Сталь 45 обрабатываемость резанием

На производственные линии поставляется просто огромное количество различных сталей, которые характеризуются своими определенными свойствами. Примером можно назвать материал сталь 45, который получил широкое распространение. Эта сталь характеризуется определенными эксплуатационными качествами, которые стоит рассматривать. ГОСТ на сталь 45 определяет концентрацию всех химических веществ. Марка характеризуется относительно невысокой стоимостью, а расшифровка марки стали определяет широкое ее распространение. Рассмотрим особенности данного предложения подробнее.

Химический состав стали 45

Во много эксплуатационные и другие качества определяются химическим составом. Это связано с тем, что некоторые элементы способны существенно повысить прочность, другие увеличивают хрупкость. Химический состав стали 45 характеризуется присутствуем следующих элементов:

1. Основные химические элементы Ст 45 представлены железом и углеродом. От концентрации второго элемента во многом зависит то, насколько прочным и твердым получается изделие. Установленные стандарты определяю то, что концентрация углерода должна составлять от 0,42 до 0,5%. При этом в составе металла около 97%.
2. В состав включается относительно небольшое количество легирующих элементов. Основными можно назвать магний и кремний. Их показатель концентрации составляет более 0,1%.
3. Концентрация других элементов выдерживается в определенном диапазоне. К примеру, ГОСТ определяет небольшое количество серы и фосфора, так как эти элементы приводят к ухудшению эксплуатационных качеств.

Содержание углерода, как и многих других элементов, выдерживается в определенном диапазоне. Этот элемент во многом определяет основные характеристики получаемых изделий, слишком высокая концентрация может привести к твердости поверхности и хрупкости структуры.

Свойства материала

Механические свойства стали 45 определяют широкое распространение этого металла. Концентрация углерода составляет 0,45%, другие примеси крайне незначительны. Это во многом определяет следующие характеристики:

1. Плотность стали 45 или удельный вес составляет 7826 кг/м 3 . За счет этого обеспечивается невысокий показатель веса получаемых изделий, однако легкими их не назовешь. Плотность может несущественно отличаться в зависимости от химического состава.
2. К отпускной хрупкости структура не склонна. Сталь 45, характеристики которой можно назвать универсальным предложением, очень часто подвергается закалке, за счет которой существенно повышается твердость поверхности.
3. Очень часто проводится поставка заготовок после термической обработки. Она существенно повышает твердость поверхности. Этот момент также определяет то, что твердость стали 45 в состоянии поставки может варьировать в достаточно большом диапазоне. Как правило, твердость выдерживается на уровне 10 -1 HB, который соответствует 170 МПа.
4. Сталь марки 45 относится к трудносвариваемым металлам, что определяет сложности при проведении сварочных работ. Именно поэтому структура изначально подогревается и лишь только после этого проводится соединение элементов. Прокаливаемость стали 45 также находится на достаточно низком уровне, за счет чего усложняется процесс обработки резанием. Сварка может применяться при применении различного сварочного оборудования. Применение соответствующих электродов позволяет существенно упростить процесс сваривания. Резание сварочным аппаратом также существенно осложняется.
5. Довольно часто проводится ковка. Она проводится при температуре 1250 градусов Цельсия, в конце показатель составляет 700 градусов Цельсия.
6. Предел прочности и модуль упругости могут варьировать в достаточно большом диапазоне. Все зависит от того, какова температура нагрева поверхности. Предел текучести стали определяет то, насколько она проста при литье различных заготовок.

Свойства сплава Ст 45

В целом можно сказать, что металл подходит для применения при изготовлении различных изделий. В большинстве случаев проводится термическая обработка, которая позволяет существенно увеличить эксплуатационные характеристики. Стоит учитывать, что только при выдерживании температурного режима можно обеспечить условия для правильного перестроения кристаллической решетки.

