Готовые ДЗ варианты П-хх (П-14)

Посмотреть архив целиком

Московский Государственный Технический Университет

Им. Н.Э. Баумана















Домашнее задание

по материаловедению:








П-14









Выполнил: Петренко А.Г.

Группа: МТ2-51















П-14

Для изготовления рессор и пружин подвески автомобилей в тракторостроении широко используются легированные стали 50ХГА, 55ХГР, 60С2А, 60С2ГФ и др.

  1. Укажите и обоснуйте режим термической обработки рессор легковых автомобилей, изготовленных из стали марки 55ХГР, обеспечивающий σ0,2≥1400 МПа, δ≥8%. Постройте график термообработки в координатах температура-время с указанием: критических точек стали, температуры нагрева, времени выдержки, среды охлаждения.

  2. Опишите структурные превращения, происходящие в стали на всех стадиях термической обработки.

  3. Приведите основные сведения об этой стали: химический состав по ГОСТу, область применения, требования, предъявляемые этому виду изделий, механические свойства после выбранного режима термической обработки, технологические свойства, влияние легирующих элементов, достоинства и недостатки и др.

Отчет

Для изготовления упругих элементов, в том числе рессор, применяются легированные рессорно-пружинные стали. Пружины, рессоры машин и упругие элементы приборов характеризуются многообразием форм, размеров, различными условиями работы. Особенность их работы состоит в том, что при больших статических, циклических и ударных нагрузках в них не допускается остаточная деформация. В связи с этим пружинные сплавы кроме механических свойств, характерных для конструкционных материалов (прочности, пластичности, вязкости разрушения, выносливости), должны обладать высоким сопротивлением малым пластическим деформациям.

Стали поступают в виде проволоки и ленты, а также горяче- и холоднокатаного проката или катанки, из которых изготовляют пружины. Стали для пружин (ГОСТ 14959-79) должны обладать высокими сопротивлением малым пластическим деформациям (σ0,005, σ0,2), пределом выносливости (σ-1) и релаксационной стойкостью при достаточной пластичности и вязкости.

Для получения этих свойств стали должны содержать более 0,5% С и быть подвергнуты термической обработке — закалке и отпуску или деформационному упрочнению после патентирования.

Путем легирования можно повысить температуру отпуска (выше интервала развития необратимой отпускной хрупкости), что позволяет наряду с высоким сопротивлением малым пластическим деформациям получить хорошие пластичность и вязкость.

Стали должны обладать хорошей закаливаемостью и прокаливаемостью. После закалки мартенситная структура должна быть по всему объему. Присутствие после закалки немартенситных продуктов превращения аустенита (бейнита, ферритно-карбидной структуры, феррита), а также остаточного аустенита ухудшает все пружинные свойства. Чем мельче зерно, тем выше сопротивление стали малым пластическим деформациям. Наличие обезуглероженного слоя на готовых пружинах резко снижает пределы упругости и выносливости.

Более часто для изготовления пружин и рессор используют легированные стали, содержащие 1,5-2,8% Si; 0,6-1,2% Mn; 0,2-1,2% Cr; 0,1-0,25% V; 0,8-1,2% W и 1,4-1,7% Ni. Эти элементы обеспечивают необходимую закаливаемость и прокаливаемость, повышают релаксационную стойкость сталей и предел упругости.

В машиностроении кроме пружинных сталей общего назначения широко применяются пружинные стали и сплавы специального назначения. Кроме высоких механических свойств и сопротивления релаксаций напряжений они должны обладать хорошей коррозионной стойкостью, немагнитностью, теплостойкостью и другими особыми свойствами. К этим сталям относятся высоколегированные мартенситные (высокохромистые коррозионно-стойкие стали), мартенситно стареющие, аустенитные (коррозионно-стойкие, немагнитные и жаропрочные) стали и др.


В соответствии с заданием необходимо подобрать режим термической обработки рессор легковых автомобилей, изготовленных из стали марки 55ХГР, обеспечивающий σ0,2≥1400 МПа, δ≥8%. Этих свойств можно достичь, применив термическую обработку, состоящую в закалке и среднем отпуске (tотп=350…520°С). По данным ГОСТ 14959-79, температура закалки для стали составляет 830°С (АС3=790°С). В качестве охлаждаемой среды используется масло. Последующих отпуск назначаем при температуре 450°С.


Закалка – термическая обработка, в результате которой в сплавах образуется неравновесная структура. Для этого сплав нагревают выше температуры фазового превращения в твердом состоянии, после чего быстро охлаждают, чтобы предотвратить равновесное превращение при охлаждении.

Отпуском называют нагрев закаленных сталей до температур, не превышающих А1

Зависимость механических свойств пружинной стали от температуры.


Получаемая структура троостита отпуска обеспечивает высокое сопротивление малой пластической деформации при HRC=35…45, при этом σ0,2в>0,85.

