Контрольная работа по «Специальные стали»

Министерство образования и науки, молодежи и спорта Украины

ГВУЗ «Приазовский государственный  технический университет»

Кафедра МиТОМ

 

 

 

 

Контрольная работа

 

по курсу: «Специальные стали»

 

 

Выполнил: студ. гр. З-08-МТ Корягин О. Проверила: Доц., к.т.н., Коротич И.К.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                        Мариуполь, 2013

1. Предложите сталь для изготовления деталей автомобиля, не несущих нагрузку, методом холодной штамповки. Какие требования предъявляются к сталям, применяемым для изготовления изделий методом холодной штамповки.

 

В автомобилях с несущей  рамной конструкцией детали кузова, изготовляемые методом холодной штамповки, не являются несущими. Листовая сталь, применяемая для ремонта и изготовления панелей кузовов и оперения автомобилей глубокой вытяжкой, в процессе штамповки или формовки другими способами на специальном оборудовании часто испытывает напряжения, близкие к пределу прочности. Поэтому такая листовая сталь должна удовлетворять требованиям в отношении механических и технологических свойств, микроструктуры, чистоты поверхности, не иметь расслоений и быть однородной по толщине.

В зависимости от назначения детали металлического корпуса кузова можно разделить на лицевые детали (крыша, двери, капот, крылья и т. п.), к качеству поверхности которых предъявляются более высокие требования, а не только чтобы его свойства соответствовали требуемой сложности деформации этих деталей; внутренние детали (пол, брызговики, внутренние панели т. п.) и детали каркаса кузова (стойки, усилители и т. п.), для изготовления которых необходимо соответствие свойств металла листа требуемой сложности вытяжки.

Для деталей кузова автомобиля применяется в основном низкоуглеродистая сталь (ГОСТ 9045—70) с содержанием углерода не более 0,08% двух категорий: ОСВ — для штамповки деталей с особо сложной вытяжкой и СВ — со сложной вытяжкой. Обе эти категории листов выпускаются трех марок: 08Ю и 08Фкп— нестареющие и 08кп — стареющие.

Одним из главных параметров, учитываемых при определении сложности вытяжки кузовных деталей, является максимальное относительное удлинение, получаемое каким-либо элементом детали в процессе ее деформирования.

В случае применения листовой стали, подверженной старению, ее твердость под влиянием старения значительно увеличивается, ударная вязкость падает, повышаются пределы упругости ги прочности и понижается пластичность с образованием длинной площади текучести.

Таким образом, наиболее часто используемой сталью для не несущих деталей автомобиля является сталь 08Ю. Эта сталь обеспечивает высокую штампуемость при изготовлении деталей сложной формы и высокое качество поверхности для последующего нанесения покрытия.

Химический состав и  механические свойства стали 08Ю приведены в таблице 1 и 2.

 

Таблица 1 – Химический состав стали 08Ю

C	Si	Mn	S	P	Al
до   0.07	до   0.03	до   0.35	до   0.025	до   0.02	0.02 - 0.07

 

Таблица 2 — Механические свойства стали 08Ю

Марка стали	Термо-обработка	Механические свойства после термообработки					σ0,2, МПа, после деформации		∆σ0,2, МПа
		σ0,2, МПа	σв, МПа	σ0,2 / σв	δ4, %	Нэ, мм	2 %	5 %
08Ю	Отжиг в колпако-вых  печах	200	330	0,6	34	12,3	240	275	115

 

Требования, предъявляемые  к автомобильному листу

Особенность крупных  и мелких деталей, получаемых холодной штамповкой из листовой стали, состоит в их сложной геометрической форме. Это определяет очень жесткие требования технологические к физико-механическим необходимую пластичность.

ГОСТ 9045-93 подразделяет тонколистовой  прокат на четыре категории:

- весьма особо сложная вытяжка (ВОСВ);

- особо сложная вытяжка  (ОСВ);

- сложная вытяжка (СВ);

- весьма глубокая вытяжка  (ВГ).

Требования к механическим свойствам для каждой категории  вытяжки приведены в таблице 3.

 

Таблица 3 – Механические свойства холоднокатаной стали по ГОСТ 9045-93

Категория вытяжки	Предел текучести σт, МПа, не более	Временное сопротивление σв, МПа	Относительное удлинение δ, %, не менее, при толщине листа, мм			Твердость по Роквеллу, НRВ, не более
			0,5 – 1,5	1,5 – 2,0	2,0 – 3,0
ВОСВ	185	250 – 350	40	42	-	46
ОСВ	195	250 – 350	36	40	42	46
СВ	205	250 – 380	34	38	40	48
ВГ	-	250 - 390	28	29	30	-

 

стали для автолиста должны обладать низким пределом текучести, высоким относительным удлинением, малой твердостью, что обеспечит хорошую штампуемость. Кроме того, на способность стали к глубокой вытяжке большое влияние оказывает значение отношения σ_т / σ_в. Низкое значение этого параметра говорит о том, что сталь имеет значительный ресурс пластичности и при штамповке будет мало пружинить и хорошо пластически деформироваться. На очень хорошую способность стали к глубокой вытяжке можно рассчитывать, если σ_т / σ_в ≤ 0,6.

Холоднокатаный лист не должен быть склонен к деформационному  старению, т. к. при штамповке сложных изделий с большой вытяжкой из холоднокатаных листов, подверженных старению ухудшается штампуемость и качество поверхности штамповок из-за образования линий Чернова - Людерса (линий скольжения).

