Готовые ДЗ варианты Остальные (_225А)

Посмотреть архив целиком

Московский Государственный Технический Университет

им. Н. Э. Баумана









Домашнее задание по курсу материаловедения.


Задание №225А










выполнил: студент группы Э10-42

Федяков А.В.



преподаватель: Смирнов А.Е.














Москва 2004

Задание 225А/изм. ин-т.

Для изготовления измерительного ин-та в зависимости от его размера, формы, сложности, точности, условий работы на практике применяют как углеродистые, так и легированные стали.

  1. Укажите оптимальный режим термической обработки калибра, изготавливаемого из стали 9ХС, объясните ваш выбор; постройте график термообработки в координатах температура-время.

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

  3. Приведите основные сведения об этой стали: ГОСТ, хим. состав, свойства, область применения, достоинства, недостатки, влияние легирующих элементов, требования, предъявляемые к измерительному инструменту, другие стали для изготовления измерительного инструмента и др.

















  1. Термообработка:

Основные свойства, которыми должны обладать стали этого назначения, - высокая износостойкость, постоянство размеров и формы в течение длительного срока службы. К дополнительным требованиям относят возможность получения низкой шероховатости поверхности и малой деформации при термической обработке.

Наиболее широко применяют заэвтектоидные низколегированные стали Х, ХВГ, 9ХС, обрабатываемые на высокую твердость (60-64 HRC) В отличие от режущих инструментов термическую обработку проводят таким образом, чтобы затруднить процесс старения, который происходит в закаленной стали и вызывает объемные изменения, недопустимые для измерительных инструментов. Причинами старения служат частичный распад мартенсита, превращение остаточного аустенита и релаксация остаточных напряжений, вызывающая пластическую деформацию. Для уменьшения количества остаточного аустенита закалку производят с более низкой температуры. Кроме того, инструменты высокой точности подвергают обработке холодом при -50…-800С. Отпуск производят при 120 -1400С в течении 24 – 48 часов. Более высокий нагрев не применяют из-за снижения износостойкости.

Сталь 9ХС является низколегированной сталью и по структуре относится к заэвтектоидным сталям перлитного класса. Их подвергают неполной закалке от температуры несколько выше точки А1 и низкому отпуску.



















Т Ас3 (870 оС)

А+ЦII 840-860оС АоднII

Ас1 (770 оС)


масло 170-200оС

МН0

воздух

неполная низкий

закалка МЗАКII отпуск МОТП + ЦII


Пзерн М +ЦIIОСТ t

МК0

М+ЦII -50..-800С

обработка холодом


2. Структурные превращения, происходящие в процессе термообработки стали.

2.1.Нормализация.

В заэвтектоидных сталях следует устранить сетку вторичного цементита.

Избыточный (вторичный) цементит находится в виде сетки, что является дефектом, поэтому перед отжигом предварительно проводят

нормализацию при температуре выше Ас3 для растворения сетки цементита с последующем охлаждении на воздухе.

Такая обработка вызывает измельчение цементита и разрыв сетки на границах зёрен, что облегчает сфероидизирующий отжиг.

2.2.Сфероидизующий отжиг.

Высокое содержание углерода обуславливает высокую твёрдость стали, что затрудняет её обработку резанием. Для снижения твёрдости сталь отжигают. Кроме того структура зернистого перлита, когда цементит перлита имеет округлую форму, является наилучшей перед закалкой –наименьшая твердость, меньше склонность к росту аустенитного зерна, шире допустимый интервал закалочных температур. Зернистый перлит получают путём нагрева до температуры немного выше Ас1 при которой сохраняются нераспавшиеся мелкие карбидные частицы и изотермической выдержки 4-6 часов при субкритичесокй температуре 650-680ºС при которой карбидные частицы выполняют роль центров кристаллизации цементита.

2.3.Неполная закалка.

Закалка используется для упрочнения. Прочность возрастает вследствие мартенситного превращения. Заэвтектоидные стали подвергаются неполной закалке. Оптимальная температура нагрева Ас1 + 30-50ºС.

