Готовые ДЗ варианты Д-хх (Д-9)

Посмотреть архив целиком

Московский государственный технический университет

имени Н.Э. Баумана

























Домашнее задание по курсу

«Материаловедение»


Вариант Д-9


Выполнил: студент группы Э8-41

Ивахненко Сергей

Проверил: Алиев А.А.













Москва 2006







Задание









Распределительные валы должны обладать высокой износостойкостью поверхности кулачков и опорных шеек.

1.Выберите сталь для изготовления распределительного вала диаметром 30мм, упрочняемого поверхностной закалкой при нагреве ТВЧ. Назначьте и обоснуйте режимы предварительной и окончательной термической обработки обеспечивающие твердость поверхности HRC не менее 57, а твердость сердцевины НВ 170-200. Постройте график термообработки в координатах температура-время с указанием критических точек стали, температуры нагрева, среды охлаждения.

2.Опишите структурные превращения, происходящие в стали на всех стадиях термической обработки. Укажите структуру стали на поверхности и в сердцевине металла после термической обработки.

3.Приведите основные сведения об этой стали: химический состав по ГОСТу, область применения, механические свойства после выбранного режима термической обработки, технологические свойства, достоинства и недостатки и др.






















Отчет.


Среднеуглеродистые стали приобретают высокие механические свойства после термического улучшения – закалки и высокого отпуска (500-650град) на структуру сорбита.

В соответствии с заданием необходимо подобрать сталь.

Выбираем сталь 45, так как она относится к широко используемым дешевым конструкционным материалам, удовлетворяет конструкционным особенностям задания.

Для придания стали необходимых технологических характеристик нужно провести следующие виды термической обработки:

1.закалка при 800 С, вода.

2.Отпуск 550 С, 1,5 часа

3.закалка ТВЧ.

Критические температуры для стали 45

Ас1 = 730 С

Ас3 = 755 С

Аr3 = 690 С

Аr1 = 780 С

Mn = 350 С


1. Закалка – термическая обработка, в результате которой в сплаве образуется неравновесная структура. Конструкционные и инструментальные стали закаливают для упрочнения. По данным ГОСТ 1050-88 температура закалки для стали 45 составляет

800С (Ас3 =755 С).

Сталь 45 – сталь перлитного класса до термообработки имеет структуру: Феррит (Ф) + Перлит (П).









При нагреве до температуры 730С структура сплава остается постоянной – перлит. Как только пройдена точка Ас1 на границах зерен перлита начинает зарождаться аустенит. В нашем случае мы имеем полную закалку, т.к. температура превышает Ас3 , то весь перлит переходит в аустенит. Таким образом, нагрев до 755С мы получили однофазную структуру - аустенит, при этом при повышении температуры после 800С зерно растет.

Мартенситное превращение интенсивно протекает при непрерывном охлаждении в интервале температур от Мн до Мк.

Малейшая изотермическая выдержка в этом интервале температур приводит к стабилизации аустенита, т.е. превращение не доходит до конца, и кроме мартенсита в структуре наблюдается так называемый остаточный аустенит. Для получения мартенситной структуры аустенит углеродистых сталей необходимо очень быстро и непрерывно охлаждать, применяя для этого холодную (лучше соленую) воду. Быстрое охлаждение необходимо для того, чтобы подавить возможные диффузионные процессы и образование перлитных и бейнитных структур. При охлаждении на поверхности стальной детали не должна образоваться паровая пленка, препятствующая теплообмену с закалочной средой. Лучшей является стадия пузырькового кипения охлаждающей жидкости. Чем больше температурный интервал этой стадии, тем интенсивнее охлаждает закалочная среда. Лучше пользоваться добавка едкого натра, так как щелочная среда не вызывает последующей коррозии стальных деталей Мартенсит – неравновесная фаза – перенасыщенные твердый раствор внедрения. Кристаллы мартенсита, имея пластинчатую форму, растут с огромной скоростью. Их росту препятствуют границы зерен аустенита или ранее образовавшаяся пластина мартенсита. Мартенситное превращение состоит в закономерной перестройке решетки, при которой атомы не обмениваются местами, а лишь смешаются на расстояния, не превышающие межатомные. При этом перестройка решетки происходит по тем кристаллографическим плоскостям исходной модификации, которые по строению одинаковы, а по параметрам близки к определенным плоскостям кристаллической фазы. Мартенсита имеет тетрагональную пространственную решетку. Мартенсит имеет очень высокую твердость, равную или превышающие 60 HRC для стали 45.

Таким образом, задача закалки — получение структуры мартенсита с максимальным процентным содержанием углерода.