Температура критических точек стали 45

Как ранее было отмечено, для улучшения эксплуатационных качеств металла проводится термическая обработка. Она предусматривает оказание определенного воздействия на структуру, после чего происходит перестроение кристаллической решетки и изменение качеств. Во много при проведении термической обработки учитываются критические точки. Обработка стали Ст 45 проводится с учетом следующих факторов:

1. Температурного режима. Важно выбирать правильную температуру, так как слишком низкая становится причиной неполного нагрева структуры и полное перестроение структуры не произойдет. Слишком высокий показатель становится причиной перегрева металла, а также появления окалины. Для обеспечения воздействия требуемой температуры могут применяться самые различные установки. Примером назовем доменные печи или электрические установки. Слишком высокие температуры плавления определяют то, что выполнить закалку рассматриваемой стали в домашних условиях довольно сложно.
2. Скорости повышения температуры. Скорость нагрева также может определять то, какие именно качества будут передаваться обрабатываемому изделию. Современное оборудование позволяет с высокой точностью контролировать скорость нагрева. К примеру, ТВЧ имеют электронный блок управления, электрическая энергия преобразуется в магнитную, которая и становится причиной нагрева структуры.
3. Продолжительности временного промежутка между воздействием различных температур. При термической обработке всех металлов учитывается присутствие трех критических точек, которые учитываются. Длительно выдержки может зависеть не только от химического состав материала, но и размеров, формы заготовки.
4. Особенности прохождения процесса охлаждения. Во много качества получаемого изделия зависят от того, при каких условиях проходил процесс охлаждения. К примеру, есть возможность использовать масло или воду, а также различные порошки в качестве охлаждающей среды.

Довольно часто для изменения качеств металла применяется ТВЧ. Она характеризуется высокой эффективностью в применении, а также простотой в использовании. Сегодня встречаются модели, которые при желании можно установить в домашней мастерской.

Критическими точками принято считать температуры, при которых происходит перестроение структуры. Выделяют три основных температурных точек, которые отображаются на построенной диаграмме.

Уделяется внимание и выбору более подходящей среды охлаждения. К примеру, есть возможность провести охлаждение в воде. Однако подобная среда приводит к неравномерному охлаждению, что приводит к появлению окалины и других проблем. Для более высокого качества применяется масло. Крупногабаритные заготовки можно охлаждать на открытом воздухе, так как для снижения температуры требуется много времени.

Применение

Как уже было отмечено, область применения материала довольно широка. При использовании качественной стали 45 могут изготавливаться различные заготовки. Металл поставляется на производственные линии в виде сортового и фасонного проката.

Применение стали 45 следующие:

1. Изготовление изделий, представленных телами вращениями. При создании различных конструкций довольно часто применяются валы, которые могут иметь несколько ступеней и канавки. При этом диаметральный размер может варьировать в большом диапазоне.
2. Шпиндели и кулачки, а также шестерни. Довольно сложным в изготовлении изделием можно назвать шестерни. Они получаются при процессе фрезерования круглых заготовок. На структуру может оказываться серьезное механическое воздействие. Именно поэтому часто проводится различная термическая обработка, к примеру, закалка или отпуск. Кулачки и другие подобные изделия также характеризуются тем, что на них оказывается серьезное механическое воздействие.
3. Крепежные изделия получили весьма широкое распространение. Они применяются для соединения различных изделий или их фиксации. К крепежным изделиям предъявляются высокие требования. К примеру, поверхность должна выдерживать существенное механическое воздействие или нагрузка, которая оказывается в поперечном направлении.
4. Пластинки и листовой материал. Довольно широкое распространение получил листовой металл. Он применяется при изготовлении различных изделий, а также обшивки несущих конструкций. Стоит учитывать, что сегодня листовой материал часто применяется при штамповке и другой обработке давлением.

Применение стали 45

Термическая обработка позволяет существенно расширить область применения металла. К примеру, проводится закалка и нормализация поверхности. Для существенного изменения эксплуатационных качеств проводится легирование состава различными химическими элементами, к примеру, хромом. Повышение концентрации хрома приводит к тому, что металл становится коррозионностойким.

Низкая отпускная хрупкость определяет то, металл применяется при создании изделий сложных форм и конфигураций. Примером можно назвать шестерни и звездочки, которые представлены зубьями со сложной конфигурацией.