Превращение перлита в аустенит. Превращение происходит при t >Ас1 C. Процесс диффузионный. Кристаллы аустенита зарождаются преимущественно на межфазных поверхностях раздела феррита с цементитом. Превращение состоит из 2 параллельно идущих процессов: полиморфного ά→γ превращения и растворения в Feγ углерода цементита. Полиморфное превращение идет с более высокой скоростью, поэтому по завершении его аустенит сохраняет неоднородность по углероду, для устранения которой требуется определенное время. Поскольку в каждой перлитной колонии зарождается несколько центров кристаллизации аустенита, превращение при температуре Ас1 сопровождается измельчением зерна стали. Этапы превращения:

I. Инкубационный период. П не изменяется.

II. Процесс превращения. П превращается в А. В структуре присутствуют и П, и А.

III. Образование устойчивой аустенитной структуры. С повышением температуры длительность фазы I уменьшается.

Превращение аустенита в мартенсит. Процесс бездиффузионный. Мартенситное превращение происходит при непрерывном охлаждении от МН<Т<МК. Каждому значению температуры соответствует строго определенное отношение А и М. С понижением температуры количество аустенита уменьшается, увеличивается количество мартенсита. Малейшая изотермическая выдержка в этом интервале температур приводит к стабилизации аустенита. Скорость образования мартенсита в несколько раз превышает скорость звука, этот процесс происходит практически мгновенно.

После закалки заэвтектоидная сталь приобретает структуру, состоящую из мартенсита и цементита. Кристаллы цементита твёрже кристаллов мартенсита, поэтому при неполной закалке заэвтектоидные стали имеют более высокую твёрдость, чем при полной закалке. Для получения мартенситной структуры необходимо переохладить аустенит до температуры мартенситного превращения, следовательно, скорость охлаждения должна превышать критическую скорость.

Для уменьшения коробления и растрескивания легированные стали закаливают в двух средах. После нагрева под закалку деталь погружается на определённое время в воду, в результате чего достигается быстрое прохождение температурного интервала минимальной устойчивости аустенита, а затем переносится в более мягкую охлаждающую среду – масло.

2.4.Обработка холодом.

Обработке холодом подвергаются закалённые легированные стали, для которых температура конца мартенситного превращения значительно ниже 20-25ºС. Вследствие этого, после охлаждения до этой температуры, наряду с мартенситом в структуре оказывается значительное количество остаточного аустенита. Остаточный аустенит понижает твёрдость закалённой стали и может вызвать нестабильность размеров готовых деталей, так как будучи нестабильной фазой, способен к распаду при низкой температуре с малой скоростью. Проводится охлаждение до температуры Мк0(-50…-800С), в процессе которого аустенит превращается в мартенсит.

2.5.Низкий отпуск.

Сочетание закалки с низким отпуском ведёт к получению более высокого уровня свойств (твёрдости, характеристик прочности и т.д.) по сравнению с отожжённым состоянием. Исходная структура – мартенсит закалки+цементит, температура отпуска tотп = 170–200° C. В результате отпуска – мартенсит отпуска и -карбиды.

При повышении температуры активизируется диффузия. Часть атомов углерода покидает кристаллы мартенсита, концентрируется в локальных областях, где образуется карбид железа (-карбид). Размеры этих карбидов очень небольшие. Результат низкого отпуска: уменьшение степени пресыщенности мартенсита и, как следствие, снижение внутреннего напряжения, немного снижается твердость и прочность. Мартенситная структура в целом сохраняется, снижается склонность стали к хрупкому разрушению.


  1. Другие стали для изготовления измерительного ин-та, ГОСТ, область применения

Заменитель

стали: ХВГ, ХВСГ.

Вид поставки

Сортовой прокат, в том числе фасонный: ГОСТ 5950-73, ГОСТ 2590-71, ГОСТ 2591-71. Калиброванный пруток ГОСТ 5950-73, ГОСТ 7417-75, ГОСТ 8559-75, ГОСТ 8560-78. Шлифованный пруток и серебрянка ГОСТ 5950-73, ГОСТ 14955-77. Поковки и кованые заготовки ГОСТ 5950-73, ГОСТ 1133-71.

Назначение

сверла, развертки, метчики, плашки, гребенки, фрезы, машинные штампели, клейма для холодных работ. Ответственные детали, материал которых должен обладать повышенной износостойкостью, усталостной прочностью при изгибе, кручении, контактном нагружении, а также упругими свойствами.


