Готовые ДЗ варианты Д-хх (Д-13)

Посмотреть архив целиком

Московский Государственный Технический Университет

им. Н. Э. Баумана







Факультет: Специальное машиностроение


Кафедра: М-2







Домашнее задание по материаловедению



Вариант №Д-13



Студент

Капустин Э.В.

Группа A М2-51

Подпись __________


Преподаватель

Силаева В. И.

Подпись __________


2006 г.

Задание Д13.

Валы, оси, шестерни, крестовины карданного шарнира автомобиля изготавливают из цементуемых сталей марок: 18ХГТ, 20ХГР, 25 ХГМ, 30ХГТ и др.

  1. Выберите легированную сталь для изготовления крестовины квадратного шарнира диаметром шейки 30 мм, упрочняемой цементацией в условиях массового производства. Назначьте и обоснуйте режимы газовой цементации и последующей термической обработки, обеспечивающие эффективную толщину слоя 0.8 – 1.1 мм, твердость поверхности HRC 59 – 62, сердцевины – HB 260 – 320. Постройте график термообработки, включающий науглероживание и последующую термическую обработку в координатах температура – время.

  2. Опишите структурные превращения, происходящие в поверхностном слое и сердцевине детали 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 и др.



















Выбор материала.


Основным эксплуатационным свойством для крестовины карданного шарнира автомобиля является контактная выносливость. Кроме контактной выносливости от крестовины требуется сопротивление усталости при изгибе, износостойкость профиля, устойчивость к схватыванию. Наиболее полно этим требованиям удовлетворяют стали, имеющие твердый поверхностный слой, а так же вязкую и достаточно прочную сердцевину, способную противостоять действию ударных нагрузок. В данном случае имеют место высокие контактные нагрузки, поэтому необходимо применять цементуемые легированные стали. Твердость цементованной поверхности при концентрации углерода 0.8 – 1.4% и структуре, состоящей из высокоуглеродистого мартенсита или его смеси с дисперсными карбидами, составляет 58 – 63 HRC. Излишне высокая твердость нежелательна из-за возможности хрупкого разрушения цементованного слоя. Твердость сердцевины составляет 30 – 42 HRC.

В данном случае имеет место массовое производство, поэтому выгодно применять экономнолегированные стали и проводить закалку после цементационного нагрева. Для этих целей необходимо использовать природно-мелкозернистую сталь.

Исходя из вышеперечисленных требований, назначаем сталь 18ХГТ.


Термическая обработка.


Назначенная сталь выполнена по ГОСТ 4543-71. Цементуемая хромомарганцовистая сталь (дополнительно легированная титаном, молибденом или бором). Природномелкозернистая сталь умеренной прокаливаемости для ответственных деталей, работающих, при больших скоростях, средних и высоких удельных давлениях при наличии ударных нагрузок. Введение в хромомарганцовистую сталь титана делает ее более мелкозернистой, а молибдена - более вязкой, увеличивает прокаливаемость и уменьшает склонность к отпускной хрупкости. Склонность к обезуглероживанию умеренная.

В условиях массового производства выгоднее и удобнее подвергать детали относительно простой термической обработке, состоящей из одной закалки и низкого отпуска. Так как для цементации выбрана природно-мелкозернистая сталь и содержание на поверхности углерода близко к эвтектоидному, то и при одной закалке получим удовлетворительные свойства, как в сердцевине, так и в цементованном слое. Цементацию необходимо проводить в газовом карбюризаторе (массовое производство), а закалку после цементационного нагрева.

По данным ГОСТ 4543-71 температура закалки для стали составляет 870 °С (Ас3 - 825 °С). В качестве охлаждающей среды выбираем масло.

Окончательной операцией термической обработки назначаем низкий отпуск при температуре 200ْ С, который уменьшит остаточные напряжения и не снизит твердость стали.

После ХТО и ТО получим твердость на поверхности HRC 60 – 62, а в сердцевине HB 300, что соответствует условию задачи.


Схема термической обработки при однократной закалке после цементации:

I – цементация (t = 910°С)

II – подстуживание (на воздухе до температуры t = 770°С)

III – закалка (с температуры 770°С в масле)

IV – отпуск (низкий при температуре 180 – 200°С).