Рассматривая аналоги отметим, что есть достаточно большое количество сплавов, которые характеризуются сходными качествами. К примеру, в США и Германии применяются собственные стандарты маркировки при создании сплавов, которые схожи со Сталь 45. К примеру, 1044 и 1045, 1.0503 и 1.1191. Выпуск аналогов проводится и во многих других странах. Что касается металлов со схожими эксплуатационными качествами, то к ним относятся сталь 50 и сталь 50Г, а также сталь 40Х, которая легируется при применении хрома.

Аналог Ст 45 — сталь 1.0503

В заключение отметим, что изделия из стали 45 обладают весьма привлекательными эксплуатационными качествами и при этом обходится недорого. Именно поэтому она применяется в машиностроительной отрасли в качестве основного металла. Структура характеризуется высокой обрабатываемостью резанием. Поэтому заготовки подвергают точению и фрезерованию.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Критерии обрабатываемости

Обрабатываемость материалов резанием является важнейшим технологическим свойством всех конструкционных материалов, которое оценивается по ряду технологических признаков. Наиболее важными из этих признаков являются:

1. Допустимая скорость v_т при заданной стойкости Т.

2. Возникающие в процессе обработки силы резания.

3. Температура в зоне резания.

4. Шероховатость обрабатываемой поверхности.

5. Тип образующейся стружки и условия отвода ее из зоны резания.

В зависимости от характера операции те или иные показатели становятся определяющими. Например, при черновой обработке помимо максимально возможной производительности большое значение имеют силы резания и потребляемая мощность. При чистовой обработке определяющее значение имеет шероховатость обработанной поверхности, температурные деформации и направление схода стружки. При работе автоматического оборудования на первый план выступает вопрос дробления стружки и удобство ее отвода от зоны резания. Однако при любых условиях наиболее важным показателем обрабатываемости материала является уровень допустимых скоростей резания, поскольку этот показатель в наибольшей степени влияет на производительность операции и себестоимость обработки. Поэтому в узком смысле слова под обрабатываемостью понимают именно допустимую скорость резания при заданной стойкости. Очевидно, что этот показатель зависит и от применяемого материала инструмента. Кроме того, особенности процесса резания при различных видах обработки могут также оказывать своё влияние на оценки обрабатываемости того или иного материала. В связи с этим в условиях производства обрабатываемость материалов часто оценивают на операциях, которые являются лимитирующими при изготовлении деталей из этих материалов. Такими операциями чаще всего являются: сверление, нарезание резьбы, зубообработка. В лабораторных условиях обрабатываемость материалов оценивается обычно в процессе точения или фрезерования.

Для количественной оценки обрабатываемости используется коэффициент обрабатываемости К, который представляет собой отношение скорости резания, допускаемой при обработке данного материала, к скорости резания, допускаемой некоторым эталонным материалом. В качестве эталонного материала принята сталь 45, коэффициент обрабатываемости которой принят за единицу.

Обрабатываемость сталей

Обрабатываемость резанием зависит от химического состава и структурного состояния, определяющих механические и теплофизические свойства материалов.

Углеродистые стали различаются в первую очередь по содержанию углерода. Термически необработанные стали с содержанием углерода 0,2-0,3 % имеют наилучшую обрабатываемость. При меньшем содержании углерода трудно обеспечить низкую шероховатость поверхности, поскольку малоуглеродистые стали обладают повышенной пластичностью. При увеличении содержания углерода выше 0,3 % снижается стойкость инструмента, поскольку прочность стали увеличивается в большей степени, чем снижается пластичность. При увеличении содержания серы до 0,3 % и фосфора до 0,15 % обрабатываемость малоуглеродистых сталей улучшается, поскольку снижается их пластичность. Однако увеличение содержания серы и фосфора допустимо только в тех случаях, когда к деталям не предъявляются высокие требования по прочности, так как эти элементы снижают эксплуатационные свойства сталей.

Легированные стали. Снижение пластичности стали достигается и при увеличении содержания марганца до 1,5 %. Кроме того, при достаточном содержании серы в стали марганец образует сульфиды, которые улучшают условия стружкообразования, играя роль концентраторов напряжений в зоне сдвига, а также уменьшают интенсивность износа инструмента, выполняя роль твердой смазки. Однако, при увеличении марганца выше 1,5 % особенно при наличии в стали водорода, резко возрастает ее прочность и ухудшается обрабатываемость.

