Готовые ДЗ варианты Остальные (18Х2Н4ВА)

Посмотреть архив целиком

Содержание

  1. Задание………………………………………………………………………

  2. Отчёт

1) Выбор режима предварительной термической обработки и азотирования…………………………………………………………….

2) Описание процесса азотирования, назначения процесса азотирования, преимущества и недостатки…………………………………………….

3) Описание структурного превращения происходящего при термической обработке и азотировании………………………………

4) Графики термообработки, влияние легирующих элементов на свойства стали…………………………………………………………

  1. Основные сведения о стали 18Х2Н4ВА …………………………………..

  2. Список литературы………………………………………………………….

Задание:

  1. Шестерня изготовлена из стали 18Х2Н4ВА. Укажите режим предварительной термической обработки и азотирования. Опишите процесс азотирования, укажите его назначение, преимущества и недостатки.

  2. Опишите структурные превращения, процесс при термической обработке и азотировании, постройте график термообработки, для этой стали в координатах температура-время. Укажите влияние легирующих элементов на свойства стали.

  3. Приведите основные сведения об этой стали: ГОСТ, химический состав, механические свойства, применение, недостатки и др.

    1. Выбор режима предварительной термической обработки и азотирования

Воспользовавшись «Марочником сталей»2 зададимся предварительным режимом термической обработки данной стали (18Х2Н4ВА). Режим выглядит следующим образом.

Проводим закалку при температуре 850-900 С в масле. Затем отпуск при температуре 600С . После проведения термообработки получаем твёрдость порядка 310 НB. Схема термообработки приведена на рисунке 1.

Рис. 1

Составы основных насыщающих сред и режимы
химико-термической обработки при азотировании

Состав насыщающей среды

Режим азотирования

Глубина слоя, (мм)

Т, °С

τ, ч

Азотирование изотермическое

1

Аммиак NH3 давление, Па: 192,4–721,5 степень диссоциации,
20–40 %

500–520

6–90

0,1–0,8

30–55

560–580

1–10

0,15–0,4

2

20  % NH3 + 80  % N2 (или N2 + H2)*1

500–520

6–90

0,1–0,8

Азотирование двухступенчатое

3

20  % NH3 степень диссоциации

20–40 %

500–520

15–20

0,5–0,8

40–45

540–560

25–40

0,5–0,8

Азотирование с добавками углеродсодержащих газов

4

Аммиак NH3 + 50 % эндогаза (40 % H2 + 20 % СО + 40 % N2)*2

570

0,5–3,0

 

5

Аммиак NH3 + 50 % эндо-экзогаза (20 % H2 + 20 % СО + 60 % N2)

 

6

Аммиак NH3 + 50 % экзогаз (10 % СО + 90 % N2) в отношении 1 к 2

 

7

58,6 % N2 + 17,9 % H2 + 14,3 % NH3 + 3,5 % СО + 2,2 % СО2 + 3,5 % Н2О

 

8

Аммиак NH3 + 50 % С2Н8 (пропана)*3

570

2–10

 

9

Продукты пиролиза керосина, спирта (50 %) + Аммиак NH3 (50 %)

570

1–6

 

Азотирование антикоррозийное *4

10

Аммиак NH3 давление, Па: 192,4–721,5, степень диссоциации, %: 40–60

600–700

0,25–10

0,02–0,08


*1 Процесс кратковременного азотирования при 570 °С — вместо жидкого азотирования. Разбавление аммиака азотом уменьшает хрупкость слоя.

*2 Применение эндогаза при температурах ниже 700 °С — взрывоопасно. Требуется принятие специальных защитных мер.

*3 Степень диссоциации аммиака — 30–60 %.

*4 Антикоррозийному азотированию подвергают изделия, изготовленные из углеродистых сталей, работающих в условиях атмосферной коррозии.

