свойства и износостойкость, увеличивает прочность и прокаливаемость стали, что особенно важно для крупных пуансонов и матриц. При наличии свыше 2,5% повышает устойчивость стали против отпуска, особенно при нагреве инструмента до температур, выше 300° С. Вместе с марганцем уменьшает коробление при закалке. Однако, у сталей с содержанием хрома 12% появляются недостатки. Резко выраженная карбидная неоднородность и повышенная склонность к коагуляции карбидов, способствующая разупрочнению сталей при нагреве. Вольфрам (W) вводят для повышения твердости, износостойкости и прокаливаемости стали, улучшает режущую способность инструмента .Ванадий (V) в штамповых сталях присутствует в карбиде VC и твердом растворе. Ванадий существенно уменьшает чувствительность штамповых сталей к перегреву, повышает теплостойкость сталей, улучшает распределение частиц избыточной фазы. При содержании ванадия 0,3 – 0,5 % прочность и пластичность стали будет значительно выше, чем у высокованадиевых сталей. Молибден (Mo) вводится в высокохромистую сталь для увеличения её вязкости и повышения прокаливаемости. Также молибден оказывает отрицательное влияние на окалиностойкость. Поэтому содержание молибдена в штамповых сталях ограничивается 1,4 – 1,8 %.Марганец (Mn) вводят для повышения прокаливаемости стали. В сочетании с хромом молибден уменьшает коробление при закалке, но увеличивает склонность к перегреву. Кремний (Si) вводят, чтобы увеличить прокаливаемость стали, повысить стойкость против отпуска. Таким образом сталь Х12Ф1 с высоким содержанием хрома относится к полутеплостойким сталям. Они пригодны для изготовления штампов, пуансонов, роликов с твёрдостью 45…52 HRC и при температуре эксплуатации до 700о.

Сталь Х12Ф1 по структурному признаку является сталью ледебуритного  класса, т.е. содержит в литом состоянии карбидную эвтектику. Для измельчения карбидной эвтектики и снижения балла карбидной неоднородности стали ледебуритного класса перед отжигом обязательно куют в интервале температур 1100-850оС. В процессе ковки карбидная эвтектика дробится и более равномерно распределяется по структуре. Но тем не менее всё равно сохраняется карбидная неоднородность. После ковки подвергаем заготовку из стали Х12Ф1 изотермическому отжигу. Отжиг применяется с целью снятия внутренних напряжений, улучшения обрабатываемости резанием, получения мелко зернистой равномерной структуры стали для последующей качественной закалки инструмента, исправления дефектной структуры легированных сталей. Предварительная термическая обработка проводится с целью получения оптимальных структуры и свойств стали в исходном состоянии.

Для штамповых сталей в закаленном состоянии параметрами  контроля являются: 

твердость ГОСТ 5950 – 73 HRC 63 – 65                                                         величина аустенитного зерна ГОСТ 5639 – 82 8-9 балл,  Аост до 20% .     После закалки и отпуска контроль проводится на следующие параметры:      твердость HRC 57 – 59                                                                            теплостойкость 420оС                                                                                     карбидная неоднородность (1 балл).  Контролируемые параметры зависят так же от назначения, марки и массы инструмента.  Допускаемое количество Аост < 10% после отпуска.

Сталь Х12Ф1 применяется  для изготовления холодных штампов высокой устойчивости против истирания, не подвергающихся сильным ударам и толчкам, волочильных досок и волок, глазков для калибрования пруткового металла под накатку резьбы, гибочных и формовочных штампов, сложных кузовных штампов, матриц и пуансонов вырубных и просечных штампов, штамповок активной части электрических машин.( профилировочные ролики сложной формы, эталонные шестерни, накатные плашки).