Готовые ДЗ варианты Остальные (316Д)

Посмотреть архив целиком



Задание № 316 Д


Одним из методов поверхностного упрочнения стальных деталей является процесс химико-термической обработки – цементация.


  1. Подберите марку цементируемой стали для изготовления ролика, работающего на износ, обеспечив механические свойства сердцевины на образцах по ГОСТ σВ=800 МПа, σ0,2=650 МПа, δ=11 %. Укажите режим цементации и последующей термической обработки. Постройте график термической обработки в координатах температура-время.


  1. Опишите структурные превращения, протекающие при термической обработке в поверхностном слое и сердцевине стали. Укажите влияние легирующих элементов на свойства стали.


  1. Приведите основные сведения об этой стали: ГОСТ, хим. состав, применение, преимущества, недостатки и др.































Сталь: 12Х2Н4А



Вид поставки:


Сотовой прокат, в том числе фасонный: ГОСТ 4543-71, ГОСТ 2590-71, ГОСТ 2591-71, ГОСТ 2879-69. Калиброванный пруток ГОСТ 1051-73, ГОСТ 7417-75, ГОСТ 8559-75, ГОСТ 8560-78. Шлифованный пруток и серебрянка ГОСТ 14955-77. Полоса ГОСТ 103-76. Поковки и кованые заготовки ГОСТ 1133-71. Трубы ГОСТ 14-21-77.



Назначение:


Шестерни, валы, червяки, кулачковые муфты, поршневые пальцы и другие цементируемые детали, к которым предъявляются требования высокой прочности, пластичности и вязкости сердцевины и высокой поверхностной твердости, работающие под действием ударных нагрузок и при отрицательных температурах.



Химический состав: Температура критических точек:

Критическая точка

°С


Ac1

745


Ac3

800


Ar3

675


Ar1

625


Mn

438



Химический элемент

%


Кремний (Si)

0.17-0.37

Медь (Cu), не более

0.30

Марганец (Mn)

0.30-0.60

Никель (Ni)

3.25-3.65

Фосфор (P), не более

0.025

Хром (Cr)

1.25-1.65

Сера (S), не более

0.025






Режим цементации:


Цементацию проводим в газовом карбюризаторе – газовая цементация. При газовой цементации в качестве карбюризатора используют разбавленный природный газ, 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. Концентрация углеродного потенциала газовой смеси должна быть больше концентрации углерода на поверхности стали: будет происходить науглероживание.


Типичная структура цементованного слоя на поверхности стали после медленного охлаждения от температуры цементации:


Наружная часть слоя 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. 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 б мм (при больших контактных нагрузках на цементо­ванную поверхность). Структура после цементации получается крупнозернистой в связи с длительной выдержкой при температуре науглероживания. Длительность изотермической выдержки при цементации зависит от заданной толщины слоя и марки цементируемой стали. Процесс газовой цементации идет быстрее, так как не приходится на­гревать ящик с карбюризатором. Кроме того, этот процесс легко регулируется и автоматизируется.




Термическая обработка после цементации:


Для получения заданного комплекса механических свойств после цементации необходима дополнительная термическая обработка. В зависимости от условий работы, а также от выбранной для изготовления детали, режим упрочняющей термической обработки может отличаться. Для тяжело нагруженных трущихся деталей машин, испытывающих в условиях работы динамическое нагружение, в результате термической обработки нужно получить не только высокую поверхностную твердость, но и высокую прочность, а также высокую ударную вязкость. Для обеспечения указанных свойств необходимо мелкое зерно как на поверхности детали, так и в сердцевине. В таких ответственных случаях цементованные детали подвергают сложной термической обработке, состоящей из двух последовательно проводимых закалок и низкого отпуска.


При первой закалке деталь нагревают до температуры на 30 — 50 °С выше температуры Асз цементируемой стали. При таком нагреве во всем объеме детали образуется аустенит. Нагрев до температур, лишь немного превышающих Ас3, вызывает перекристаллизацию сердцевины детали с образованием мелкого аустенитного зерна, что обеспечит мелкозернистость продуктов распада. При температуре tз1 диффузионный слой переходит в аустенитное состояние, поэтому, чтобы предотвратить выделение цементита, проводят закалку.


При второй закалке деталь нагревают до tз2 превышением на 30-50°С температуры Ас1. В процессе нагрева мартенсит, полученный в результате первой закалки, отпускается, что сопровождается образованием глобулярных карбидов, которые в определенном количестве сохраняются после неполной закалки в поверхностной заэвтектоидной части слоя, увеличивая его твердость. Вторая закалка обеспечивает также мелкое зерно в науглероженном слое.


Окончательной операцией термической обработки является низкий отпуск при 160 - 200°С, уменьшающий остаточные напряжения и не снижающий твердость стали. После двойной закалки и низкого отпуска поверхностный слой приобретает структуру отпущенного мартенсита с включениями глобулярных карбидов. Структура сердцевины детали зависит от легированности стали. В зависимости от количества легирующих элементов сердцевина может приобрести структуру бейнита или низкоуглеродистого мартенсита. Из-за низкого содержания углерода будет обеспечена достаточно высокая ударная вязкость.




























Влияние легирующих элементов на процесс отпуска:


При легировании стали Сг, Мо, W, V, Со и Si затрудняется распад мартенсита: он завершается при нагреве до 450 — 500 °С; карбидообразующие элементы (Сг, Мо, W, V) уменьшают скорость диффузии углерода вследствие химического сродства с ним; Со и Si, не образующие карбидов в стали, а также большинство карбидообразующих элементов увеличи­вают силы межатомной связи в твердом растворе. Вследствие этого сталь приобретает повышенную сопротивляемость отпуску (теплостойкость). При тем­пературах до ~ 400 °С подвижность атомов легирующих элементов весьма мала, поэтому вместо специальных карбидов из мартенсита, так же как и в углеродистой стали, выделяется карбид железа, для образования ко­торого требуется лишь перемещение атомов углерода. При более высоких температурах становится возможным образование специальных карбидов: кристаллы цементита постепенно исчезают, а вместо них появляются бо­лее дисперсные специальные карбиды.


Многие легирующие элементы повышают температурный интервал распада остаточного аустенита до 400 —580 °С. В стали с большим коли­чеством карбидообразующих элементов изменяется и механизм распада: при температуре отпуска из аустенита выделяются специальные карбиды, легированность аустенита уменьшается, и он приобретает способность к превращению при охлаждении — по достижении температуры Мн начи­нается превращение аустенита в мартенсит.


Все карбидообразующие элементы замедляют коагуляцию карбидов; наиболее медленно коагулируют специальные карбиды типа Ме6С и МеС, их заметное укрупнение происходит при температуре, большей 550-600°С.


Список литературы:


  1. Материаловедение: Учебник для вузов/ Б. Н. Арзамасов и др. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2001. – 648с., ил

  2. www.steels.h1.ru

  3. Лекции по материаловедению: лектор С. А. Пахомова. (2003 – 2004 г.)

5








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.