Хим.состав

Химический элемент

%

Ванадий (V), не более

0.15

Вольфрам (W), не более

0.20

Кремний (Si)

1.20-1.60

Марганец (Mn)

0.30-0.60

Медь (Cu), не более

0.30

Молибден (Mo), не более

0.20

Никель (Ni), не более

0.35

Сера (S), не более

0.030

Титан (Ti), не более

0.03

Углерод (C)

0.85-0.95

Фосфор (P), не более

0.030

Хром (Cr)

0.95-1.25


Физические св-ва

Температура испытания, °С

20  

Модуль нормальной упругости, Е, ГПа

190  

Модуль упругости при сдвиге кручением G, ГПа

79  

Плотность, pn, кг/м3

7830  

Уд. электросопротивление (ρ, нОм · м)

400  

Механические свойства

Термообработка, состояние поставки

Сечение, мм

0,2, МПа

B, МПа

, %

HRC

HB

Изотермический отжиг 790-810 °С. Температура изотермической выдержки 710 °С. 

 

295-390  

590-690  

50-60  

 

197-241  

Закалка 870 °С, масло. Отпуск 180-240 °С 

<40  

 

 

 

59-63  

 

Закалка 870 °С, масло. Отпуск 450-500 °С 

<30  

 

 

 

46-50  

 

Технологические свойства:

Температура ковки

Начала 11800С, конца 8000С. Охлаждение заготовок сечением до 200 мм в колодце.

Свариваемость

не применяется для сварных конструкций. Допустима КТС.

Обрабатываемость резанием

В горячекатаном состоянии при НВ 221 K тв.спл. = 0.90, K б.ст. = 0.50.

Склонность к отпускной хрупкости

склонна [88]

Флокеночувствительность

не чувствительна

Влияние легирующих элементов:

Сталь 9ХС относится к низколегированным сталям, и содержит до 5% легирующих элементов, которые вводят для увеличения закаливаемости, прокаливаемости, уменьшения деформаций и опасности растрескивания инструментов. Хром – постоянный элемент низколегированных сталей. Для улучшения свойств в них дополнительно вводят марганец, кремний, вольфрам. Марганец (0.30-0.60%) обеспечивает минимальное изменение размеров инструментов при закалке. Интенсивно снижая интервал температур мартенситного превращения, он способствует сохранению в структуре повышенного количества остаточного аустенита (15-20%), который частично или полностью компенсирует увеличение объема в результате образования мартенсита. Кремний (1.20-1.60%) несколько повышает сопротивление отпуску и способствует образованию легко отделяющейся окалины. Вольфрам (<0.2%) повышает износостойкость. Сера(<0.030%) образует сульфиды марганца, вытянутых в направлении прокатки. Кроме того, нарушая сплошность металла, они вместе с фосфором(<0.030%), повышают хрупкость феррита, облегчают отделение и измельчение стружки. Отсутствие налипания металла на инструмент способствует получению гладкой блестящей поверхности резания. Но вместе с тем повышенное количество серы и фосфора снижает качество стали.

Достоинства и недостатки, требования к измерительному инструменту:

Сталь 9ХС относят к сталям с глубокой прокаливаемостью. Сталь 9ХС в отличие от Х (1,5% Cr) имеет более высокую устойчивость к разупрочнению при отпуске(до 260 С), повышенные эксплуатационные свойства; ее применяют при изготовлении инструментов с поперечным сечением до 35 мм. Недостаток стали 9ХС – склонность к обезуглероживанию.



Список использованной литературы

  1. Материаловедение. Учебник для вузов под ред. Арзамасова Б.Н. 2-ое издание исправленное и дополненное. М.: Машиностроение, 1986. 384 с.

  2. Марочник сталей и сплавов, под ред. Сорокина В.Г. М.: Машиностроение, 1989 г. 640с.

  3. Конспект лекций по материаловедению.

  4. С сайтов:

http://www.bolshe.ru/unit/92/books/2456/s/

http://www.mexanik.ru/033/ind033.htm

10




Случайные файлы

Файл
157213.rtf
23365-1.rtf
183762.rtf
116353.rtf
160628.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.