Готовые ДЗ варианты Д-хх (Д-7)

Посмотреть архив целиком

Московский Государственный Технический Университет им. Н. Э. Баумана
















Домашнее задание


по предмету


Материаловедение


вариант Д-7













Выполнил: Марцун Ю.В.

Группа Э3-41

Проверил: Кузнецова Н.Ю.





-2005-

Д-7


Для изготовления зубчатых колес применяются легированные стали после объемного термического упрочнения.

1.Сформулируйте требования к материалам зубчатых колес. Выберите сталь и назначьте упрочняющую термическую обработку для массового производства зубчатых колес 120мм., максимальным сечением 40мм., испытывающих динамические нагрузки, если требуемая твердость HB 300-350,а ударная вязкость КСИ >=0.4 МДж/м2, с учетом сквозной прокаливаемости. Постройте график термообработки в координатах температура-время с указанием: критических точек стали, температуры нагрева, времени выдержки, среды охлаждения.

2.Опишите структурные превращения, происходящие в стали на всех стадиях термической обработки.

3.Приведите основные сведения об этой стали: химический состав по ГОСТу, область применения, требования, предъявляемые к этому виду изделий, механические свойства после выбранного режима термической обработки, технологические свойства, влияние легирующих элементов, достоинства и недостатки.







Зубчатые колеса используются в условиях больших динамических нагрузок, при повышенном трении. Поэтому такие детали должны иметь твердую поверхность, высокую прочность на изгиб и при этом вязкую и прочную сердцевину, устойчивую к воздействию циклических и ударных нагрузок.

Для обеспечения этих свойств вводят легирующие элементы, что повышает конструкционную прочность стали. Их применяют после закалки и отпуска, поскольку в отожженном состоянии они по механическим свойствам практически не отличаются от углеродистых. Высокие механические свойства при улучшении возможны лишь при обеспечении требуемой прокаливаемости, поэтому она служит важнейшей характеристикой при выборе этих сталей. Кроме прокаливаемости важно получить мелкое зерно и не допустить развития отпускной хрупкости.

Механические свойства легированных сталей, для изделий с крупным сечением, значительно выше, чем механические свойства углеродистых сталей. Особенно сильно повышается предел текучести, относительное сужение и ударная вязкость, благодаря хорошей прокаливаемости и наличием мелкого зерна. Для достижения высокой прокаливаемости сталь чаше легирую более дешевыми элементами - марганцем, хромом и бором, реже дорогими - никелем и молибденом.

К группе легированных конструкционных сталей относятся среднеуглеродистые стали с содержанием углерода 0,3...0,5%, которые для улучшения свойств ( прокаливаемость, мелкозернистая структура, предел выносливости) дополнительно легируют хромом (до 2%), никелем (от 1 до 5%), марганцем (до 1,5%), кремнием (до 2%), молибденом и вольфрамом (0,2-0,4 Mo и 0,8-1,2 W), ванадием и титаном (до 0,3% V и 0,1% Ti), а так же микролегируют бором (0,002-0,005%).

Из сталей нормальной и повышенной прочности наибольшее применение в Машино- и приборостроении имеют низкоуглеродистые стали (цементируемые), содержащие, как правило, в сумме не более 5% легирующих элементов.

Низкоуглеродистые(0,1%-0,3% С) легированные стали используют в состоянии наибольшего упрочнения (после закалки и низкого отпуска). Повышенные прочностные свойства сочетаются у них с хорошей пластичностью, вязкостью, малой чувствительностью к надрезам и высоким сопротивление к развитию вязкой трещины.

В соответствии с требованиями задачи, выбираем сталь 30ХГТ, так как она является дешёвой.

Сталь 30ХГТ относится к перлитному классу сталей.

Благоприятное сочетание прочности, пластичности и вязкости, а так же высокая хладностойкость обуславливают применение низкоуглеродистых сталей без поверхностного упрочнения.

Термическая обработка:


Так как зубчатые колеса должны иметь износостойкую поверхность и вязкую сердцевину, то обычно стали, из которых колеса изготавливаются, подвергают цементации при температуре 920-9500С (цементация - технологический процесс диффузионного насыщения углеродом),с последующей сложной термической обработкой, состоящей из двух последовательно проводимых закалок и низкого отпуска(рис.2).

При первой закалке деталь нагревают до температуры на 30-500С выше температуры Ас3 цементируемой стали. Для выбранного вида стали температура под закалку 8800С( 855-8750С). Среда охлаждения – масло. При таком нагреве во всем объеме детали образуется аустенит (рис 1).

