Готовые ДЗ варианты Остальные (220А)

Посмотреть архив целиком

9



Московский ордена Ленина, ордена Октябрьской Революции

и ордена Трудового Красного Знамени

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

им. Н.Э. БАУМАНА

Факультет: Информатики и систем управления

Кафедра: Проектирование и технология производства электронной аппаратуры (ИУ 4)

______________________________________________________________________________

Домашнее задание


Задание 220A


По курсу: Материаловедение





Студент: Чермянин П.И. ИУ4-32

(фамилия, инициалы) (индекс группы)



Руководитель: Скибина Г.В..

(фамилия, инициалы)







Москва

2003


Задание


220А Штамповый инструмент


Для изготовления штампового инструмента, для ХОД в зависимости от размера, формы, сложности, условий работы – применяют углеродистые и легированные стали.


Укажите режим термической обработки штампа(на твердость 50-55 HRC), изготовленного из стали ШХ15 в координатах температура – время.


Опишите структурные превращения, протекающие при ее термической обработке.


Приведите основные сведения об этой стали :

ГОСТ, химический состав, область применения, достоинства, недостатки, требования применяемые к сталям ХОД, влияние хрома, другие марки сталей такого же типа, применение для штампов.


































Выбор оптимального режима термической обработки и построение графика термообработки. Описание структурных превращений, происходящих при термической обработке




Материалы, устойчивые к усталостному виду изнашивания предназначены для таких изделий массового производства, как подшипники качения и зубчатые колеса. Усталостное выкрашивание на их рабочих поверхностях вызывают циклические контактные напряжения сжатия. Они создают в поверхностном слое мягкое напряженное состояние, которое облегчает пластическое деформирование поверхностного слоя деталей, и как следствие, развитие в нем процессов усталости.

Подшипники качения работают, как правило, при низких динамических нагрузках, что позволяет изготовлять их из сравнительно хрупких высокоуглеродистых сталей после сквозной закалки и низкого отпуска. Для изготовления шариков, роликов и колец подшипников применяют недорогие технологичные хромистые стали ШХ4, ШХ15, ШХ15ГС и ШХ20ГС, содержащие 1%С(ГОСТ 801-78). В обозначении марок буква Ш означает подшипниковую сталь, Х – наличие хрома (для стали ШХ15 – 1,5%)

Прокаливаемость сталей увеличивается по мере повышения концентрации хрома. Сталь ШХ15 предназначена для изготовления деталей подшипников поперечным сеченим 10-20 мм.

Сталь поставляют после отжига со структурой мелкозернистого перлита (179-217 НВ) и повышенным требованием к качеству металла. В стали строго регламентированы карбидная неоднородность и загрязненность неметаллическими включениями, так как, выходя на рабочую поверхность, они служат концентраторами напряжений и способствуют более быстрому развитию усталостного выкрашивания.


Зернистый перлит получают путем нагрева сталей до температуры 750-770С и последующего медленного охлаждения. При нагреве до температуры лишь немного превышающей критическую в сталях сохраняются мелкие карбидные частицы, которые при охлаждении или изотермической выдержке выполняют роль центров кристаллизации сфероидального цементита.

После нормализации , так же как и после отжига, образуется ферритно-перлитная структура. Нормализация позволяет несколько уменьшить анизотропию свойств, вызванную наличием в горячедеформированной стали вытянутых неметаллических включений. Свойства нормализованных горячекатанных полуфабрикатов существенно зависят от сечения: чем меньше сечение , тем быстрее произойдет охлаждение на спокойном воздухе и тем выше будет прочность стали.

Так как сталь ШХ15 относится к заэвтектоидным сплавам, то следует проводить неполную закалку, при t порядка 820-840С. После закалки заэвтектоидная сталь приобретает структуру, состоящую из мартенсита и цементита. Кристаллы цементита имеют более высокую твердость, чем кристаллы мартенсита, поэтому при неполной закалке заэвтектоидные стали имеют более высокую твердость чем при полной. Так как сталь предварительно подвергалась сфероидизирующему отжигу, избыточные карбиды круглой формы не вызывают снижения вязкости.





Сталь должна иметь высокую прокаливаемость для получения мартенсита и максимальной твердости подшип­ников. Применительно к подшипниковым сталям под критическим рас­стоянием понимают не расстояние до полумартенситной зоны, а расстояние до зоны, начиная с которой твердость становится ниже HRC 60. Поэтому и температура закалки, и время нагрева под закалку, и продолжительность от­пуска должны быть в строго определенном интервале. При пониженных или повышенных температурах и времени выдержки прокаливаемость под­шипниковой стали понижается. Исходная структура, полученная в результате предварительной обработки, также оказывает большое влияние на прокаливаемость.

Отпуск, будем проводить при температуре порядка 350-380С. В результате из мартенсита выделяется весь пересыщающий углерод в виде карбидов, - мартенсит переходит в феррит. При такой, достаточно высокой температуре отпуска, в структуре стали обнаруживается только карбид цементитного типа. Оба эти процесса увеличивают плотность стали. Помимо основного-распада мартенсита, остаточный аустенит(если имеется), совершаются карбидное превращение и коагуляция карбидов, уменьшаются несовершенства кристаллического строения и остаточные напряжения.