Легирующие элементы (молибден, вольфрам, хром, ванадий) склонны к образованию карбидов и входят в твердые растворы. Тем самым увеличиваются прочность и абразивная способность стали, а, следовательно, снижается стойкость инструмента. Никель и кобальт, входя в твердые растворы, увеличивают прочность феррита. Для улучшения обрабатываемости легированных сталей применяется специальная термообработка, регулирующая фазовый состав и размер зерен структуры.

Кремний во всех случаях ухудшает обрабатываемость стали, поскольку образуемые им окислы и силикаты обладают высокой твердостью и абразивной способностью

Большое влияние на обрабатываемость сталей оказывает их структура. Наилучшей обрабатываемостью характеризуется зернистый перлит, в котором цементит находится в виде мелких шарообразных зерен. Пластинчатый перлит, в котором цементит находится в виде острых пластинок, обладает большей абразивной способностью. Еще более низкую обрабатываемость имеют сорбит, троостит и мартенсит. Крупнозернистые стали обладают лучшей обрабатываемостью по стойкости, однако при их обработке трудно обеспечить низкую шероховатость поверхности.

В таблице 3.1 приведены средние значения коэффициента обрабатываемости К_о различных сталей с пределом прочности на растяжение s_В=75×10 7 Н/м 2 .

Коэффициенты обрабатываемости различных сталей К_о

Обрабатываемость чугунов

По обрабатываемости чугуны разделяют на 4 группы:

1) ферритные, содержащие феррит и графит;

2) перлитные ковкие и сверхпрочные, содержащие перлит и сфероидальный графит;

3) перлитные, содержащие перлит и пластинчатый графит;

4) белые, содержащие перлит и цементит.

Углерод в чугунах находится в свободном виде (графит) и в связанном виде (цементит). С увеличением содержания графита обрабатываемость чугуна улучшается: однако с увеличением размеров частиц графита ухудшается шероховатость поверхности. При резании чугуна образуется стружка надлома или элементная стружка. В связи с малой пластичностью чугуна сила резания меньше, чем при обработке сталей на ферритной основе. Однако меньше и размеры площадки контакта на передней поверхности, поэтому выше контактное напряжение. В связи с этим при обработке чугунов следует применять прочные однокарбидные сплавы.

Увеличение содержания кремния до 2,75 % улучшает графитизацию чугуна, а, следовательно, его обрабатываемость. Увеличение содержания карбидообразующих легирующих элементов приводит к увеличению абразивной способности чугуна. Наличие сульфидов марганца улучшает обрабатываемость, а с увеличением содержания фосфора обрабатываемость чугуна ухудшается.

Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим.

Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).

Папиллярные узоры пальцев рук – маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни.

Обрабатываемость материалов резанием – эго способность материалов поддаваться обработке резанием или, иначе, комплекс свойств материалов, обеспечивающих (при их обработке резанием) достижение следующих технологических показателей:

• 1) скорости резания Vr при заданной стойкости Т (например, V60, т.е. скорость резания при стойкости Т= 60 мин);
• 2) качества обработанной поверхности (шероховатость, наклеп, остаточные напряжения);
• 3) силы резания и потребляемой мощности;
• 4) формы стружки, ее транспортабельности и г.д.

Обрабатываемость зависит: от химического состава обрабатываемого материала; его механических и теплофизических свойств; вида обработки резанием; конструкции инструмента и инструментального материала; режима резания; применяемых СОТС и других факторов.

Результаты исследований обрабатываемости по указанным критериям используют при разработке нормативных документов для технологов. Эти документы необходимы при разработке новых и совершенствовании применяемых технологических процессов, для рекомендаций но назначению режимов резания, при совершенствовании химического состава и улучшения свойств инструментальных и обрабатываемых материалов.

В производственных условиях из перечисленных выше критериев обрабатываемости наиболее часто используют критерий vj- – скорость резания при заданной стойкости, по которому определяют производительность обработки данного материала и необходимые затраты для осуществления процесса резания.

