Готовые ДЗ варианты Остальные (317А)

Посмотреть архив целиком

МГТУ им. Н.Э. Баумана











Домашнее задание

по курсу

«Материаловедение»






студентка: Захарова Е.Н.

группа: Э10-71


























Москва 2003 г.

Задание №317 А.

Для изготовления штампового инструмента для холодной обработки давлением, в зависимости от размера, формы, сложности, условий работы применяются простые углеродистые конструкционные и инструментальные стали.


  1. Подберите марку углеродистой инструментальной стали для изготовления небольшого обрезного штампа, объясните Ваш выбор. Укажите оптимальный режим термической обработки штампа на твердость 60 – 62 HRC , постройте график термообработки в координатах температура – время.

  2. Опишите структурные превращения, происходящие при термической обработке стали.

  3. Приведите основные сведения об этой стали: ГОСТ, химический состав, достоинства, недостатки, требования, предъявляемые к штамповому инструменту, какие другие марки стали можно использовать для изготовления этого штампа и др.







Отчёт.

Основные свойства, которыми должны обладать стали для штампов и других инструментов холодной обработки давлением, — высокие твердость, износостойкость, сочетающиеся с удовлетворительной вязкостью. При больших скоростях деформирования, вызывающих разогрев рабочей кромки инструментов до 450 ºС, от сталей требуется достаточная теплостойкость. В связи с разнообразием условий деформирования, формы и размеров штампов применяют различные стали. В зависимости от размеров штампа наиболее пригодны стали небольшой прокаливаемости, в которых легко обеспечивается получение твердого поверхностного слоя при сохранении вязкой сердцевины. Такими сталями являются углеродистые инструментальные стали: У10, У11, У12.

Основные особенности углеродистых сталей связаны с пониженной устойчивостью аустенита в перлитной и промежуточной областях, что обуславливает их низкую прокаливаемость и закаливаемость (рис.1).

С увеличением содержания углерода от 0,7% до 1,2% немного повышается его концентрация в аустените, что не изменяет устойчивости аустенита в перлитной области, однако повышает его устойчивость в промежуточной. В свою очередь это, мало изменяя толщину закалочного слоя, увеличивает твердость сердцевины, величина её более плавно изменяется по сечению.

Углеродистые стали поставляют после отжига на зернистый перлит. Стали У10, У11, У12 являются заэвтектоидными. Их подвергают неполной закалке и низкому отпуску (150-180 ºС) на структуру мартенсита с включениями цементита. Такие инструменты обладают повышенной износостойкостью и высокой твердостью (HRC 62-64) на рабочих гранях. Лучшую прочность имеют заэвтектоидные стали с содержанием углерода 1,0-1,2%, сохраняя мелкое зерно. Они также характеризуются большим сопротивлением повышению давления и меньшей чувствительностью к образованию трещин благодаря более плавному снижению твердости от закаленной поверхности к сердцевине.

Исходя из этого, для небольшого обрезного штампа выбираем сталь У10. Оптимальный режим термической обработки штампа на твердость 60 – 62 HRC: неполная закалка и низкий отпуск.

Температура закалки для стали У10 составляет 780 ºС (АС3 = 800 ºС). В качестве охлаждающей среды выбираем воду. Последующий отпуск назначаем при температуре 200 ºС.








рис.1.Диаграмма изотермического превращения аустенита заэвтектоидной стали. рис.2. Режим термической обработки стали У10.





Структурные превращения при термической обработке.

Сталь У10 – сталь перлитного класса. Критические точки стали: АС1 = 730 ºС,

АС3 = 800 ºС. Сталь подвергают неполной закалке (рис.3).Последующее охлаждение в воде со скоростью большей, чем Vкр (наименьшая скорость охлаждения, при которой аустенит превращается в мартенсит; для углеродистых сталей она составляет от 1400 до 400 ºС/с), обеспечивает получение структуры, состоящей из мартенсита и цементита. Кристалы цементита тверже кристаллов мартенсита, поэтому при неполной закалке заэвтектоидные стали имеют более высокую твердость, чем при полной. Для того чтобы переохладить аустенит таких сталей до температуры мартенситного превращения (МН = 210 ºС для стали У10), необходимо прибегать к очень резкому охлаждению, которое достигается погружением закаливаемых деталей в холодную воду или воду с добавлением соли или едкого натра.

рис.3. Схема проведения неполной закалки стали.


