Готовые ДЗ варианты Остальные (4200)

Посмотреть архив целиком

МГТУ им. Н.Э. Баумана











Домашнее задание

по курсу

«Материаловедение»






студентка: Ярутина И.В.

группа: Э4-73





















Москва 2003 г.

Задание №4200

  1. Подберите легированную сталь для изготовления крупногабаритных колец шарикоподшипников, укажите оптимальный режим термической обработки в координатах температура-время.

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

  3. Приведите основные сведения о выбранной вами стали: ГОСТ, химический состав, требования в отношении чистоты и карбидной ликвации, влияние легирующих элементов и другое.



Отчет.

1. Для изготовления подшипников качения: шариков, роликов и колец, применяют легированные подшипниковые стали.

Особенности работы таких элементов заключаются в том, что усталостное выкрашивание на их рабочих поверхностях вызывается циклическими контактными напряжениями сжатия. В связи с этим высокая контактная выносливость может быть обеспечена лишь при высокой твердости поверхности, высокая твердость необходима также и для затруднения истирания контактных поверхностей при их проскальзывании.

Обычно подшипники качения работают при низких динамических нагрузках, что позволяет изготавливать их из сравнительно хрупких высокоуглеродистых сталей после закалки и низкого отпуска.

Для изготовления колец подшипников применяют недорогие технологические хромистые стали ШХ4, ШХ15, ШХ15СГ и ШХ20СГ, содержащие примерно 1% С (углерода).

В обозначении марок буква

Ш означает шарикоподшипниковую сталь,

Х наличие хрома, цифра - его массовую долю в процентах (0.4;0.5;1.5;2.0)

СГ легирование кремнием (до 0.85%) и марганцем (до 1.7%)

Прокаливаемость стали увеличивается по мере повышения концентрации Хрома. Сталь ШХ15 предназначена изготовления деталей подшипников поперечным сечением (10-20мм), более легированные стали ШХ15СГ и ШХ20СГ-для деталей прокаливающихся на большую глубину (свыше 30мм)

Т.к в задании нужно подобрать сталь для крупногабаритных колец шарикоподшипников, то выбираем сталь ШХ15СГ

Детали подшипников подвергают типичной для заэвтектоидных сталей термической обработке: неполной закалке и низкому отпуску.

Нагрев под закалку осуществляется в электрических печах с применением защитной атмосферы (рис. 1) или в соляных ваннах, содержащих цианистые соли; охлаждающей средой при закалке является масло при 30-60 до 80 ºС или 3-5%-ный раствор Na2CO3. Отпуск обычно при температуре 150-160 ºС, иногда 2-3 кратный, осуществляется в электрических печах с циркуляцией атмосферы (рис 2) или в селитровых печах-ваннах. С целью снижения остаточного аустенита применяется низкотемпературная обработка холодом.

Температура закалки для стали ШХ15СГ составляет 820 ºС (АС3 = 910 ºС)

В качестве охлаждающей среды выбираем масло. Последующий отпуск назначаем при температуре 160 ºС.

Режим термической обработки для стали ШХ15СГ выглядит так:

2. Структурные превращения при термообработке.

Сталь ШХ15СГ –это сталь с критическими точками:

Критическая точка

°С

Ac1

750

Ac3

910

Ar1

688

Mn

205


Эту сталь подвергают неполной закалке (рис. 3), последующее охлаждение в масле со скоростью большей чем Vкр (наименьшая скорость охлаждения, при которой аустенит превращается в мартенсит, для углеродистых сталей она составляет от 1400 до 400 ºС/сек), обеспечивает получение структуры, состоящей из мартенсита и цементита. Кристаллы цементита тверже кристаллов мартенсита, поэтому при неполной закалке заэвтектоидные стали имеют более высокую твердость, чем при полной.


При нагреве ШХ15СГ исходной равновесной структуры П + ЦII происходят следущие превращения: 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 погружении в масло:

При непрерывном охлаждении в масле с Vохл > Vкр с стали происходит превращение аустенита 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 (160 ºС).

Нагрев закалённых сталей до температур, не превышающих А1, называют отпуском. Структура стали ШХ15СГ после закалки состоит из мартенсита и остаточного аустенита.

Рассмотрим структурные превращения в стали при низком отпуске (160 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).

После низкого отпуска структуру стали называют отпущенным мартенситом. В стали ШХ15СГ после неполной закалки и низкого отпуска образуется структура мартенсита отпуска.


3. Основные данные.

Химический состав

Химический элемент

%

Кремний (Si)

0.40-0.65

Медь (Cu), не более

0.25

Марганец (Mn)

0.90-1.20

Никель (Ni), не более

0.30

Фосфор (P), не более

0.027

Хром (Cr)

1.30-1.65

Сера (S), не более

0.020

Заменитель


стали: ХВГ, ШХ15, 9ХС, ХВСГ.


Вид поставки


сортовой прокат, в т.ч. фасонный: ГОСТ 801-78, ГОСТ 2590-71, ГОСТ 2591-71. Калиброванный пруток ГОСТ 801-78, ГОСТ 7417-75. Шлифованный пруток и серебрянка ГОСТ 14955-77. Полоса ГОСТ 103-76.


Назначение


крупногабаритные кольца шарико- и роликоподшипников со стенками толщиной более 20-30 мм; шарики диаметром более 50 мм; ролики диаметром более 35 мм.


Прокаливаемость

 1.5

 3

 4.5

 6

 9

 12

 15

 27

 39

 51

 65-67,5

 65-67,5

 65-67,5

 65-67,5

 65-67,5

 62,5-67,5

 56-66,5

 36-54,5

 31-41,5

 27,5-37,5

Технологические свойства

Температура ковки

Начала 1150, конца 800. Сечения до 250 мм охлаждаются на воздухе, 251-350 мм - в яме.

Свариваемость

способ сварки КТС.

Обрабатываемость резанием

В горячекатаном состоянии при НВ 202 и B = 740 МПа K тв.спл. = 0.90, K б.ст. = 0.36.

Склонность к отпускной способности

склонна

Флокеночувствительность

чувствительна

Влияние легирующих добавок:

Г(Mn) – марганец:

Влияние на свойства аустенита: понижает все критические точки, сдвигает точку S влево, расширяет -область, увеличивает склонность к росту зерна, увеличивает прокаливаемость, замедляет превращения аустенита, уменьшает Vз.кр­, резко понижает точку МН (при 4% до 0С), резко увеличивает Аост. Влияние на прочие свойства: противодействует красноломкости при повышении в стали содержания серы, увеличивает износостойкость, особенно при высоком содержании углерода, повышает вр стали в равновесном состоянии, увеличивает склонность к отпускной хрупкости, в инструментальной стали содействует уменьшению деформации при закалке.






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.