Готовые ДЗ варианты Остальные (323)

Посмотреть архив целиком

Московский Государственный Технический Университет имени Н.Э. Баумана

Домашнее задание по курсу «Материаловедение»

323

Выполнил студент группы Э1-42

Пугачев Александр.


Преподаватель-консультант

Скибина Галина Владиславовна

Задание №323

Подберите сталь для изготовления стальных лопаток компрессионных машин, работающих при 150-200 С в условиях значителбных перегрузок.

  1. Укажите оптимальный режим термической обработки, обеспечивающий твердость 350-400HB. Постройте график термической обработки в координатах "температура - время".

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

  3. Приведите основные сведения об этой стали: ГОСТ, химический состав, свойства, область применения, достоинства, недостатки, влияние легирующих элементов.


Содержание:

Выбор стали. 2

Термообработка. 3

Структурные превращения при термической обработке 4

Превращения при нагреве. 4

Изменения структуры стали при закалке в масло 5

Превращения в закаленной стали при среднем отпуске (470°С). 5

Сталь 30ХГСА. Основные данные. 6

Список использованной литературы: 8



Отчет

Выбор стали.

Особенности работы деталей типа лопаток состоят в том, что в них используют в основном упругие свойства стали и не допускают возникновение пластической деформации при нагрузке (статичечкой, динамической), кроме того требуется обеспечить хорошую жесткость. В связи с этим стали должны иметь большое сопротивление малым пластическим деформациям (т.е. высокие пределы упругости и выносливости) при достаточном сопротивлении хрупкому разрушению.

Для обеспечения этих требований сталь должна иметь однородную структуру, которая обеспечивается хорошей закаливаемостью и сквозной прокаливаемостью (это не так актуально для заданной детали: сечения предполагаются небольшие). Известно, что сопротивление малым пластическим деформациям возрастает с уменьшением размера зерна в стали.

К группе высокопрочных сталей относятся стали с содержанием углерода 0,25...0,40%, которые для улучшения свойств (прочность, вязкость, прокаливаемость, предел выносливости мелкозернистая структура) дополнительно легируют кремнием (0,8...1,2%), марганцем (0,6..1,2%), хромом (0,8..5%), ванадием (0,1...0,2%), вольфрамом (0,8..1,2%), никелем (0,8..4,2%), молибденом (0,15…0,5%).

Эксплуатационные свойства стальные детали приобретают после термической обработки, состоящей в закалке и отпуске (рис. 1а). Применение находит также изотермическая закалка на нижний бейнит (рис. 16) и высокотемпературная термомеханическая обработка (ВТМО) (рис. 1в). В соответствии с заданием (лопатки, работающие при температурах до 200С) необходимо подобрать марку стали. В настоящее время применение для изготовления лопаток находят следующие стали: 18Х2Н4МА, 18Х2Н4ВА, 30ХГСА, 30ХГСНА. Выбираем сталь 30ХГСА, которая относится к широко используемым дешевым сталям для изготовления нагруженных деталей. Эта сталь обладает стойкостью к росту зерна, имеет высокие механические показатели. Для устранения склонности к отпускной хрупкости необходимо проводить быстрое охлаждение от температуры высокого отпуска.

Рис. I. Режимы термической обработки

а - двойная термическая обработка; б - изотермическая закалка на нижний бейнит в смеси с непревращенным аустенитом (НБ+А ); в- термомеханическая обработка


Термообработка.

Примем первый вариант термической обработки (см. рис. 1а): закалку и отпуск. Температура закалки для стали 30ХГСА составляет 880°С ( А3 - 830°С). В качестве охлаждающей среды выбираем масло. Учитывая заданную тверлдость НВ=350…400 (твердость троостита), последующий отпуск назначаем при температуре 470°С (между интервалами температур отпускной хрупкости). Получаемая структура троостита отпуска (среднедисперсная ферритоцементитная смесь, вообще, при такой температуре она больше похожа на троостит, а отпуск н

Рис. 2. Зависимость механических свойств стали 30ХГСА от температуры отпуска

а средний) обеспечивает высокое сопротивление малой пластической деформации при НB= 350-400 (рис.2), при этом 0,2 B0,8.

Указанный режим термической обработки (рис. 3) обеспечивает получение следующих свойств:

0,2>1140МПа; d>12%

>1220; >56%

HB375

Снижение температуры отпуска до 400С повышает В до 1420 МПа, 0,2-до 1320 МПа , при d=12, =56 HB=412.