Процесс азотирования — весьма длительная операция. Так, при обычном азотировании стали 18Х2Н4ВА диффузионную зону толщиной около 0,35-0,4мм получают при 490–510°С, за 40–50 ч. Получаемая после азотирования твёрдость составляет порядка 750-850 НВ

По сравнению с цементованными азотированные слои легированных сталей имеют более высокие твердость и износостойкость. Однако азоти­рование используют реже, чем цементацию, из-за большей длительности процесса и меньшей толщины упрочненного слоя, что ограничивает кон­тактные нагрузки на поверхность детали.



    1. Описание процесса азотирования, назначения процесса азотирования, преимущества и недостатки


Азотированием называют процесс диффузионного насыщения азотом поверхностной зоны деталей. Азотирование применяют для повышения износостойкости и предела выносливости деталей машин (коленчатые ва­лы, гильзы цилиндров, червяки, валики, шестерни и др.)

До азотирования детали подвергают закалке, высокому отпуску (улучшению) и чистовой обработке. После азотирования детали шлифуют или полируют.

Обычное азотирование проводят при температуре 500 - 600 °С в му­фелях или контейнерах, через которые пропускается диссоциирующий аммиак, так же возможно проведения азотирования в тлеющем разряде.

Вероятно, что на стальной поверхности происходит реакция диссоци­ации аммиака с выделением ионов азота, которые адсорбируются поверх­ностью детали, а затем диффундируют вглубь.

При нагреве аммиака в изолированном объеме возможна лишь реак­ция с образованием молекулярного азота

2NH3 --> N2 + ЗН2

который не может диффундировать в сталь без ионизации.


3 Описание структурного превращения происходящего при термической обработке и азотировании


Формирование структуры азотированной зоны в углеродистых ста­лях происходит примерно так же, как при азотировании железа. Поэто­му, пользуясь диаграммой состояния Fe - N, можно предска­зать структуру азотированной зоны низкоуглеродистых сталей. По мере

насыщения железа азотом при температуре ниже 590 °С снача­ла образуется α-твердый раствор внедрения азота в железо, затем слой γ-Фазы с ГЦК решеткой и упорядоченным расположением атомов азота в центрах элементарных ячеек. Обычно процесс азотирования завершается образованием на поверхности слоя ε-фазы с ГП решеткой и упорядо­ченным расположением атомов в широком интервале концентраций азота.

При медленном охлаждении после азотирования вследствие пе­ременной растворимости азота в α- и ε- фазах про­исходит выделение вторичной γ||-фазы, и структура азотированной зоны от поверхности к сердцевине становится следующей:

ε + γ`||→ γ`→ α + γ`||→ α

При азотировании углеродистых сталей с увеличением содержания углерода уменьшается скорость диффузии азота и возможно образования карбонитридных фаз.

Азотированная сталь, имеющая на поверхности слой ε-фазы, коррозионностойка в воде и в атмосферных условиях. В системе Fe-N ε- и γ`-фазы имеют сравнительно невысокую твердость— соответственно 450 HV и 550 HV. Значительно большая твердость достигается при азотировании специально легированных сталей, которые содержат более активные нитридообразующие элементы: Сr, Mo, Al, V, Ti.

При азотировании структуры диффузионной зоны легированных и углеродистых сталей аналогичны. Однако легирование изменяет состав фаз и температурные границы их образования; при изотермической выдержке в процессе азотирования могут образовываться двухфазные слои в диффузионной зоне.

4) Графики термообработки, влияние легирующих элементов на свойства стали

Высокие твердость и износостойкость получаются после азотирования легированной стали 18Х2Н4ВА, содержащей, %: 0.16 - С; 1.4-Сr; 0.9-W, 0.3-Cu, 0.3-Si, 0.4-Mn, 4.2-Ni, 0.025-P, 0.025-S.

Влияние некоторых основных легирующих элементов на свойства сталей.

1. Никель. Никель образует твердые растворы внутри легированных сталей, повышается прочность стали, ее устойчивость к высоким температурам (никель – сильный аустенизатор).

