Готовые ДЗ варианты Остальные (431С)

Посмотреть архив целиком

10



Московский ордена Ленина, ордена Октябрьской Революции

и ордена Трудового Красного Знамени

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

им. Н.Э. БАУМАНА

Факультет: Информатики и систем управления

Кафедра: Проектирование и технология производства электронной аппаратуры (ИУ 4)

______________________________________________________________________________

Домашнее задание


Задание 431С



По курсу: Материаловедение





Студент: Карманов А. ИУ4-33

(фамилия, инициалы) (индекс группы)



Руководитель:

(фамилия, инициалы)







Москва

2003


Содержание




Задание……………………………………………………………………… 3

Выбор режима термической обработки………………………………….. 4

Описание структурных превращений…………………………………….. 5

Основные сведения о стали……………………………………………….. 7

Источники.………………………………………………………………….. 11







































Задание 431 С


Валы, траверсы, зубчатые колёса, крепёжные детали трубопроводов высокого давления изготавливаются из стали 40 ХФА.


  1. Указать оптимальный режим термической обработки вал из этой стали, обеспечивающей твёрдость в сердцевине до 350 HB. Построить график термообработки в координатах температура-время.

  2. Описать структурные превращения, происходящие при термической обработке.

  3. Привести основные сведения об этой стали: ГОСТ, химический состав, достоинства, недостатки и др.



































Выбор оптимального режима термической обработки и построение графика термообработки


В машиностроении часто необходимо получить материал наивысшей прочности (в частности вал). В случае стали она должна иметь структуру мартенсита. Среднеуглеродистые (0,3-0,5% С) легированные стали, к которым относится сталь 40 ХФА, приобретают высокие механические свойства после термического улучшения – закалки и отпуска. В нашем случае закалка должна быть выше температур критических точек (при нагреве получится мелкозернистый аустенит, после охлаждения – мелкокристаллический мартенсит), а отпуск данной стали должен быть низким, чтобы обеспечить требуемую заданием твёрдость.

Для получения мартенситной структуры необходимо переохладить аустенит до температуры мартенситного превращения, следовательно, скорость охлаждения должна превышать критическую скорость, т.е. надо охлаждать аустенит резко. Чтобы избежать трещин при охлаждение необходимо проводить в масле.

Построим график термической обработки (рис.1).




T, °С




Tзак ~880 °С


Ас3 800 °С


Ас1 760 °С


vохл < vкрит

масло




Тотп 230-250 °С, 1 ч


Mn 214 °С




t, мин



Рис 1. График термообработки для стали 40 ХФА.










Описание структурных превращений, происходящих при термической обработке



Доэвтектоидные стали, как правило подвергает полной закалке, при этом сталь переводят в однофазное аустенитное состояние, т.е. нагревают выше температур Ac3. В результате при нагреве получается мелкозернистый аустенит, а после охлаждения - мелкокристаллический мартенсит.

После неполной закалки сталь приобретает структуру, состоящую из мартенсита и цементита. Кристаллы цементита тверже кристаллов мартенсита, поэтому при неполной закалке заэвтектоидные стали имеют более высокую твердость, чем при полной.

При охлаждении на поверхности стальной детали не должна образовываться паровая пленка, препятствующая теплообмену с закалочной средой. Охлаждение проще всего осуществить погружением стали в жидкую среду (воду или масло), имеющую температуру 20-25 °С. Однако в некоторых случаях для уменьшения деформации (коробления) деталей или для предотвращения образования трещин условия охлаждения усложняют.

Коробление и растрескивание вызываются значительными напряжениями, возникающими при закалке.


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 карбида, уменьшаются несовершенства кристаллического строения -твердого раствора и остаточные напряжения.

Фазовые превращения в стали при отпуске разделяют на три превращения в зависимости от изменения удельного объема стали. Распад мартенсита и карбидное превращение вызывают уменьшение объема, а распад аустенита - увеличение объема.

