Готовые ДЗ варианты Остальные (231 П)

Посмотреть архив целиком

МГТУ им. Н. Э. Баумана






















Домашнее задание по материаловедению.



















Группа РЛ 3-41

Падерин А.

Преподаватель: Ампилогов А. Ю.






Москва 2004

Задание № 231 П.


Для изготовления различных деталей машин и механизмов, от которых требуется высокий предел текучести (упругости) и выносливости при достаточной пластичности и вязкости (рессоры, пружины, различные амортизаторы и т. д.) применяют различные по составу углеродистые и легированные стали.

  1. Подберите марку легированной хромомаргонцевистой стали для изготовления рессоры для легкового автомобиля; объясните выбор; укажите режим термической обработки, постройте график термической обработки в координатах температура-время.

  2. Опишите структурные превращения, протекающие при ее обработке;

  3. Приведите основные сведения об этой стали: ГОСТ, химический состав, свойства, область применения, влияние легирующих элементов, требования, предъявляемые к рессорно-пружинным сталям.


Отчет.


Для изготовления упругих элементов общего назначения (в том числе и для изготовления рессоры для автомобиля) применяются легированные рессорно-пружинные стали.

Особенностью работы таких сталей является то, что при больших статистических, циклических или ударных нагрузках в них не допускается остаточная деформация. В связи с этим все пружинные сплавы кроме механических свойств, характерных для всех эксплуатационных материалов (прочности, пластичности, вязкости, выносливости) должны обладать высоким сопротивлением малым пластическим деформациям, то есть иметь высокий предел упругости в условиях кратковременного статического нагружения. При длительном статическом или циклическом нагружении важной характеристикой сталей данного типа является релаксационная стойкость.

Для обеспечения этих требований сталь должна иметь однородную структуру, так как деталь после закалки должна иметь структуру мартенсита по всему сечению. Также известно, что сопротивление малым пластическим деформациям возрастает с уменьшением зерна в стали.

К группе рессорно-пружинных сталей общего назначения относятся стали перлитного класса с содержанием углерода 0,5…0,7%, которые для улучшения свойств дополнительно легируют кремнием (1,5…2,8%), марганцем (0,6…1,2%), хромом (0,2…1,2%), ванадием (0,1…0,2%), вольфрамом (0,8…1,2%), никелем (1,4…1,7%).

Эксплуатационные свойства стали приобретают после термической обработки, состоящей в закалке и среднем отпуске (350…520С).

В соответствии с заданием необходимо подобрать марку хромомарганцевистой стали, К данному типу относится марка стали 50ХГФА. Эта сталь обладает теплостойкостью, повышенной вязкостью, минимальной чувствительностью к надрезу. Кроме того для данной марки стали возможен режим работы при температуре до 300С.

Примем следующий вариант термической обработки: закалку и средний отпуск.

Критические точки стали: АС1=752С; АС3=788С. При полной закалке сталь нагревают до однородной аустенитной мелкозернистой структуры. Последующее охлаждение в масле со скоростью V>Vкр обеспечивает получение мелкозернистой структуры мартенсита.


Структурные превращения в стали, протекающие при закалке:

Сталь 50ХГФА относится к сталям перлитного класса. При нагреве до температуры АС1 перлит сохраняет пластинчатое строение. При достижении температуры АС1 в стали начинается превращение перлита в аустенит. Кристаллы аустенита зарождаются на межфазных поверхностях раздела феррита с цементитом (рис. 2). Превращение состоит из двух параллельно идущих процессов: полиморфного α→γ-перехода и растворения в Feγ кристаллов цементита. Полиморфное превращение идет с более высокой скоростью, поэтому по завершении превращения аустенит сохраняет неоднородность по углероду, для устранения которой требуется выдержка стали при температуре закалки в течение определенного промежутка времени. Поскольку в каждой колонии зарождается несколько центров кристаллизации аустенита (причем чем больше скорость нагрева, тем больше центров зарождения), то превращения при температуре АС1 сопровождается измельчением зерна стали (рис. 1).

Рис. 1. Схема роста перлитных колоний.


Рис.2. Схема зарождения и роста кристаллов при температуре АС1.


Структурные превращения в стали при закалке в масло:

При непрерывном охлаждении со скоростью V>Vкр аустенит превращается в мартенсит. Однако в результате закалки наряду с мартенситом сталь будет содержать и некоторое количество аустенита (рис.3).

