Готовые ДЗ варианты Остальные (38Х2МЮА)

Посмотреть архив целиком

Содержание

  1. Задание………………………………………………………………………

  2. Отчёт

1) Выбор режима предварительной термической обработки и азотирования…………………………………………………………….

2) Описание процесса азотирования, назначения процесса азотирования, преимущества и недостатки…………………………………………….

3) Описание структурного превращения происходящего при термической обработке и азотировании………………………………

4) Графики термообработки, влияние легирующих элементов на свойства стали…………………………………………………………

  1. Основные сведения о стали 38Х2МЮА…………………………………..

  2. Список литературы………………………………………………………….

Задание:

  1. Ответственная шестерня изготовлена из стали 38Х2МЮА. Укажите режим предварительной термической обработки и азотирования. Опишите процесс азотирования, укажите его назначение, преимущества и недостатки.

  2. Опишите структурные превращения, процесс при термической обработке и азотировании, постройте график термообработки для этой стали в координатах температура-время. Укажите влияние легирующих элементов на свойства стали.

  3. Приведите основные сведения об этой стали: ГОСТ, химический состав, механические свойства, применение, недостатки и др.

    1. Выбор режима предварительной термической обработки и азотирования

Воспользовавшись «Марочником сталей»2 зададимся предварительным режимом термической обработки данной стали (38Х2МЮА). Режим выглядит следующим образом.

Проводим закалку при температуре 940 С в масле. Затем отпуск при температуре 660 С, в течении 5 ч на воздухе. После проведения термообработки получаем твёрдость порядка 255 НВ. Схема термообработки приведена на рисунке 1.

Рис. 1

Процесс азотирования — весьма длительная операция. Так, при обычном азотировании стали 38Х2МЮА диффузионную зону толщиной около 0,5 мм получают при 500 - 520 °С за 55 ч выдержки. Такую же толщину зоны можно получить за 40 ч, если применить двухступенчатый режим азотирования: 510 °С, 15 и 550 °С, 25 ч. Получаемая после азотирования твёрдость составляет порядка 750-850 НВ


По сравнению с цементованными азотированные слои легированных сталей имеют более высокие твердость и износостойкость. Однако азоти­рование используют реже, чем цементацию, из-за большей длительности процесса и меньшей толщины упрочненного слоя, что ограничивает кон­тактные нагрузки на поверхность детали.






    1. Описание процесса азотирования, назначения процесса азотирования, преимущества и недостатки


Азотированием называют процесс диффузионного насыщения азотом поверхностной зоны деталей. Азотирование применяют для повышения износостойкости и предела выносливости деталей машин (коленчатые ва­лы, гильзы цилиндров, червяки, валики, шестерни и др.)

До азотирования детали подвергают закалке, высокому отпуску (улучшению) и чистовой обработке. После азотирования детали шлифуют или полируют.

Обычное азотирование проводят при температуре 500 - 600 °С в му­фелях или контейнерах, через которые пропускается диссоциирующий аммиак.

Вероятно, что на стальной поверхности происходит реакция диссоци­ации аммиака с выделением ионов азота, которые адсорбируются поверх­ностью детали, а затем диффундируют вглубь.

При нагреве аммиака в изолированном объеме возможна лишь реак­ция с образованием молекулярного азота

2NH3 --> N2 + ЗН2

который не может диффундировать в сталь без ионизации.


3 Описание структурного превращения происходящего при термической обработке и азотировании


Формирование структуры азотированной зоны в углеродистых ста­лях происходит примерно так же, как при азотировании железа. Поэто­му, пользуясь диаграммой состояния Fe - N, можно предска­зать структуру азотированной зоны низкоуглеродистых сталей. По мере

насыщения железа азотом при температуре ниже 590 °С снача­ла образуется α-твердый раствор внедрения азота в железо, затем слой γ-Фазы с ГЦК решеткой и упорядоченным расположением атомов азота в центрах элементарных ячеек. Обычно процесс азотирования завершается образованием на поверхности слоя ε-фазы с ГП решеткой и упорядо­ченным расположением атомов в широком интервале концентраций азота.

При медленном охлаждении после азотирования вследствие пе­ременной растворимости азота в α- и ε- фазах про­исходит выделение вторичной γ||-фазы, и структура азотированной зоны от поверхности к сердцевине становится следующей:

ε + γ`||→ γ`→ α + γ`||→ α

При азотировании углеродистых сталей с увеличением содержания углерода уменьшается скорость диффузии азота и возможно образования карбонитридных фаз.

Азотированная сталь, имеющая на поверхности слой ε-фазы, коррозионностойка в воде и в атмосферных условиях. В системе Fe-N ε- и γ`-фазы имеют сравнительно невысокую твердость— соответственно 450 HV и 550 HV. Значительно большая твердость достигается при азотировании специально легированных сталей, которые содержат более активные нитридообразующие элементы: Сr, Mo, Al, V, Ti.

При азотировании структуры диффузионной зоны легированных и углеродистых сталей аналогичны. Однако легирование изменяет состав фаз и температурные границы их образования; при изотермической выдержке в процессе азотирования могут образовываться двухфазные слои в диффузионной зоне.

4) Графики термообработки, влияние легирующих элементов на свойства стали

Высокие твердость и износостойкость получаются после азотирования легированной стали 38Х2МЮА, содержащей, %: 0,35 - 0,42 С; 1,35-1,65 Сг; -0,7 - 1,10 А1 и 0,15 - 0,25 Мо. Комплексное легирование хромом, алюминием и молибденом позволяет повысить твердость азотированно­го слоя до 1200 HV. Молибден также устраняет отпускную хрупкость, которая может возникнуть при медленном охлаждении от температуры азотирования.