Для сравнения обрабатываемости разных материалов часто используют коэффициент обрабатываемости, под которым понимают отношение

где у* – скорость резания при Т = 60 мин, характеризующая обрабатываемость исследуемого материала A; v|’₍₎ – скорость резания при Т = 60 мин, характеризующая обрабатываемость эталонного материала Б.

За эталон обычно принимают сталь 45 (ст„ = 650 МПа, 180 НВ), и поэтому для нее коэффициент обрабатываемости Х_об = 1. При по- лучисговом точении стали 45 твердосплавным резцом v₆o = = 135 м/мин, а резцом из быстрорежущей стали Р18 – = 75 м/мин.

Чем выше значение коэффициента обрабатываемости К_аб, тем лучше обрабатываемость материала. По этому коэффициенту для разных металлов можно посчитать Убо- Например, при точении твердосплавным резцом аустенитной коррозионно-стойкой стали К„5 = 0,5 [31] и тогда v₆o =135 • 0,5 = 67,5 м/мин. При точении этой же стали резцом из стали Р18 К^ = 0,3, a v₆o =75 • 0,3 = 22,5 м/мин.

Если для данного материала коэффициент обрабатываемости неизвестен, то для его определения необходимо экспериментально найти зависимость «стойкость-скорость» (Т-).

Для сокращения затрат времени и средств при нахождении этой зависимости разработаны различные экспресс-методы оценки обрабатываемости. Рассмотрим простейший из них – метод оценки обрабатываемости по интенсивности износа, предложенный А.С. Кондратовым. Суть метода состоит в том, что заготовку из испытуемого материала обтачивают только одним резцом при постоянной глубине t и подаче s на различных скоростях резания V|, V2, V3, . V,. Для каждой скорости через определенные отрезки времени Г, замеряют соответствующие этим временам приращения износа по задней поверхности резца ДЛ₃__П и оценивают интенсивность износа по формуле

В двойных логарифмических координатах строят зависимость U =/(v) (рис. 6.8), представляющую собой прямую, тангенс угла

наклона которой к оси U принимается равным показателю относительной стойкости m в формуле

Для нахождения коэффициента С в этой формуле определяют эквивалентную интенсивность износа за весь период

Рис. 6.8. Связь между скоростью резания v и интенсивностью износа U при определении обрабатываемости но методу А.С. Коядраз ова

Из рис. 6.8 находят скорость резания v_3KB, соответствующую эквивалентной интенсивности износа ?/_экв. Так как , то

постоянный коэффициент С = v_1KBT"’. Отсюда находят показатель обрабатываемости, подставив значения т и С в уравнение

Метод А.С. Кондратова дает хорошую точность при резании твердосплавными резцами и, по сравнению с классическим методом T—v, описанным выше, в 6. 10 раз сокращает время испытаний.

Известны и другие экспресс-методы оценки обрабатываемости. Например, для испытаний быстрорежущих инструментов часто применяют метод торцовой обточки [3] или метод конического точения [8].

Далее кратко рассмотрим особенности обрабатываемости основных групп конструкционных материалов, получивших широкое применение в машиностроении.

• 1. Углеродистые и легированные стали применяют для изготовления деталей машин. Они отличаются химическим составом, физико-механическими и теплофизическими свойствами, которые отражаются на их обрабатываемости.

По химическому составу и содержанию легирующих элементов эти стали можно условно разделить на следующие подгруппы: углеродистые стали (стали 20, 40, 45 и др.); низколегированные хромистые, хромоникелевые и другие стали, содержащие углерод в пределах С = 0,2. 0,5 % и легирующие элементы (хром, никель, марганец, кремний, вольфрам и молибден), суммарное количество которых достигает 3 %; углеродистые инструментальные стали (С = 0,8. 1,2 %); высоколегированные стали с высоким содержанием легирующих элементов.

Обрабатываемость всех углеродистых сталей зависит в основном от содержания в них углерода, с увеличением которого твердость сталей повышается, а скорость резания v₆₀ снижается.

У среднеуглеродистых и низколегированных сталей (С = = 0,35. 0,55 %) коэффициент обрабатываемости в пределах К_ой = 0,7. 1,0. Введение в эти стали в небольшом количестве (1. 2 %) легирующих элементов обеспечивает повышение прочности и других механических свойств (предела текучести, относительного удлинения) при небольшом снижении коэффициента обрабатываемости. Обрабатываемость этих сталей может быть улучшена за счет изменения структуры методами дополнительной термообработки (отжиг, нормализация, закалка с последующим отпуском).