Температуру и время ХТО выберем из таблицы 7.1 [1]:


Толщина

слоя, мм

Vср, мм/ч, при t, °С

850

875

900

0.5 - 1

0.16

0.2

0.3

1 – 1.5

0.1

0.15

0.2


По условию задачи необходим цементованный слой, эффективной толщиной 0.8 – 1.1 мм, из рисунка 7.4 [1] видно, что эффективная толщина слоя для стали содержанием 0.2% углерода составляет примерно 75% от общей толщины цементованного слоя, поэтому выбираем скорость цементации 0.2 мм/ч (при t=910°C) и необходимую толщину слоя 1.2 мм. Тогда общее время цементации составит 6 часов.


Описание процесса цементации.

Цементация стали.

Технологический процесс диффузионного насыщения углеродом называется цементацией. Обычно после цементации сталь подвергают закалке и низкому отпуску. После такого комплексного процесса концентрация углерода на поверхности стальной детали составляет 0.8 – 1%, структура низкоотпущенного мартенсита с мелкими сфероидальными карбидами хорошо сопротивляется износу, твердость поверхности равна 750 – 950 HV. Сердцевина детали, содержащая 0.08 – 0.25% углерода, остается вязкой. Поверхности не подлежащие цементации, защищают гальваническим омеднением; толщина медного слоя составляет 0.02 – 0.05 мм.

Цементации обычно подвергают такие детали машин, которые должны иметь износостойкую рабочую поверхность и вязкую сердцевину: зубчатые колеса, валы и пальцы, распределительные валики, кулачки, червяки и т. д.

Карбюризатор.

Исходную среду для цементации принято называть карбюризатором. В основном применяют два способа цементации: в твердом и в газовом карбюризаторе. В нашем случае необходимо использовать газовый карбюризатор, так как процесс газовой цементации идет быстрее, кроме того этот процесс легко регулируется и автоматизируется. На заводах работают автоматизированные агрегаты для цементации, которые регулируют процесс по углеродному потенциалу.

При газовой цементации в качестве карбюризатора используют разбавленный природный газ (состоящий почти полностью из метана), контролируемые атмосферы, получаемые в специальных генераторах, а также жидкие углеводороды (керосин, бензол и др.), каплями подаваемые в герметичное рабочее пространство печи, где они образуют активную газовую среду. Основная ведущая реакция при наличии метана:

CH4 2H2 + C

В зависимости от состава газовой смеси и содержания углерода в стали атмосфера в рабочем пространстве печи может быть науглероживающей, обезуглероживающей и нейтральной. Нейтральному составу газовой смеси соответствует определенная равновесная концентрация углерода на поверхности стальной детали. Эту концентрацию углерода принято называть углеродным потенциалом контролируемой атмосферы. Следовательно, науглероживание будет происходить в том случае, если концентрация углерода на поверхности стали будет меньше углеродного потенциала газовой смеси при данной температуре.

Структура цементованного слоя.

Обычно ее сопоставляют со схемами, представленными на рис. 7.4 [1]. Наружная часть слоя, содержащая больше 0.8 % С, имеет структуру заэвтектоидных сталей – перлит и вторичный цементит, который при медленном охлаждении выделяется на границах аустенитных зерен в виде оболочек. Средняя часть слоя, имеющая эвтектоидную концентрацию, состоит из перлита. Далее по направлению к сердцевине концентрация углерода уменьшается, структура соответствует доэвтектоидной стали, причем количество перлита уменьшается при приближении к сердцевине.

Принято различать полную и эффективную толщину цементованного слоя (рис 7.4 [1]).

За эффективную толщину принимают сумму заэвтектоидной, эвтектоидной и половины доэвтектоидной зоны слоя. Эффективная толщина цементованного слоя обычно составляет 0.5 – 1.8 мм и в исключительных случаях достигает 6 мм ( при больших контактных нагрузках на цементованную поверхность).


Случайные файлы

Файл
34830.rtf
162916.rtf
12497.rtf
160052.rtf
27739.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.