В сталях, не содержащих легирующих элементов, первое превращение происходит при температуре 80-200 °С, второе при 200-260 °С, третье при 260-380 °С. При легировании сталей Cr, Mo, W, V, Co и Si затрудняется распад мартенсита: он завершается при нагреве 450-500 °С. карбидообразующие элементы (Cr, Mo, W, V) уменьшают скорость диффузии углерода в следствие химического родства с ним; Co и Si, не образующие карбидов в сталях, а также большинство карбидообразующих элементов увеличивают силы межатомной связи в твердом растворе. В следствие этого стали получают повышенную сопротивляемость отпуску (теплостойкость).

Фазовые превращения в стали при отпуске:

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(вблизи карбидов), 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.

Содержание углерода в мартенсите в интервале температур первого превращения зависит от исходного количества углерода, тогда как при более высоком нагреве оно определяется лишь температурой.

2) Одновременно происходит несколько процессов: продолжается распад мартенсита, распадается остаточный аустенит и начинается карбидное превращение. Распад мартенсита распределяется на весь объем, концентрационная неоднородность которого 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.

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.
























Основные сведения о стали 40 ХФА



Общие сведения

Заменитель

Стали: 40Х, 65Г, 50ХФА, 30Х3МФ.

Вид поставки

Сортовой прокат, в том числе фасонный: ГОСТ 4543-71, ГОСТ 259071, 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, ГОСТ 8479-70.

Назначение

В улучшенном состоянии - шлицевые валы, штоки, установочные винты, траверсы, валы экскаваторов и др. детали, работающие при температуре до 400°С; после закалки и низкого отпуска - червячные валы и другие детали повышенной износостойкости.



Химический состав

Химический элемент

%

Ванадий (V)

0.10-0.18

Кремний (Si)

0.17-0.37

Медь (Cu), не более

0.30

Марганец (Mn)

0.50-0.80

Никель (Ni), не более

0.30

Фосфор (P), не более

0.025

Хром (Cr)

0.8-1.1

Сера (S), не более

0.025


Механические свойства

Механические свойства

Термообработка, состояние поставки

Сечение, мм

0,2, МПа

B, МПа

5, %

, %

KCU, Дж/м2

HB

HRCэ

Пруток. Закалка 880 °С, масло. Отпуск 650 °С, вода или масло

 

25 

730 

880 

10 

50 

88 

 

 

Поковки. Закалка. Отпуск.

КП 395 

100-300 

395 

615 

15 

40 

54 

187-229 

 

КП 395 

300-500 

395 

615 

13 

35 

49 

187-229 

 

КП 490 

100-300 

490 

655 

13 

40 

54 

212-248 

 

КП 540 

<100 

540 

685 

15 

45 

59 

223-262 

 

КП 540 

100-300 

540 

685 

13 

40 

49 

223-263 

 

Пруток. Закалка 860-880 °С, масло. Отпуск 200-230 °С, масло.

 

<40 

1270 

1570 

 

35 

39 

 

49-53 


Механические свойства при повышенных температурах


t испытания, °C

0,2, МПа

B, МПа

5, %

, %

Закалка 850 °С, масло. Отпуск 640 °С

20 

840 

920 

26 

63 

200 

800 

900 

22 

46 

300 

740 

840 

18 

35 

400 

710 

850 

28 

50 

500 

400 

490 

30 

65 

600 

 

370 

51 

80 


Механические свойства в зависимости от температуры отпуска


t отпуска, °С

0,2, МПа

B, МПа

5, %

, %

KCU, Дж/м2

HRCэ

Закалка 850 °С, масло. Охлаждение после отпуска с 500 °С в воде.

200 

1490 

1860 

14 

43 

49 

51 

300 

1450 

1650 

15 

30 

30 

49 

400 

1270 

1360 

14 

39 

39 

46 

500 

1100 

1160 

15 

61 

61 

42 

600 

880 

960 

19 

98 

98 

34 


Механические свойства в зависимости от сечения


Термообработка, состояние поставки

Сечение, мм

0,2, Мпа

B, МПа

5, %

, %

KCU, Дж/м2

Закалка 850 °С, вода. Отпуск 600 °С, воздух. (Образцы тангенциальные)

