Готовые ДЗ варианты Х-хх (ХЗ2)

Посмотреть архив целиком














Домашнее задание по материаловедению


Студента группы РК 6 – 41


Матосова М. В.

































Самая распространенная группа легированных пружинных сталей – кремнистые, не содержащие карбидообразующих элементов. Причина широкого применения сталей этой группы – положительное влияние кремния на их механические и технологические своиства, а также пониженная стоимость этих сталей. Такое влияние кремния на механические своиства связано с его воздействием на состояние матричной фазы - -твердого раствора и карбидов, т.е. на те фазы, которые определяют структурное состояние пружинной стали, обработанной на оптимальные свойства. По имеющимся данным, кремний создает в твердом растворе направленные ионные связи и упорядочение, что должно повысить напряжение трения решетки и сопротивление движению дислокаций на стадии микропластической деформации. Вместе с тем кремний мало влияет на субструктуру и морфологию кристаллов мартенсита, что связано с относительно слабым его воздействием на температуру мартенситного превращения и на количество остаточного аустенита, сильно снижающего сопротивление малым пластическим деформациям. Для полной оценки влияния кремния на основные свойства пружинной стали необходимо также рассмотреть особенности структурных изменений, протекающих при закалке и отпуске.

В закаленной кремнистой пружинной стали (0,6% C; 1,5% Si) типичного состава мартенсит имеет внутренне двойникованную структуру. Даже в присутствии в стали хрома (0,57% C; 1,45% Si; 0,75% Mn и 0,73% Cr), несмотря на торможение кремнием двухфазного и однофазного распада, мартенсит все же претерпевает самоотпуск. Природа выделений, наблюдающихся в таком мартенсите, точно не установлена, но, по данным, они скорее всего соответствуют -карбиду.

Появление -карбида отмечается только после отпуска при 120 C или при 140 C (после предварительного старения), а цементита (наряду с -карбидом) – после отпуска при 370 - 450 С; при температуре выше 450 С присутствует только одна стабильная карбидная фаза – цементит.

Исследование старения мартенсита кремнистой пружинной стали (0,60% C и 1,50% Si) при 20 - 100 С показало, что начальные стадии этого процесса контролируются диффузией углерода (энергия активации 117,5 кДж/моль или 28 ккал/моль), но затем контролирующим фактором становится диффузия кремния в -карбиде, что и определяет постепенный рост энергии активации процесса до 218 кДж/моль (52 ккал/моль).

С повышением температуры отпуска наблюдается рост размеров частиц -карбида. После отпуска при 100 С, 4 ч они имеют длину 80 нм и ширину 20 нм , а после отпуска при 300 С, 1 ч их длина 150 нм и ширина 20 нм. Распологаются эти частицы карбидов вдоль и поперек двойников. Отпуск при 400 С увеличивает карбидные частицы (длина 300 – 400 нм) и ширина 50 нм , распологающиеся теперь только поперек двойников.

С повышением температуры изменяется и состав карбидов. Так, после отпуска при 100 С отношение Si/(Fe+Cr) = 0,9, при 200 С 0,44; при 300 С 0,32; при 400 С 0,26, а при 500 С, когда присутствует только цементит, кремния в составе карбидов практически нет. Эти результати свидетельствуют о том, что кремний растворяется в -карбиде, но не растворим в цементите. Именно присутствие кремния в -карбиде повышает энергию активации первоц стадии отпуска кремнистой стали и устойчивость этого карбида. Однако причины, по которым кремний повышает устойчивость -карбида, еще не установлены. Существенно, что кремний, увеличивая устойчивость -карбида, кроме того, стабилизирует субструктуру мартенсита. Этой стабилизацией -карбида и субструктуры можно объяснить известную устойчивость кремнистой стали к разупрочнению при отпуске. При наличии кремния стабилизируется также и остаточный аустенит и он может присутствовать в структуре отпущенной стали, когда достигнута оптимальная для получения максимального сопротивления малым пластическим деформациям дисперсность и распределение карбидов наряду с измельчонной субструктурой матричной -фазы. Когда при отпуске произойдет распад остаточного аустенита, карбиды будут уже достаточно крупными, а структура -фазы – частично рекристаллизованной.