2. Вольфрам и молибден. Вольфрам повышает твердость и прочность стали. Сильно карбидообразующий элемент. Основная цель введения- уменьшение склонности к отпускной хрупкости второго рода , улучшение свойств комплекснолегированных сталей в результате измельчения зерна, повышение стойкости к отпуску, увеличение прокаливаемости.

3. Марганец. Марганец способствует повышению твердости и прочности, обеспечивает высокую вязкость сталей но он делает структуру стали чувствительной к перегреву, поэтому для измельчения зерна вместе с марганцем вводят карбидообразующие элементы.

4. Кремний. Кремний – ферритизатор – повышает устойчивость феррита при высоких температурах.

5. Хром. Хром – растворяясь в феррите и цементите оказывает благоприятное влияние на механические свойства.


Основные сведения о стали 18Х2Н4ВА

Общие сведения

Заменитель

стали: 15Х2ГН2ТРА, 20Х2Н4А.

Вид поставки

Сотовой прокат, в том числе фасонный: ГОСТ 4543-71, ГОСТ 2590-71, ГОСТ 2591-71, ГОСТ 2879-69, ГОСТ 10702-78. Калиброванный пруток ГОСТ 10702-78, ГОСТ 4543-71, ГОСТ 7417-75, ГОСТ 8559-75, ГОСТ 8560-78, ГОСТ 1051-73. Шлифованный пруток и серебрянка ГОСТ 4543-71, ГОСТ 14955-77. Полоса ГОСТ 103-76. Поковки и кованые заготовки ГОСТ 4543-71, ГОСТ 1133-71, ГОСТ 8479-70 . Трубы ОСТ 14-21-77.

Назначение

В цементованном и уличшенном состоянии применяется для ответственных деталей, к которым предъявляются требования высокой прочности, вязкости и износостойкости, а также для деталей, подвергающихся высоким вибрационным и динамическим нагрузкам. Сталь может применяться при температуре от -70 до 450°С.

Химический состав

Химический элемент

%

Вольфрам (W)

0.80-1.20

Кремний (Si)

0.17-0.37

Медь (Cu), не более

0.30

Марганец (Mn)

0.25-0.55

Никель (Ni)

4.00-4.40

Фосфор (P), не более

0.025

Хром (Cr)

1.35-1.65

Сера (S), не более

0.025



Механические свойства

Механические свойства

Термообработка, состояние поставки

Сечение, мм

0,2, МПа

B, МПа

5, %

, %

KCU, Дж/м2

HB

HRCэ

Пруток. Закалка 950 °С, воздух. Закалка 860 °С, воздух. Отпуск: 200 °С, воздух или масло

15

835

1130

12

50

98



Пруток. Закалка 950 °С, воздух. Закалка 860 °С, воздух. Отпуск: 550 °С, воздух или масло

15

785

1030

12

50

118



Поковки. Закалка. Отпуск.

КП 685

300-500

685

835

11

33

39

262-311


КП 735

100-300

735

880

12

35

49

277-321


КП 785

<100

785

930

12

40

59

293-331


Отжиг 890-910 °С, охлаждение с печью

300

390

620

10

25


265


Нормализация 920-980 °С, воздух. Отпуск 630-680 °С, воздух.


590

780


60


197-269


Цементация 920-950 °С. Нормализация 900-950 °С, воздух. Закалка 900-950 °С, масло. Отпуск (двойной) 630-650 °С, воздух.

80

1270

1370

12


88

321-400

57

Механические свойства при повышенных температурах

t испытания, °C

0,2, МПа

B, МПа

5, %

, %

KCU, Дж/м2

Закалка 880 °С, масло. Отпуск 560 °С

20

1090

1240

12

61

127

200

1060

1190

12

60

137

300

1050

1200

114

64

118

400

960

1060

14

69

108

500

810

880

14

70

98

550

710

750

16

73

108

Образец диаметром 6 мм, длиной 30 мм, прокатанный. Скорость деформирования 16 мм/мин. Скорость деформации 0,009 1/с.