Место вырезки образца - центр 

50 

900 

940 

15 

45 

69 

Место вырезки образца - центр 

80 

810 

890 

11 

33 

39 

Место вырезки образца - центр 

120 

710 

860 

12 

37 

64 

Место вырезки образца - центр 

160 

610 

830 

15 

46 

45 

Место вырезки образца - 1/2R 

160 

710 

850 

16 

44 

47 

Место вырезки образца - центр 

200 

490 

710 

17 

49 

57 

Место вырезки образца - 1/2R 

200 

510 

800 

18 

49 

47 

Место вырезки образца - центр 

240 

490 

710 

18 

51 

71 

Место вырезки образца - 1/2R 

240 

570 

770 

19 

50 

54 

Место вырезки образца -край 

240 

700 

830 

17 

49 

61 

Технологические свойства

Температура ковки

Начала 1250, конца 860-800. Сечения до 200 мм охлаждаются в мульде, 201-300 мм - с печью.

Свариваемость

трудносвариваемая. Способы сварки: РДС - необходимы подогрев и последующая термообработка. КТС - необходима последующая термообработка.

Обрабатываемость резанием

После закалки и отпуска при НВ ? 241, K тв.спл. = 0.75, K б.ст. = 0.65.

Склонность к отпускной способности

склонна

Флокеночувствительность

чувствительна


Температура критических точек

Критическая точка

°С

Ac1

760

Ac3

800

Ar3

725

Ar1

680

Mn

214


Ударная вязкость

Ударная вязкость, KCU, Дж/см2

Состояние поставки, термообработка

+20

-20

-70

Закадка 850 С, масло. Отпуск 600 С.

92

61

55


Предел выносливости

-1, МПа

-1, МПа

n

B, МПа

Термообработка, состояние стали

 480

 

 1Е+6

 1220

Закалка 880 С, масло. Отпуск 230 С. НВ 387 

 421

 

 1Е+6

 990

Закалка 880 С, масло. Отпуск 550 С. НВ 288 

 372

 265

 1Е+6

 960

Закалка 880 С, масло. Отпуск 650 С. НВ 258 


Прокаливаемость

Твердость, HRCэ.

Расстояние от торца, мм / HRC э

 1.5

 3

 4.5

 6

 9

 12

 15

 18

 27

 39



 51.5-60.5

 51.5-59.5

 50.5-58.5

 48-57.5

 39.5-54

 35-50.5

 34-46.5

 32.5-43

 30.5-39

 27-39




Физические свойства

Температура испытания, °С

20 

100 

200 

300 

400 

500 

600 

700 

800 

900 

Модуль нормальной упругости, Е, ГПа

215 

212 

205 

199 

182 

173 

166 

144 

135 

 

Модуль упругости при сдвиге кручением G, ГПа

84 

83 

80 

77 

71 

66 

64 

56 

52 

 

Плотность, pn, кг/см3

7810 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Коэффициент теплопроводности Вт/(м ·°С)

37 

37 

37 

36 

33 

31 

31 

30 

28 

 

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)

12.1 

12.6 

13.0 

13.3 

13.8 

14.2 

14.6 

11.8 

 

 

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

466 

508 

529 

563 

592 

621 

634 

664 

 

 



Достоинства и недостатки.


Сталь относится к мартенситному классу, хорошо работает при динамических нагрузках и в условиях пониженных температур. Слабо разупрочняется при нагреве и может применяться при температурах до 400 °С. Предназначена для деталей наиболее ответственного назначения (валы и роторы турбин, тяжелонагруженные детали компрессорных машин, редукторов и т.д.). Недостатками являются: высокая стоимость, пониженная обрабатываемость резанием, склонна к образованию флокенов, склонна к отпускной хрупкости, трудносвариваемая, после сварки необходима термическая обработка.



Источники


1. Марочник сталей под редакцией Сорокина В.Г.

2. Арзамасов В.И. "Материаловедение" 2003 г.

3. Зябрев А.А., Мухин Г.Г. Выбор материала и технологии термической

обработки



 

 









Случайные файлы

Файл
programma.doc
120959.doc
153736.rtf
129885.rtf
91671.rtf