Образование после закалки мартенсита приводит к большим остаточным напряжениям и повышению твердости, для устранения чего требуется последующее проведение отпуска.

Рис. 3. Схема образования мартенситных пластин в одном аустенитном зерне.


Структурные превращения в закаленной стали при среднем отпуске (470С):

Первое превращение. Из мартенсита выделяется часть углерода в виде метастабильного ε-карбида. Кристаллы ε-карбида когерентны с решеткой мартенсита.

Второе превращение. Одновременно происходит несколько процессов: продолжается распад мартенсита, распадается остаточный аустенит и начинается карбидное превращение.

Третье превращение. Завершаются распад мартенсита и карбидное превращение. Из мартенсита выделяется весь пересыщающий углерод в виде карбидов.

Структуру стали после среднего отпуска называют трооститом отпуска.


Основные данные:


  1. ГОСТ 14959-79. Рессорно-пружинные стали;

  2. Назначение: тяжелонагруженные ответственные детали, к которым предъявляются требования высокой усталостной прочности, пружины, работающие при температуре до 300 °С и другие детали.

  3. Вид поставки: Сортовой прокат, в том числе фасонный: ГОСТ 14959-79, ГОСТ 2590-71, ГОСТ 2591-71, ГОСТ 2879-69, ГОСТ 7419.0-78 - ГОСТ 7419.8-78. Калиброванный пруток ГОСТ 7417-75, ГОСТ 8559-75, ГОСТ 8560-78. Шлифованный пруток и серебрянка ГОСТ 14955-77, ГОСТ 7419.0-78 - ГОСТ 7419.8-78. Лента ГОСТ 2283-79. Полоса ГОСТ 103-76, ГОСТ 4405-75. Поковки и кованые заготовки ГОСТ 1133-71, ГОСТ 8479-70.

  4. Заменитель: стали: 60С2А, 50ХФА, 9ХС.

  5. Химический состав: по ГОСТ 14959-79


Химический элемент

%

Ванадий (V)

0.10-0.20

Кремний (Si)

0.17-0.37

Медь (Cu), не более

0.20

Марганец (Mn)

0.50-0.80

Никель (Ni), не более

0.25

Фосфор (P), не более

0.025

Хром (Cr)

0.80-1.10

Сера (S), не более

0.025


Механические свойства

Термообработка, состояние поставки

Сечение, мм

0,2, МПа

B, МПа

5, %

KCU, Дж/м2

HB

HRCэ

Сталь категорий: 3,3А,3Б,3В,3Г,4,4А,4Б. Закалка 850 °С, масло, отпуск 470 °С. 

Образцы 

1080 

1270 

 

 

 

Поковки. Закалка. Отпуск 

100-300 

685 

835 

12 

49 

262-311 

 

Изотермическая закалка 870 °С, расплавленная соль 320-330 °С. Отпуск 330 °С, воздух. 

20 

1430 

1570 

60 

 

44-50 

Пружины. Закалка 840-860 °С. Отпуск 420-450 °С, воздух. 

15 

1270 

1470 

12 

 

 

44-49 

Полный отжиг 

 

420 

710 

16 

 

 

 

Изотермический отжиг 

 

350 

650 

20 

 

 

 

Сфероидизирующий отпуск 

 

350 

570 

22 

 

 

 


Физические свойства

Температура испытания, °С

20 

100 

200 

300 

400 

500 

600 

700 

800 

900 

Модуль нормальной упругости, Е, ГПа

218 

215 

210 

200 

188 

178 

160 

142 

132 

 

Модуль упругости при сдвиге кручением G, ГПа

85 

83 

81 

79 

73 

70 

62 

54 

50 

 

Плотность, pn, кг/см3

7800 

7780 

7750 

7720 

7680 

7650 

7610 

 

 

 

Коэффициент теплопроводности Вт/(м ·°С)

40 

39 

38 

37 

36 

33 

31 

29 

28 

 

Уд. электросопротивление (p, НОм · м)

320 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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 

12.9 

13.5 

14.0 

14.4 

14.6 

13.1 

 

 

Удельная теплоемкость (С, Дж/(кг · °С))

490 

505 

510 

530 

560 

520 

620 

700 




Случайные файлы

Файл
24786.doc
110311.rtf
165131.doc
doclad.doc
115357.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.