Рассмотрим превращения, происходящие в стали У10 при нагреве исходной равновесной структуры П + ЦII.При промышленных скоростях нагрева (электропечи) при закалке перлит вплоть до температуры АС1 сохраняет пластинчатое строение. При достижении температуры АС1 в стали начинается превращение перлита в аустенит. Кристаллы аустенита зарождаются преимущественно на межфазных поверхностях раздела перлита и цементита вторичного. После перехода перлита в аустенит в структуре сохраняются избыточная структурная составляющая – цементит. Дальнейший нагрев до температуры АС3 не целесообразен, т.к. при нагреве от АС1 до АС3 в заэвтектоидных сталях происходит растворение продуктов распада избыточного цементита в аустените, что приводит к снижению твердости.

Общая схема превращения:

П(Ф + Ц) + ЦII → Ф + Ц +А + ЦII → А + ЦII



Изменения структуры стали при закалке в воду.

При непрерывном охлаждении в стали с Vохл > Vкр аустенит превращается в мартенсит. Мартенситное превращение развивается в сталях с высокой скоростью в интервале температур МН… МК. Полученный мартенсит представляет собой пересыщенный раствор внедрения углерода в α-железе и имеет тетрагональную пространственную решетку.

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 низком отпуске (200 ºС).

Нагрев закалённых сталей до температур, не превышающих А1, называют отпуском. Структура стали У10 после закалки состоит из мартенсита и остаточного аустенита.

Рассмотрим структурные превращения в стали при низком отпуске (200 ºС).В этом интервале температур развиваются первое превращение ( диапазон изменения температуры 80…200 ºС)и первый этап второго. Из мартенсита выделяется часть углерода в виде метастабильного ε-карбида, имеющего гексагональную решетку и химический состав, близкий к Fe2C.В результате этого существенно уменьшаются степень тетрагональности мартенсита, его удельный объём, снижаются остаточные напряжения. Затем происходит превращение остаточного аустенита в отпущенный мартенсит.

В инструментальных сталях с высоким содержанием углерода эффект твердения вследствие выделения ε-карбида преобладает, поэтому твердость при отпуске до 100-120 ºС несколько увеличивается. Изменение твердости углеродистых сталей в интервале температур второго превращения в большой степени зависит от количества остаточного аустенита (рис.4).

рис.4. Изменение твердости закаленных углеродистых сталей при отпуске.


Структуру стали после низкого отпуска называют отпущенным мартенситом. В стали У10 после неполной закалки в воду и низкого отпуска образуется структура мартенсита отпуска.


Основные данные.

Сталь У10. Вид поставки: Сортовой прокат, в том числе фасонный: ГОСТ 1435-74, ГОСТ 2590-71, ГОСТ 2591-71, ГОСТ 2879-69. Калиброванный пруток ГОСТ 1435-74, ГОСТ 7417-75, ГОСТ 8559-75, ГОСТ 8560-78. Шлифованный пруток и серебрянка ГОСТ 1435-74, ГОСТ 14955-77. Лента ГОСТ 2283-79, ГОСТ 21997-76. Полоса ГОСТ 103-76, ГОСТ 4405-75. Поковки и кованые заготовки ГОСТ 1435-74, ГОСТ 4405-75, ГОСТ 1133-71.

Химический состав (в %).

Si

Cu

Mn

Ni

P

Cr

S

0.17-0.33

0.25

0.17-0.33

0.25

0.030

0.20

0.028


Применение: инструмент, работающий в условиях, не вызывающих разогрева режущей кромки: метчики ручные, рашпили, надфили, пилы для обработки древесины, матрицы для холодной штамповки, гладкие калибры, топоры.





Прокаливаемость.

Расстояние от торца, мм/HRC

1.5

3

6

9

15

35

48

62-67

46,5-54

 38-42,5

35-40

31-35,5

22-27,5

22


Технологические достоинства:

- низкая твердость (165-175 HB) и хорошая пластичность после отжига

- низкие температуры закалки (770-810 ºС), благодаря чему уменьшается обезуглероживание и окисление

- сохранение чистой поверхности при закалке вследствие охлаждении в воде.

Недостатки:

- низкая закаливаемость, применение закалки с охлаждением в воде, что приводит к усилению напряжений, деформаций и чувствительности к образованию трещин


Случайные файлы

Файл
8890.rtf
120465.doc
106706.rtf
задача 05.doc
31672.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.