П

Рис. 3. Режим термической обработки стали 30ХГСА


овышение
температуры отпуска до 500С понижает В до 1220 МПа, 0,2-до 1140 МПа , при d=15, =56 HB=362.

Структурные превращения при термической обработке

Критические точки стали АС1=76010°С, АС3=83010°С. Сталь подвергают полной закалке (см. рис. 3), при этом ее нагревают до образования однородной м
елкозернистой аустенитной структуры (рис. 4

Рис. 4. Схема проведения полной закалки стали

).

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

Превращения при нагреве.

Рассмотрим превращения, происходящие в стали 30ХГСА при нагреве исходной равновесной структуры Ф + Ц. При температуре АС1 в стали происходит превращение перлита в аустенит. Зерна аустенита зарождаются главным образом на границах фаз феррита и цементита. При этом параллельно развиваются два процесса: полиморфный переход Fe в Fe и растворение цементита в аустените. Общая схема превращения:

П(Ф+Ц) –> Ф+Ц+А –> А+Ц –> А(неоднородный)–> А(гомогенный)

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

П

Рис. 5. Схема структурных превращений в стали при нагреве


ри этом, чем выше дисперсность структуры перлита (Ф + Ц) и скорость нагрева стали, тем больше возникает центров зарождения аустенита, а следовательно, возрастает дисперсность продуктов его распада. Увеличение дисперсности продуктов распада аустенита приводит к увеличению пластичности, вязкости, уменьшению чувствительности к концентраторам напряжений,


Изменения структуры стали при закалке в масло

При непрерывном охлаждении в стали с vохл> vкр аустенит превращается в мартенсит. Мартенситное превращение развивается в сталях с высокой скоростью (1000...7000 м/с) в интервале температур Мн … Мк. При этом необходимо учитывать, что с увеличением содержания углерода в стали температуры Мн и Мк понижаются. Введение легирующих элементов также изменяет положение точек Мн и Мк.

Например, введение кремния их повышает. В результате закалки стали 30ХГСА ее структура может иметь кроме мартенсита и некоторое количество остаточного аустенита.

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

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

Превращения в закаленной стали при среднем отпуске (470°С).

Нагрев закаленной стали до температуры АС1 принято называть отпуском. Отпуск должен обеспечить получение необходимых эксплуатационных свойств стали. Структура стали 30ХГСА после закалки состоит из мартенсита и незначительного количества 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 происходит при температурах 80 – 250°С и приводит к формированию структуры отпущенного мартенсита — смеси пересыщенного углеродом -раствора и когерентных с ним частиц -карбида (гексагональная решетка, состав близок к Fe2C). В результате этого существенно уменьшаются степень тетрагональности мартенсита (часть углерода выделяется в виде метастабильного -карбида), уменьшается его удельный объем, снижаются остаточные напряжения.

Рис. 6. Влияние концентрации углерода С на температуру качала Мн и конца Мк мартенситного превращения




Второе превращение при отпуске развивается в интервале температур 250 —300°С и состоит из следующих этапов:

  1. превращение остаточного аустенита в смесь отпущенный мартенсита и дисперсных карбидов;

  2. распад отпущенного мартенсита: степень его пресыщенности уменьшается до 0,15...0,2%, начинается преобразование -карбида в Fe3C цементит и его обособление, разрыв когерентности;

  3. снижение остаточных напряжений;

Третье превращение при отпуске происходит в интервале 350...500°С. При этом заканчивается распад отпущенного мартенсита и процесс карбидообразования, что приводит к уменьшению размеров детали. Формируется феррито-карбидная смесь, уменьшается плотность дислокаций, существенно снижаются остаточные напряжения; повышение температуры отпуска выше 400°С активизирует процесс изменения формы и размеров карбидов (коагуляция: мелкие кристаллы распадаются, а крупные – увеличиваются; сфероидизация), что приводит к уменьшению дисперсности феррито-цементитной смеси (снимается фазовый наклеп).

Структуру стали после низкого отпуска (до 250°С) называют отпущенным мартенситом, структуру стали после среднего отпуска (350...500°С) - трооститом отпуска; после высокого отпуска (500...600°С) - сорбитом отпуска. После отпуска при температуре, близкой к 760°С, образуется грубая ферритно-карбидная смесь – зернистый перлит.


Случайные файлы

Файл
ref-20247.doc
22764.rtf
161546.rtf
42756.rtf
15264.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.