рис.1


Нагрев до температур, лишь немного превышающих Ас3, вызывает перерекристаллизацию сердцевины детали с образованием мелкого аустенитного зерна, что обеспечивает мелкозернистость продуктов распада.

При вторичной закалке, деталь нагревают до температуры Ас1 с превышением на 30-700С.

Для нашей стали это 8500 (800-8500С). Охлаждающая среда – масло. В процессе нагрева мартенсит, полученный в результате первой закалки, отпускается, что сопровождается образованием глобулярных карбидов, которые в определенном количестве сохраняются после неполной закалки в поверхностной заэвтектоидной части слоя, увеличивая его твердость. Вторая закалка так же обеспечивает мелкое зерно в науглероженном слое.

Окончанием термообработки является низкий отпуск при 2000С и охлаждение на воздухе. Результат низкого отпуска: уменьшение степени пересыщенности мартенсита и, как следствие, снижение внутреннего напряжения, немного снижается твердость и прочность. Мартенситная структура в целом сохраняется, снижается склонность стали к хрупкому разрушению.



Рис.2




Критическая точка

°С

Ac1

770

Ac3

825

Ar3

740

Ar1

665






После данной термообработки, поверхностный слой приобретает структуру отпущенного мартенсита с включениями глобулярных карбидов. Структура сердцевины детали низкоуглеродистый мартенсит в смеси с нижним бейнитом .

Данный режим термообработки обеспечивает получение следующих механических свойств:

σв=1500 МПа σ0.2=1300 МПа δ=9%

ψ=40% KCU=0.6 МДж/м2

Для зубчатого колеса 120мм. И поперечным сечением 35 мм. HB=320.


Структурные превращения:


Сталь 30ХГТ – сталь перлитного класса до термообработки имеет структуру:

Феррит (Ф) + Перлит (П).

П (Ф+Fe3C), Ф=Fe(C) – твердый раствор С в Fe.

На практике при обычных скоростях нагрева (электропечи) под закалку перлит сохраняет свое пластинчатое или зернистое строение до температуры Ас1. При нагреве до Ас1 (770С.) никаких превращений не происходит. При температуре Ас1 в стали происходит превращение перлита в аустенит. Кристаллы (зерна) аустенита зарождаются в основном на границах фаз феррита и цементита. При этом параллельно развиваются 2 процесса: полиморфный переход Fe Fe и растворение цементита в аустените.

Представим общую схему превращения:

Ф+П (Ф+Ц) Ас1Ф+Ц+АА+ЦА(неоднородный)А(гомогенный)

Образование зерен аустенита происходит с большей скоростью, чем растворение цементита перлита, поэтому необходима выдержка стали при температуре закалки для полного растворения цементита и получения гомогенного аустенита. Фазовая перекристаллизация приводит к измельчению зерна в стали. При этом чем выше дисперсность структуры перлита (Ф+Ц) и скорость нагрева стали, тем больше возникает центров зарождения аустенита, а следовательно возрастает дисперсность продуктов его распада, что приводит к увеличению пластичности, вязкости, уменьшению чувствительности к концентрации напряжений.

При охлаждении в условиях vохл>vкрит будет образовываться мартенсит – неравновесная фаза – пересыщенный твердый раствор внедрения углерода в Fe и остаточный аустенит (А).


Влияние легирующих элементов:

Г(Mn) – марганец:

Влияние на свойства аустенита: понижает все критические точки, расширяет -область, увеличивает склонность к росту зерна, увеличивает прокаливаемость, замедляет превращения аустенита, уменьшает Vз.кр­, резко понижает точку МН (при 4% до 0С), резко увеличивает Аост. Влияние на прочие свойства: повышает вр стали в равновесном состоянии, увеличивает склонность к отпускной хрупкости, в инструментальной стали содействует уменьшению деформации при закалке.

Х(Cr) –хром:

понижает точку А3 и повышает точку А1, сужает -область, препятствует росту зерна, резко увеличивает прокаливаемость, уменьшает Vз.кр, понижает точку МН, увеличивает Аост.

Влияние на прочие свойства: растворяется в цементите, замещая атом железа, поваышает стойкость против коррозии (при содержании >1%) и окисления, увеличивает износостойкость, повышает сопротивляемость снижению прочности при высоких температурах.


Случайные файлы

Файл
150568.rtf
74478-1.rtf
11247-1.rtf
68613.rtf
2018.rtf




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.