Готовые ДЗ варианты Остальные (206А)

Посмотреть архив целиком

Московский Государственный Технический Университет им. Н. Э. Баумана



















Домашнее задание

по предмету

Материаловедение

вариант 206А

















выполил:

студент группы ИУ 3-32

Абакин А. В.

проверила:

Сафонова Е. А.









2001г.

Задание



Для изготовления интсрумента для горячей обработки давлением в зависимости от размера, формы, условий работы применяют чаще всего низко- и среднелегированные стали:

  1. Подберите марку стали для изготовления штампа горизонтально-ковочных машин, работающих в крайне тяжелых условиях, объясните Ваш выбор, укажите режим термической обработки стали, постройте график термообработки в координатах температура-время.

  2. Опишите структурные превращения, протекающие при её термической обработке

  3. Приведите основные сведения об этой стали: ГОСТ, химическии состав, применение, преимущества, недостатки, требования, предъявляемые к сталям для горячей деформации, влияние легирующих элементов, другие марки сталей, которые можно применить для изготовления этого инструмента и др.

Для сталей, предназначенных для изготовления штампов горизонтально-ковочных машин, наиболее важные свойства – теплостойкость и разгаростойкость. Исходя из этих требований работы в тяжелых условиях, наиболее подходящей является комплексно-легированная сталь марки 3Х2В8Ф.

Режим термической обработки стали

Закалка стали при температуре 1140 °Сс последующим охлаждением в масле.

Закалка – термическая обработка, в результате которой в сплаве образуется неравновесная структура. Конструкционные и инструментальные стали закаливают для упрочнения.

После закалки на мартенсит и высокого отпуска свойства легированных сталей определяются концентрацией углерода в мартенсите. Чем она выше, тем больше твердость и прочность, ниже ударная вязкость. Легированные элементы влияют на механические свойства косвенно, увеличивая или уменьшая концентрацию углерода в мартенсите. Карбидообразующие элементы (Cr, Mo, W,V) увеличивают прочность связи атомов углерода с атомами твердого раствора, снижают термодинамическую активность (подвижность) атомов углерода, способствуют увеличению его концентрации в мартенсите, т.е. упрочнению. Таким образом, задача закалки — получение структуры мартенсита с максимальным процентным содержанием углерода.

Рассмотрим закалку стали марки 3Х2В8Ф:

Критические температуры для 3Х2В8Ф:

Ас3(сm)=850С

Ас1=800С

Аr3(rсm)=750С

Аr1=690С

Мн=380С

Для стали критическая температура Ас3(cm) = 850С, а закалку, для повышения теплостойкости (способности стали сохранять высокую твердость при нагреве до 500 - 600С), производят при 1140С, таким образом происходит полная закалка.

Нагрев

При нагреве из исходной равновесной структуры Ф+Ц до температуры 800С структура сплава остается постоянной – перлит. Как только пройдена точка Ас1 на границах фаз феррита и цементита начинает зарождаться аустенит, что сопровождается измельчением зерна стали. При дальнейшем нагреве до 850С(Ас3(сm)) происходит растворение продуктов распада избыточного цементита в аустените. Нагрев свыше 850С приводит к дальнейшему росту зерен аустенита – происходит процесс собирательной рекристаллизации. Таким образом получается однофазная структура – аустенит.

Выдержка при заданной температуре:

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

Закалка в масле:

При непрерывном охлаждении в стали с υохлкр аустенит превращается в мартенситю Мартенситное превращение развивается в сталях с высокой скоростью (~1000...7000 м/с) в интервале температур Мн ... Мк . При этом необходимо учитывать, что с увеличение содержания углерода в стали температуры Мн и Мк понижаются. Введение легирующих элементов также изменяет положение этих точек.В результате закалки стали 3Х2В8Ф ее структура может иметь, кроме мартенсита и некоторое количество остаточного аустенита.

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

Закаленная сталь имеет достаточно высокую твердость, но очень хрупка. Кроме того, в ней сохраняются остаточные внутренние напряжения, которые могут вызвать деформацию изделия и образование трещин. Свойства такой стали нестабильны и меняются со временем. Поэтому закалённая сталь подвергается отпуску.

Превращения закаленной стали при высоком отпуске

Сталь марки 3Х2В8Ф подвергают отпуску при 650С на структуру троостита отпуска и повышенную твердость HRC 45-50.