Наилучшей обрабатываемостью обладают стали со структурой перлит (ферриг+цементит). У пластинчатого перлита цементит, обладающий повышенной твердостью, имеет форму пластин и феррит в виде сетки. Путем термообработки пластинчатый перлит может быть превращен в зернистый перлит с цементитом в виде мелких глобулярных (округлых) зерен. При этом обрабатываемость такой стали существенно улучшается. Однако с увеличением размеров глобулей шероховатость обработанной поверхности ухудшается. Для чистовой операции лучшую обрабатываемость по этому критерию обеспечивает пластинчатый перлит.

Чтобы максимально улучшить обрабатываемость высокоуглеродистых сталей (С > 0,6 %), они должны иметь структуру зернистого перлита, обладающего меньшей истирающей способностью, даже если эго ухудшает качество поверхности.

В инструментальных, легированных и быстрорежущих сталях увеличение легирующих элементов всегда приводит к ухудшению обрабатываемости (до К_аg = 0,6) и росту шероховатости обработанной поверхности вследствие образования твердых карбидов. При этом, как правило, повышаются предел прочности ст_в при растяжении и твердость сталей, возрастает сопротивление сталей обработке резанием. Наихудшую обрабатываемость имеют структуры: сорбитообразный перлит, сорбит и троостиг после закалки и отпуска. Наилучшей по обрабатываемости структурой инструментальных сталей является зернистый перлит с равномерно распределенными мелкими карбидами после тщательной проковки и сфероидизирующего отжига.

На обрабатываемость сталей оказывают влияние также некоторые металлургические факторы, в частности, способы литья и прокатки. Например, конверторные низкоуглеродистые стали обрабатываются лучше, чем выплавленные в мартеновских и электрических печах, так как содержат в больших количествах серу и фосфор. Холоднокатаные стали, содержащие углерод до 0,3 %, обрабатываются лучше, чем горячекатаные, а при содержании углерода С > 0,4 % – хуже.

Самой худшей обрабатываемостью обладают высоколегированные коррозионно-стойкие и жаростойкие стали, так как содержат в больших количествах легирующие элементы: хром (15. 18 %), никель (8. 11 %), марганец (1.. .2 %). Иногда в них входят в небольших количествах титан, вольфрам, молибден, ниобий при некотором снижении содержания хрома и никеля. Снижение обрабатываемости этих сталей связано с изменением их механических и теплофизических свойств. Например, жаростойкие (окалиностойкие) и жаропрочные стали аустенитного класса отличаются высокой упрочняемостью при резании. Некоторые марки сталей в процессе пластического деформирования склонны к структурным превращениям, заключающимся в переходе аустенита в мартенсит. Эти стали, как правило, имеют низкую теплопроводность, что затрудняет отвод теплоты из зоны резания в стружку и заготовку. При этом повышаются температура резания и интенсивность износа инструментов.

Присутствие в ряде сталей и сплавов карбидов и ингерметал- лидов, имеющих высокую твердость, вызывает повышенный абразивный износ инструментов, особенно инструментов из быстрорежущей стали. Для обработки этих сталей чаще всего используют инструментальные материалы высокой прочности, такие, например, как однокарбидные твердые сплавы, обладающие к тому же высокой износостойкостью.

Для некоторых марок сталей обрабатываемость улучшают правильно подобранными режимами термообработки (отжиг, закалка).

В целом же в зависимости от химического состава у высоколегированных сталей коэффициент обрабатываемости снижается от К5 = 0,65 (хромистые, коррозионно-стойкие стали) до K„s = 0,3 (хромоникелевые жаростойкие стали).

Еще меньшую обрабатываемость имеют жаропрочные сплавы на никелевой основе с содержанием никеля до 60. 80 %, для них К_об = 0,16.. .0,04 (сплавы марок ЖС6К, ЖСЗДК).

Наилучшую обрабатываемость имеют низкоуглеродистые (С 400 НВ), вызывающих абразивный износ инструмента.