Готовые ДЗ варианты Остальные (40xФА (Д-2))

Посмотреть архив целиком

Московский Государственный Университет им. Н.Э. Баумана.












Домашнее задание по курсу Материаловедения.
































Выполнил: Благодарный А.А.

Группа СМ11-51.





























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


  1. Укажите оптимальный режим термической обработки вала из этой стали, обеспечивающей твёрдость в сердцевине до 350 НВ. Построить график термообработки для этой стали в координатах температура – время.

  2. Опишите структурные превращения, происходящие при термической обработке.

  3. Приведите основные свойства этой стали: ГОСТ, химический состав, влияние легирующих элементов, достоинства, недостатки и др.


























Для изготовления упругих элементов общего назначения применяют легированные рессорно-пружинные стали. Особенности работы деталей типа упругих элементов состоят в том, что в них используют в основном упругие свойства стали и не допускают возникновение пластической деформации при нагрузке (статической, динамической, ударной). В связи с этим стали должны иметь большое сопротивление малым пластическим деформациям, т.е. высокие пределы упругости (текучести) и выносливости при достаточных пластичности и сопротивлении хрупкому разрушению. Кроме того, важной характеристикой сталей данного типа является релаксационная стойкость.

Для обеспечения этих требований сталь должна иметь однород­ную структуру, которая обеспечивается хорошей закаливаемостью и сквозной пр††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††ям возрастает с уменьшением размера зерна и стали. К группе рессорно-пружинных сталей общего назначения относятся стали перлитного класса с содержанием углерода 0.5...0,7 %, которые для улучшения свойств (прокаливаемость, предел выносливости, релаксационная стойкость, мелкозернистая структура) дополнительно легируют кремнием (1,5...2,8 %), марганцем (0,6.,.1,2 %). хромом (0,2...I,2 %), ванадием (0,1...0,2 %), вольфрамом (0.8...1.2 %), никелем (1.4...1,7%).

Эксплуатационные свойства стальные детали приобретают после термической обработки, состоящей в закалке и среднем отпуске (350...520 °С) на троостит отпуска Применение находит также изотермическая закалка на нижний бейнит.

Сталь 40xФА обладает стойкостью к росту зерна, имеет высокие механические показатели. Для устранения склонности к обезуглероживанию нагрев под закалку следует проводить в контролируемой атмосфере. Примем первый вариант термической обработки: закалку и средний отпуск. По данным ГОСТ 4543-71 температура закалки для стали составляет 880 °С (Ас3 - 800 °С). В качестве охлаждающей среды выбираем масло. Последующий отпуск назна­чаем при температуре 650 °С (выше интервала температур необратимой отпускной хрупкости). Получаемая структура троостита отпуска (мелкодисперсная ферритоцементитная смесь) обеспечивает высокое сопротивление малой пластической деформации при HRC= 35...45. Указанный режим термический обработки обеспечивает получение следующих свойств (минимальные значения):

0.2 > 1100 MПa, b > 1300 МПа; > 14 % >43%.

НВ350 после отпуска при 600 °С (HRC =34).



Структурные превращения при термической обработке. Сталь 40xФА - сталь перлитного класса. Критические точки стали: Ас1 = 760 ± 10 °С, Ас3 = 800 ± 10 "С. Сталь подвергают полной закалке (см. рис. 3), при этом ее нагревают до образования однородной мелкозернистой аустенитной структуры (рис. 4).

Последующее охлаждение в масле со скоростью большей, чем кр (наименьшая скорость охлаждения, при которой аустенит превращается в мартенсит), обеспечивает получение мелкозернистого мартенсита.

Рассмотрим превращения, происходящие в стали 40xФА при нагреве исходной равновесной структуры Ф + Ц. На практике при обычных скоростях нагрева (электропечи) под закалку перлит сохраняет свое пластинчатое или зернистое строение до температуры Aс1 (760 "С для стали 40xФА). 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 два процесса: полиморфный переход

Fe->Fe и pacтворение цементита в аустените.

Представим общую схему превращения:

Образование зерен аустенита происходит с большей скоростью, чем растворение цементита, поэтому необходима выдержка стали при температуре закалки для полного растворения цементита и получения гомогенного аустенита.