2.Отпуск при 550С с охлаждением 1,5 часа в воде.

Отпуск – термическая обработка, в результате которой в предварительно закаленных сталях происходят фазовые превращения, приближающие их структуру к равновесной.

Сталь 45 подвергается отпуску при t = 550С — высокий отпуск. При этом надо учитывать, что при температурах отпуска более 500С охлаждение производят в воде.

При отпуске происходит несколько процессов. Основной – распад мартенсита, состоящий в выделении углерода в виде карбидов. Кроме того, распадается остаточный аустенит, совершаются карбидное превращение и коагуляция карбидов, уменьшаются несовершенства кристаллического строения твердого раствора и остаточные напряжения. Фазовые превращения при отпуске принято разделять на три превращения в зависимости от изменения удельного объема стали. Распад мартенсита и карбидное превращение вызывают уменьшение объема, а распад аустенита – его увеличение.

  1. Из мартенсита выделяется часть углерода в виде метастабильного карбида, имеющего гексагональную решетку и химический состав, близкий к Fe2C. Дисперсные кристаллы карбида когерентны с решеткой мартенсита. Обеднение твердого раствора углеродом происходит неравномерно: наряду с участками мартенсита, обедненного углеродом, сохраняются участки с исходным содержанием углерода. Первое превращение идет с очень малой скоростью и без нагрева. Уменьшение количества растворенного углерода снижает тетрагональность мартенсита – длина образца уменьшается.

  2. Одновременно происходит несколько процессов: продолжается распад мартенсита, распадается остаточный аустенит и начинается карбидное превращение. Распад мартенсита распространяется на весь объем, концентрационная неоднородность твердого раствора исчезает; в мартенсите остается около 0,2% растворенного углерода. Распад остаточного аустенита происходит по механизму бейнитной реакции: образуется смесь кристаллов низкоуглеродистого мартенсита и дисперсных карбидов. При температурах около 250 С начинается превращение карбида в цементит; при этом когерентность решеток твердого раствора и карбида нарушается. Если в закаленной стали было много остаточного аустенита, то уменьшение плотности при распаде будет большим, чем ее увеличение, вследствие выделения углерода из мартенсита. В этом случае длина закаленного образца возрастает.

  3. Завершается распад мартенсита и карбидное превращение. Из мартенсита выделяется весь пересыщенный углерод в виде карбидов, тетрагональность решетки твердого раствора устраняется – мартенсит переходит в феррит. Ферритно-карбидная смесь, образовавшаяся в конце третьего превращения, весьма дисперсная и имеет примерно такую же твердость, как троостит. Структуру стали, образовавшуюся при температурах первого и второго превращений, называют отпущенным мартенситом. В интервале температур третьего превращения цементит имеет форму тонких пластин. С повышением температуры происходит коагуляция: кристаллы цементита укрупняются; при этом форма кристаллов постепенно приближается к сфероидальной. Коагуляция и сфероидизация карбидов происходят с заметной скоростью, начиная с температур 350-400 С. Скорость этих процессов увеличиваются при повышении температуры.

Изменения структуры феррита обнаруживается начиная с температуры около 400 С: уменьшается плотность дислокаций, которая очень велика в мартенсите до отпуска; постепенно ускоряются границы между пластинчатыми кристаллами феррита, в результате чего зерна феррита укрупняются и их форма приближается к равноосной. Таким образом, с повышением температуры отпуска постепенно снимается фазовый наклеп, возникший при мартенситном превращении. Ферритно-карбидную смесь, которая образуется после отпуска при 450-650 С, называют сорбитом отпуска. После отпуска при температуре, близкой к температуре А1, образуется грубая ферритно-карбидная смесь – зернистый перлит.

Отпуск обеспечивает стали 45 требования, предъявляемые к сердцевины распределительного вала, т.е. твердость 170-200 HB.

3.После этого провести закалку током высокой частоты (ТВЧ) – закалка поверхности. Известно, что с увеличением частоты тока растет скин-эффект, плотность тока в наружных слоях проводника оказывается во много раз больше, чем в сердцевине. В результате почти вся тепловая энергия выделяется на поверхности и нагревает поверхностный слой до температуры закалки. Охлаждение осуществляется водой, подающейся через спрейер – трубку с отверстиями для разбрызгивания, изогнутую в кольцо и расположенную относительно детали аналогично индуктору.






Чтобы не видеть здесь видео-рекламу достаточно стать зарегистрированным пользователем.
Чтобы не видеть никакую рекламу на сайте, нужно стать VIP-пользователем.
Это можно сделать совершенно бесплатно. Читайте подробности тут.