T, C


Ас3, 900C


Закалка, 840C, масло




800

Изготовление заготовки,770C

Ас1, 724C





Отпуск, 350C





t, ч

















Основные сведения о стали ШХ15



Общие сведения


Заменитель

стали ШХ9, ШХ12, ШХ15СГ.

Вид поставки

сортовой прокат, в т. ч. фасонный: ГОСТ 801-78, ГОСТ 2590-71, ГОСТ 2591-71. Калиброванный пруток ГОСТ 7417-75. Шлифованный пруток и серебрянка: ГОСТ 14955-77. Полоса ГОСТ 103-76. Проволока ГОСТ 4727-83.

Назначение

Шарики диаметром до 150 мм, ролики диаметром до 23 мм, кольца подшипников с толщиной стенки до 14 мм, втулки плунжеров, плунжеры, нагнетательные клапаны, корпуса распылителей, ролики толкателей и другие детали, от которых требуется высокая твердость, износостойкость и контактная прочность.


Химический состав


Химический элемент

%

Кремний (Si)

0.17-0.37

Медь (Cu), не более

0.25

Марганец (Mn)

0.20-0.40

Никель (Ni), не более

0.30

Фосфор (P), не более

0.027

Хром (Cr)

1.30-1.65

Сера (S), не более

0.020


Механические свойства

Механические свойства

Термообработка, состояние поставки

Сечение, мм

0,2, МПа

B, МПа

5, %

, %

KCU, Дж/м2

HB

HRCэ

Отжиг 800 °С, печь до 730 °С, затем до 650 °С со скоростью 10-20 град/ч, воздух. 

 

370-410 

590-410 

15-25 

35-55 

44 

179-207 

 

Закалка 810 °С, вода до 200 °С, затем масло. Отпуск 150 °С, воздух. 

30-60 

1670 

1670 

 

 

 

62-65 









Механические свойства в зависимости от температуры отпуска





Механические свойства в зависимости от температуры испытания








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

Шлифуемость

хорошая.


Температура критических точек

Критическая точка

°С

Ac1

724

Ac3

900

Ar3

713

Ar1

700

Mn

210


Предел выносливости

-1, МПа

n

B, МПа

0,2, МПа

Термообработка, состояние стали

 333

 1Е+6

 

 

НВ 192. Отжиг. 

 804

 1Е+6

 

 

НВ 616. Закалка 830 С. Отпуск 150 С, масло. 

 652

 1Е+6

 2160

 1670

НВ 582-670 [87] 




Прокаливаемость

Закалка 850 °С.




Физические свойства


Температура испытания, °С

20 

100 

200 

300 

400 

500 

600 

700 

800 

900 

Модуль нормальной упругости, Е, ГПа

211 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Модуль упругости при сдвиге кручением G, ГПа

80 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Плотность, pn, кг/см3

7812 

7790 

7750 

7720 

7680 

7640 

 

 

 

 

Коэффициент теплопроводности Вт/(м ·°С)

 

 

40 

 

37 

32 

 

 

 

 

Уд. электросопротивление (p, НОм · м)

 

390 

470 

520 

 

 

 

 

 

 

Температура испытания, °С

20- 100 

20- 200 

20- 300 

20- 400 

20- 500 

20- 600 

20- 700 

20- 800 

20- 900 

20- 1000 

Коэффициент линейного расширения (a, 10-6 1/°С)

11.9 

15.1 

15.5 

15.6 

15.7 

 

 

 

 

 


Теплостойкость, красностойкость

Теплостойкость

Температура, °С

Время, ч

Твердость, HRCэ

 150-160

 1

 63



Из других сталей подобного типа можно выделить ШХ4, ШХ15ГС(легирование марганцем – до 1,7%, кремнием – до 0,85%). Основная разница между этими сталями - объясняется содержанием хрома(ШХ4 – 0,4%, и ШХ15 – 1,5%). Концентрация хрома влияет прежде всего на прокаливаемость сталей, что и объясняет их применение.

Так сталь ШХ4 используется для производства роликовых подшипников железнодорожного транспорта. Кольца из этой стали толщиной 14мм прокаливаются всего на 2-3мм, поэтому благодаря сохранению вязкой сердцевины, они могут работать при динамической нагрузке.

Для изготовления высокоскоростных подшипников применяются стали после электрошлакового переплава(к марке таких сталей добавлют букву Ш, например ШХ15-Ш), отличающихся наибольшей однородностью строения. Такие стали используются также для изготовления высокоточных приборных подшипников, детали которых тщательно полируют, для того, чтобы обеспечить минимальный коэффициент трения.



Сталь относится к недорогим высокоуглеродистым сталям. Материал с высокой твердостью и прочностью, слабо разупрочняется при нагреве – может работать при достаточно высоких температурах. Применяется в изделиях массового производства таких как подшипники качения, требующих большой контактной выносливости поверхности.

Недостатками являются: высокая хрупкость, пониженная обрабатываемость резанием, низкая устойчивость к динамическим нагрузкам, склонность к образованию флокенов, склонность к отпускной хрупкости.




















 

 Источники


1. Марочник сталей под редакцией Сорокина В.Г.

2. Арзамасов В.И. "Материаловедение" 2003 г.

3. Зябрев А.А., Мухин Г.Г. Выбор материала и технологии термической

обработки