Нагрев закаленной стали ниже температуры Ас1 принято называть отпуском. Отпуск должен обеспечить получение необходимых эксплутационных свойств стали.

Рассмотрим последовательность процессов при отпуске с повышением температуры. До 80С диффузионная подвижность мала и распад мартенсита идет медленно. Полное превращение при отпуске развивается в диапазоне 80...200С и приводит к формированию структуры отпущенного мартенсита – смеси, пересыщенного углеродом α-раствора и когерентны с ним частиц ε-карбида. В результате этого существенно уменьшается степень тетрагональности мартенсита (часть углерода выделяестся в виде метастабильного ε-карбида), уменьшается его удельный объем, снижаются остаточные напряжения.

Второе превращение при отпуске развивается в интервале температур 200...260С(300С) и состоит из следующих этапов:

  1. Превращение остаточного аустенита в отпущенный мартенсит;

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

  3. снижение остаточных напряжений;

  4. некоторое увеличение объема, связанное с переходом Аост=>Мотп.

Третье превращение при отпуске развивается в интервале 300...400С. При этом заканчивается распад отпущенного мартенсита и процесс карбидообразования. Формируется ферритно-карбидная смесь, существенно снижаются остаточные напряжения. Повышение температуры отпуска выше 400С активизирует процесс коалесценции карбидов, что приводит к уменьшению дисперсности ферритно-цементной смеси.

При легировании стали Cr,W,V и Si затрудняется распад мартенсита: он завершается при нагревах до температуры 450-500С. Карбдообразующие элементы (Cr,W,V) уменьшают скорость диффузии углерода вследствии химического сродства с ним. Кремний, не образующий карбидов в сталях увеличивает силы межатомной связи в твердом растворе. Вследствие этого сталь приобретает повышенную теплостойкость

В стали марки 3Х2В8Ф после полной закалки и среднего отпуска при 650С образуется структура троостита отпуска.

Сталь 3Х2В8Ф. Основные данные.

ГОСТ 5950 – 73. Инструментальные стали.

Химический состав

С (углерод) — 0,30–0,40%

Si (кремний) — 0,15-0,40 %

Mn (марганец) — 0,15-0,40 %

Cr (хром) — 2,20-2,70 %

W(вольфрам) – 7,50 – 8,50

V (ванадий) — 0,20-0,50 %

S (сера) — (не более) 0,030 %

P (фосфор) — (не более) 0,030 %

Ni (никель) — (не более) 0,35 %

Cu (медь) — (не более) 0,030 %

Mo (молибден) — (не более) 0,050 %

Применение:

Тяжелонагруженный пресовый инструмент (мелкие вставки окончательного штампового ручья, матрицы и пуансоны для выдавливания и т.д.) при горячем деформировании легированных конструкциооных сталей и жаропрочных сплавов, пресс-формы литья под давлением медных сплавов.

Технологические свойства

Температура ковки — начала: 1200С, конца: 900С. Охлаждение до 700С на воздухе, далее в песке.

Свариваемость — не применяют для сварных конструкций.

Обрабатываемость резанием — в горячекатаном состоянии при НВ 200 – 220.

Склонность к опускной хрупкости — склона.

Флокеночувствительность — чувствительна.

Твердость — 45-50 HCR (в зависимости от температуры отпуска)

Вязкость — 20 Дж/см3 (в зависимости от температуры отпуска)

в = 1530 МПа (в зависимости от температуры отпуска)

0,2 = 1390 МПа (в зависимости от сечения)

= 36 % (в зависимости от температуры отпуска)

Достоинства и недостатки

  1. Высокая теплостойкость

  2. Повышенная вязкость

  3. Повышенная твердость

  4. Отностительно низкая износостойкость при нагреве



Марки стали того же назначения

4X5В2ФС, 4X2В2МФС, 5X3В3МФС

Использованная литература

  • Краткий справочник по машиностроительным материалам” (1963) под общей редакцией В. М. Раскатова

  • Конструкционные материалы” (1990) под общей редакцией Б. Н. Арзамасова

  • Материаловедение” (1986) под общей редакцией Б. Н. Арзамасова

  • Учебное пособие “Выбор материала и технологии термической обработки” (1999) Г. Г. Мухин, М. С. Павлов, Р. С. Фахуртдинов.










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.