Из рис. 5 видно, что фазовая перекристаллизация приводит к измельчению зерна в стали.

При этом, чей выше дисперсность структуры перлита (Ф + П) и скорость нагрева стали, тем больше возникает центров зарождения аустенита, а следовательно, возрастает дисперсность продуктов его распада. Увеличение же дисперсности продуктов распада аустенита приводит к увеличения пластичности, вязкости, уменьшению чувствительности к концентраторам напряжений. Изменения структуры стали при закалке в масло. При непрерывном охлаждении в стали с υ0 > υкр аустенит превращается в мартенсит. Мартенситное превращение развивается в сталях с высокой скоростью (~ I000...7000 м/с) в интервале температур Мн ... Мк. При этом необходимо учитывать, что с увеличением содержания углерода в стали температуры Мн и Мк понижаются (точки Мн и Мк изменяют свое положение на графике (см. рис. 6). Введение легирующих элементов также изменяет положение точек Мн и Мк . Например, введение кремния их повышает. В результате закалки стали 40xФА ее структура может иметь кроме мартенсита и неко­торое количество остаточного аустенита.

Полученный мартенсит представляет собой пересыщенный твердый раствор углерода в α-железе и имеет тетрагональную кристаллическую решетку. Атомы углерода занимают в основном октаэдрические поры.

Образование в результате закалки мартенсита приводит к большим остаточным напряжениям, повышению твердости, прочности, однако при этом возрастает склонность к хрупкому разрушению, что требует проведения дополнительно последующего отпуска.

Превращения в закаленной стали при средней отпуске (600 oС). Нагрев закаленной стали до температуры Aс1 принято называть отпуском. Отпуск должен обеспечить получение необходимых эксплуатационных свойств стали. Структура стали 40xФА после закалки состоит из мартенсита и остаточного аустенита.

Рассмотрим последовательность процессов при отпуске с повышением температуры. До 80 °С диффузионная подвижность мала и распад мартенсита идет медленно. Первое превращение при отпуске развивается в диапазоне 80... 200 "С и приводит к формированию структуры отпущенного мартенсита - смеси пересыщенного углеродом α-раствора и когерентных с ним частиц ε-кaрбида. В результате этого существенно уменьшаются степень тетрагональности мартенсита (часть углерода выделяется в виде метастабильного е-карбида), уиеньшается его удельный объем, снижаются остаточные напряжения.

Второе превращение при отпуске развивается в интервале температур 200...260 °С (300°С) и состоит из следующих этапов:

1) превращение остаточного аустенита в отпущенный мартенсит;

2) распад отпущенного мартенсита: степень его яересыщенности уменьшается до 0,15...О,2 %, начинается преобразование ε-карбида в Fе3C - цементит и его обособление, разрыв когерентности;

3) снижение остаточных напряжений;

4) некоторое увеличение объема, связанное с переходоы Аост->Мотл

Третье превращение при отпуске развивается в интервале 300......400 'С. При этом

заканчивается распад отпущенного мартенсита и процесс карбидообразования. Формируется

феррито-карбидная смесь, существенно снижаются остаточные напряжения; повышение

температуры отпуска выше 400 "С активизирует процесс коалесценции карбидов, что

приводит к уменьшению дисперсности феррито-цементитной смеси.

Структуру стали после низкого отпуска (до 250 "С) называют отпущенным артенситом, структуру стали после средного отпуска 350...500! *C - трооститом отпуска; после высокого отпуска 5ОО....600 °С сорбитом отпуска. В стали 40xФА после полной закалки в масле и среднего отпуска при 600 0С образуется структура троостита отпуска.







Сталь 40xФА. Основные данные.

1. ГОСТ 4543-71. Рессорно-пружинные стали.

2. Химический состав. %.

С

Si

Mn

Cr

Ni

Р

S

Cu

Ni

V

0,37-0,44

0.17-0.37

0,5-0,8

0,80-1,1

0,3

0,025

0,025

0,30

0,30

0,10-0,18


Случайные файлы

Файл
19195.rtf
30001.rtf
69843.rtf
71631-1.rtf
129564.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.