Значительные требования предъявляются к микроструктуре стали, так как она оказывает  значительное влияние на механические свойства, качество поверхности листа и брак при глубокой вытяжке. На способность стали к глубокой вытяжке влияют, в основном, величина и форма ферритного зерна, разнозернистость, количество, форма и распределение цементита. Хорошая склонность стали к глубокой вытяжке создается в том случае, когда небольшое количество структурно-свободного цементита распределено равномерно в основной ферритной составляющей в виде мелких глобулей. Его количество должно быть в пределах до 2 – 3 баллов – по классификационной шкале        ГОСТ 5640-68.

Оптимальная величина зерна  соответствует 6 – 8 баллам, при этом лист хорошо штампуется и поверхность штамповки остается гладкой. Крупное зерно  (1 – 5 балла) не допускается, т. к. при этом поверхность получается шероховатой, потом нужно её шлифовать, что увеличивает себестоимость продукции. Очень мелкое зерно повышает упругие свойства и жесткость.  Лист хуже штампуется, пружинит, на нем образуется волнистость и увеличивается сопротивление штамповке.

 Листы для глубокой вытяжки должны иметь зерно одного размера. Неодинаковая величина зерен приводит к неравномерной деформации металла при глубокой вытяжке, что в конечном итоге может привести к образованию разрывов. Различие в величине зерен феррита допускается в пределах двух смежных номеров.

По качеству поверхности  листов ГОСТ 9045-93 предусматривает деление на группы:

- особо высокой отделки  - I;

- высокой отделки - II;

- повышенной отделки  - III.

Для группы отделки I допускается  глянцевая поверхность листов. На лицевой стороне проката не допускаются дефекты, кроме отдельных рисок и царапин длиной менее 20 мм. На обратной стороне проката не допускаются дефекты, глубина которых превышает ¼ суммы предельных отклонений по толщине, а также пятна загрязнений, цвета побежалости и серые пятна.

Для группы отделки II на обеих сторонах проката не допускаются  дефекты, глубина которых превышает ½ суммы предельных отклонений по толщине и выводящие за минимальные размеры по толщине, а также цвета побежалости на расстоянии, превышающем 50 мм от кромок.

Для группы отделки III на обеих сторонах не допускаются дефекты, глубина которых превышает ½ суммы предельных отклонений по толщине и выводящие за минимальные размеры по толщине. Для группы отделки III а цвета побежалости не допускаются на расстоянии более 200 мм от кромок, для III б цвета побежалости допускаются по всей поверхности проката.

Для проката III группы отделки  поверхности допускается удаление поверхностных дефектов зачисткой мелкозернистым наждачным или войлочным кругом наждачной пастой. При этом на поверхности проката допускаются следы абразивной зачистки, а глубина зачистки не должна выводить прокат за минимальный размер по толщине.

 

2. Предложите материал для пуансонов холодного деформирования, подвергающихся интенсивному изнашиванию. Какую термообработку можно применить.

 

Вырубку и пробивку осуществляют пуансоном и матрицей, конфигурации которых соответствуют конфигурации детали. Пуансоны холодного деформирования  работают в весьма тяжелых условиях при динамических нагрузках. Поэтому стали для изготовления пуансонов холодного деформирования должны иметь следующие свойства:

• повышенная износостойкость
• высокой твердостью
• повышенная вязкость для предотвращения выкрашивания и поломок
• высокой прочностью

для пуансонов холодного деформирования подвергающихся интенсивному изнашиванию предлагается применять следующие марки сталей: Х12М, Х12, Х12Ф1, Х12ВМ, Х12Ф4, а 9ХС, 9ХГС, 9ХСФ, 9ХФ, Х6ВФ и др.

Износостойкость таких  сталей зависит от типа и количества карбидной фазы. При возрастании доли более твердого карбида МеС износостойкость стали растет, однако одновременно значительно снижается ударная вязкость и прочность, возрастает вероятность выкрашивания рабочих поверхностей инструментов. Вследствие пониженной вязкости такие стали пригодны для инструментов, работающих без значительных динамических нагрузок: вытяжные и вырубные штампы, пуансоны ,матрицы прессования порошков и т.п.

Термическая обработка  сталей высокой износостойкости  заключается в закалке от высоких температур (950-1050 °С) и низком (150-250 °С) (рисунок 1) отпуске. Вследствие пониженной теплопроводности нагрев под закалку легированных штамповых сталей осуществляют ступенчато с предварительным подогревом (650-700 °С). В структуре закаленной стали, кроме мартенсита, присутствует некоторое количество нерастворенных карбидов и остаточный аустенит. Повышение температуры закалки способствует уменьшению количества нерастворенных карбидов, увеличению содержания хрома в твердом растворе и, следовательно, повышению теплостойкости, но при этом возрастает количество остаточного аустенита (рисунок 2) и увеличивается размер аустенитного зерна, что сопровождается понижением твердости и прочности стали. Легирование сталей молибденом, вольфрамом и ванадием способствует сохранению более мелкого аустенитного зерна до более высоких температур аустенитизации, а также повышает температуру отпуска стали, при которой сохраняется требуемая твердость. Устойчивость 12 %-ных хромистых сталей против отпуска высокая: после нагрева до 400-500 °С твердость сохраняется на уровне HRC 55-57. При этом возрастают значения ударной вязкости и прочности при изгибе. Дальнейшее повышение температуры отпуска сопровождается падением ударной вязкости и прочности вследствие распада остаточного аустенита и коагуляции карбидов.

Рисунок 1 – Влияние  температуры отпуска стали Х12М на прочность при изгибе, твердость и вязкость (закалка с 1025°С, с охлаждением в масле на зерно 10 балла)	Рисунок 2 – Количество карбидов, остаточного аустенита и твердости стали Х6ВФ в зависимости от температуры закалки