700

225

265

31

69


800

73

130

35

34


900

55

79

22

23


1000

41

55

31

36


1100

24

36

63

100


1200

20

25

46

100






Механические свойства в зависимости от температуры отпуска

t отпуска, °С

0,2, МПа

B, МПа

5, %

, %

KCU, Дж/м2

Закалка 850 °С, масло.

200

1170

1470

12

64

114

300

1140

1390

12

64

98

400

1040

1280

12

63

86

500

950

1180

13

66

92

600

710

940

19

73

183

Механические свойства в зависимости от сечения

Термообработка, состояние поставки

Сечение, мм

0,2, МПа

B, МПа

5, %

, %

KCU, Дж/м2

HRCэ

Закалка 860 °С, масло. Отпуск 200 °С

Место вырезки образца - центр

40

1070

1300

14

69

150

43

Место вырезки образца - центр

60

1110

1250

15

62

140

41

Место вырезки образца - 1/2R

80

1130

1250

12

54

170

42

Место вырезки образца - 1/2R

100

1100

1230

15

63

160

40

Место вырезки образца - 1/3R

120

1090

1220

13

60

160

41

Закалка 860 °С, вода. Отпуск 200 °С

Место вырезки образца - центр

40

1220

1420

13

66

110

45

Место вырезки образца - центр

60

1280

1420

13

61

120

45

Место вырезки образца - 1/2R

80

1250

1390

12

45

150

45

Место вырезки образца - 1/2R

100

1210

1360

13

57

130

44

Место вырезки образца - 1/3R

120

1240

1340

12

42

140

41

Технологические свойства

Температура ковки

Начала 1200, конца 800. Охлаждение медленное до 150 С с последующим высоким отпуском не позднее 4-6 ч.

Свариваемость

трудносвариваемая. Способы сварки: РДС, АДС под флюсом, ЭШС. Необходимы подогрев и последующая термообработка.

Обрабатываемость резанием

при НВ 156-207 K тв.спл. = 0.8, K б.ст. = 0.7 [51].

Склонность к отпускной способности

не склонна

Флокеночувствительность

чувствительна


Температура критических точек

Критическая точка

°С

Ac1

700

Ac3

810

Ar3

400

Ar1

350

Mn

336


Предел выносливости

-1, МПа

-1, МПа

n

B, МПа

0,2, МПа

Термообработка, состояние стали

540


5Е+6

1360


Закалка 850 С, масло. Отпуск 180 С.

475


5Е+6

1220


Закалка 850 С, масло. Отпуск 400 С.

540

228

5Е+6

1270



470

226

5Е+6

910



696



1230

1110

НВ 383

774



1300

1180

НВ 404


Прокаливаемость

Расстояние от торца, мм / HRC э


 1.5

 9

 11

 15

 20

 25

 30

 40

 50


 40.5-48.5

 40.5-48.5

 39.5-47.5

 39.5-47.5

 38.5-46.5

 37.5-46.5

 36.5-45.5

 35-45.5

 32-44.5























Температура испытания, °С

20

100

200

300

400

500

600

700

800

900

Модуль нормальной упругости, Е, ГПа

200

165

141


139






Плотность, pn, кг/см3

7950

7930

7900

7860

7830

7800

7760




Коэффициент теплопроводности Вт/(м ·°С)


36

36

35

35

34

33

32

30


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)

11.7

12.2

12.7

13.1

13.5

13.9







Физические свойства


Список литературы:


  1. «Материаловедение. Учебник для технических ВУЗов», М.:

Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2001 г., 648 с., ил.


  1. В.Г. Сорокин, А.В. Волосникова, С.А. Вяткин, и др.:

«Марочник сталей и сплавов», М.: Машиностроение, 1989 г., 640с.




5








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.