Сталь 38Х2МЮА

Общие сведения

Заменитель

сталь 38Х2ЮА, 38ХВФЮ, 20Х3МВФ, 38Х2Ю.

Вид поставки

Сотовой прокат, в том числе фасонный: ГОСТ 4543-71, ГОСТ 2590-71, ГОСТ 2591-71, ГОСТ 2879-69. Калиброванный пруток ГОСТ 7417-75, ГОСТ 8559-75, ГОСТ 8560-78, ГОСТ 1051-73. Шлифованный пруток и серебрянка ГОСТ 14955-77. Полоса ГОСТ 103-76. Поковки и кованые заготовки ГОСТ 1133-71.

Назначение

Штоки клапанов паровых турбин, работающие при температуре до 450 °С, гильзы цилиндров двигателей внутреннего сгорания, иглы форсунок, тарелки букс, распылители, пальцы, плунжеры, распределительные валики, шестерни, валы, втулки и другие детали.

Химический состав

Химический элемент

%

Аллюминий (Al)

0.70-1.10

Кремний (Si)

0.20-0.45

Марганец (Mn)

0.30-0.60

Медь (Cu), не более

0.30

Молибден (Mo)

0.15-0.25

Никель (Ni), не более

0.30

Сера (S), не более

0.025

Углерод (C)

0.35-0.42

Фосфор (P), не более

0.025

Хром (Cr)

1.35-1.65



Механические свойства

Сечение, мм

0,2, МПа

B, МПа

5, %

, %

KCU, Дж/м2

HB

Пруток. Закалка 940 °С, вода или масло. Отпуск 640 °С, вода или масло.

30 

835 

980 

14 

50 

88 

 

Поковки. Закалка. Отпуск.

100-300 

590 

735 

13 

40 

49 

235-277 

Закалка 930-950 °С, масло или вода. Отпуск 640-680 °С, воздух.

60 

880 

1030 

18 

52 

 

250-300 

100 

730 

880 

10 

45 

59 

 

200 

590 

780 

10 

45 

59 

 

Закалка 950 °С, масло. Отпуск 550 °С, масло.

120 

780-880 

930-1030 

12-15 

35-45 

69-98 

285-302 





Механические свойства при повышенных температурах

t испытания, °C

0,2, МПа

B, МПа

5, %

, %

KCU, Дж/м2

Пруток. Закалка 930-940 °С,масло. Отпуск 660 °С, 5 часов отпуска. НВ>=255 [77]

20 

650 

800 

17 

64 

157 

200 

580 

780 

17 

56 

152 

300 

570 

810 

18 

58 

127 

400 

550 

720 

20 

63 

127 

500 

420 

470 

25 

81 

98 

600 

270 

300 

26 

89 

98 

Образец диаметром 10 мм, длиной 50 мм, прокатанный и отожженный. Скорость деформирования 20 мм/мин. Скорость деформации 0,007 1/с.

800 

98 

110 

66 

95 

 

900 

66 

84 

57 

97 

 

1000 

39 

49 

66 

98 

 

1100 

22 

32 

77 

100 

 

1200 

15 

22 

77 

100 

 

Технологические свойства

Температура ковки

Начала 1240, конца 800. Сечения до 50 мм охлаждаются в штабелях на воздухе, 51-100 мм - в ящиках.

Свариваемость

не применяется для сварных конструкций.

Обрабатываемость резанием

В закаленном и отпущенном состоянии при НВ 240-277 B = 780 МПа K тв.спл. = 0.75, K б.ст. = 0.55.

Склонность к отпускной способности

не склонна [82]

Флокеночувствительность

чувствительна


Температура критических точек

Критическая точка

°С

Ac1

800

Ac3

865

Ar3

740

Ar1

665

Mn

330

Твердость

Состояние поставки, режим термообработки

НВ

HV

Закалка 930-950 С, масло или вода. Отпуск 640-680 С, воздух. Азотирование 520-540 С с печью до 100 С. 

 269-300

 850-1050

Предел выносливости

-1, МПа

n

B, МПа

0,2, МПа

Термообработка, состояние стали

 392-480

 1Е+7

 810

 650

Закалка 940 С, масло. Отпуск 660 С, 5 ч, воздух. НВ 255 

 608-617

 

 

 

Закалка 940 С, масло. Азотирование 500 С, 48 ч [81] 


Физические свойства

Температура испытания, °С

20 

100 

200 

300 

400 

500 

600 

700 

800 

900 

Модуль нормальной упругости, Е, ГПа

209 

202 

194 

190 

181 

174 

162 

147 

137 

 

Модуль упругости при сдвиге кручением G, ГПа

82 

79 

76 

75 

71 

67 

62 

57 

53 

 

Коэффициент теплопроводности Вт/(м ·°С)

33 

33 

32 

31 

20 

20 

28 

27 

27 

 

Температура испытания, °С

20- 100 

20- 200 

20- 300 

20- 400 

20- 500 

20- 600 

20- 700 

20- 800 

20- 900 

20- 1000 

Коэффициент линейного расширения (a, 10-6 1/°С)

11.5 

11.8 

12.7 

13.4 

13.9 

14.7 

14.9 

12.3 

 

 

Удельная теплоемкость (С, Дж/(кг · °С))

496 

517 

533 

546 

575 

609 

638 

676 

 

 





Список литературы:







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.