Указанный режим термической обработки обеспечивает получение следующих свойств (минимальные значения):

σ0,2>1420 МПа; δ>9%

σв>1570 МПа; ψ>41%

HRC ≈ 45


Структурные превращения при термической обработке

Сталь 55ХГР — доэвтектоидная сталь. Критические точки стали: АС1=750±10°С; АС3=790±10°С. Сталь подвергают полной закалке, при этом её нагревают до образования однородной мелкозернистой аустенитной структуры.

Последующее охлаждение в масле со скоростью большей, чем Vкр (наименьшая скорость охлаждения, при которой аустенит превращается в мартенсит), обеспечивает получение мелкозернистого мартенсита.

Рассмотрим превращения, происходящие в стали 55ХГР при нагреве исходной равновесной структуры Ф+Ц. На практике, при обычных скоростях нагрева под закалку перлит сохраняет своё пластинчатое или зернистое строение до температуры АС1 (750°С для стали 55ХГР). При температуре АС1 в стали происходит превращение перлита в аустенит. Зерна аустенита зарождаются в основном на границах фаз феррита и цементита. При этом параллельно развиваются 2 процесса:

  1. полиморфный переход Feα-›Feγ

  2. растворение цементита в аустените

Схема превращения:

П(Ф+Ц)|АС1-›Ф+Ц+А-›А+Ц-›Анеоднородный-›Агомогенный

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

Фазовая перекристаллизация приводит к измельчению зерна в стали. При этом, чем дисперснее структура перлита (Ф+Ц) и чем выше скорость нагрева стали, тем больше центров зарождения аустенита, и, следовательно, возрастает дисперсность продуктов его распада. Увеличение же дисперсности продуктов распада аустенита приводит к увеличению пластичности, вязкости, уменьшению чувствительности к концентраторам напряжений.

Далее следует закалка в масле. При непрерывном охлаждении в стали с Vохл>Vкр аустенит превращается в мартенсит. Мартенситное превращение развивается в сталях с высокой скоростью. При этом необходимо учитывать, что с увеличением % С точки Мн и Мк понижаются. В результате закалки стали 55ХГР структура может иметь кроме мартенсита и некоторое количество остаточного аустенита. Полученный мартенсит представляет собой пересыщенный твёрдый раствор углерода в α-железе и имеет тетрагональную кристаллическую решетку. Атомы углерода занимают в основном октаидрические поры.

Образование в результате закалки мартенсита приводит к большим остаточным напряжениям, повышению твердости, прочности, однако при этом возрастает склонность к хрупкому разрушению, что требует проведения дополнительного последующего отпуска.

Превращения в закаленной стали при среднем отпуске (450°С)

Нагрев закаленной стали до температуры АС1 принято называть отпуском. Отпуск должен обеспечить получение в стали необходимых эксплуатационных свойств. Структура стали 55ХГР после закалки состоит из мартенсита и остаточного аустенита.

При отпуске происходят несколько процессов. Основной — распад мартенсита, состоящий в выделении углерода в виде карбидов. Фазовые превращения при отпуске принято разделять на 3 превращения в зависимости от изменения удельного объема стали:

  1. происходит при температурах 80-200°С: из мартенсита выделяется часть углерода в виде нестабильного ε-карбида, имеющего гексагональную решетку и химический состав близкий к Fe2C. Дисперсные кристаллы ε-карбида когерентны с решеткой мартенсита. Объединение твердого раствора углеродом происходит неравномерно: наряду с участками мартенсита, обедненного углеродом, сохраняются участки с исходным содержанием углерода. Первое превращение идет с очень малой скоростью и без нагрева. Уменьшение количества растворенного углерода снижает тетрагональность мартенсита – длина образца уменьшается.

  2. 200-260°С: одновременно происходит несколько процессов: продолжается распад мартенсита, распадается остаточный аустенит и начинается карбидное превращение. Распад мартенсита распространяется на весь объем, концентрационная неоднородность твердого раствора исчезает; в мартенсите остается около 0,2% растворенного углерода. Распад остаточного аустенита происходит по механизму бейнитной реакции: образуется смесь кристаллов низкоуглеродистого мартенсита и дисперсных карбидов. При температурах около 250°С начинается превращение ε-карбида в цементит; при этом когерентность решеток твердого раствора и карбида нарушается. Длина закаленного образца возрастает.

  3. 260-380°С: завершаются распад мартенсита и карбидное превращение. Из мартенсита выделяется весь пересыщающий углерод в виде карбидов, тетрагональность решетки α-твердого раствора устраняется – мартенсит переходит в феррит. После отпуска при 380-400°С в структуре стали обнаруживается только карбид цементитного типа. Длина образца уменьшается.


Случайные файлы

Файл
96564.rtf
113535.rtf
160444.rtf
139931.rtf
147743.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.