Хотя небольшие количества кремния и повышают предел упругости, но этот эффект не имеет большого технического значения, поскольку при введении 0,6% Si не улучшаются такие важные технологические характеристики стали, как закаливаемость и прокаливаемость и, кроме того, не повышаются прочностные свойства – сопротивление большим пластическим деформациям.

Помимо величины сопротивления малым пластическим деформациям, важно оценить влияние кремния и на другие прочностные свойства стали. Известно, что кремний увеличивает коеффициент упрочнения – резко повышает пределы пропорциональности, текучести и прочности, а также сопротивление разрушению, т.е. сопротивление умеренным и большим пластическим деформациям.


Высокое сопротивление кремнистой стали умеренным и большим пластическим деформациям имеет большое значение для пружин и рессор, так как оно определяет безопасность работы этих изделий при возможных перегрузках. В пружинных сталях, легированных кремнием, из-за замедления процессов разупрочнения при отпуске можно обеспечить сочетание высокой прочности при повышенной пластичности и вязкости.


Поэтому пружины из кремнистой стали могут работать в условиях динамической нагрузки, о чем также свидетельствует тот факт, что кремний повышает сопротивление стали действию повторных ударов.

Релаксационная стойкость кремнистых сталей повышается при увеличении содержания кремния до 1,5%. Однако максимум стойкости, как и предел упругости, достигается при 0,6% Si.


Повышение концентрации кремния до 2,2% заметно снижает релаксационную стойкость.

При оценке свойств кремнистых пружинных сталей необходимо учитывать их металлургические и технологические характеристики.

Кремнистую сталь вследствии ее склонности к графитизации и обезуглероживанию, а также недостаточной прокаливаемости (особенно в горячих средах) целесообразно дополнительно легировать карбидообразующими элементами: хромом, вольфрамом, ванадием, молибденом и марганцем. Кремнистые пружинные стали являются по существу кремнемарганцовыми, хотя содержание марганца в них и невысокое (0,6 – 0,9%). Если учесть карбидообразующее свойство марганца, его влияние на увеличение прокаливаемости и на изменение тонкой структуры стали, то представляется естественным повысить его содержание при одновременном снижении содержания кремния. В этом случае можно сочетать преимущества марганцовистых сталей (хорошую закаливаемость, незначительную склонность к обезуглероживанию) с достоинствами кремнистой стали (пониженная склонность к образованию трещин при закалке, высокая прочность и устойчивость против отпуска).

Высоким сочетанием свойств прочности, пластичности и вязкости обладает кремненикелевая сталь 60С2Н2А, в которой для уменьшения опасности графитизации несколько снижено содержание кремния. Высокая прокаливаемость этой стали позволяет применять ее для изготовления крупных пружин. Однако такие технологические свойства, как склонность к обезуглероживанию и росту зерна, оказываются столь же ухудшенными, как и в кремнистой стали.

Благодаря высокому комплексу механических свойств сталь 60С2Н2А рекомендуется для изготовления высокоответственных пружин. Закаливать эту сталь следует от 830 – 870 С с охлаждением в масле. Температуру отпуска пружин назначают, исходя из условий службы. Для стали 60С2Н2А характерно то, что, имея очень высокие значения предела пропорциональности после закалки и отпуска при 380 – 420 С - пц = 1660 1490 Мн/м2 (418 477 HB), - эта сталь обладает достаточно высокой ударной вязкостью: 343 кДж/м2 (3,5 кГм/см2). Поэтому пружины из стали 60С2Н2А могут работать в условиях значительной динамической нагрузки.








Назначение и общая характеристика стали 60С2Н2А


Для весьма ответственных и тяжело нагруженных пружин и рессор. Стали отличаются малой склонностью к росту зерна, хорошо закаливаются (прокаливаются в масле до 50мм)





Химический состав стали 60С2Н2А, % (ГОСТ 14959 – 79)


С 0,56 – 0,64

Si 1,40 – 1,80

Mn 0,40 – 0,70

Cr Не более 0,30

Ni 1,40 – 1,70


Рекомендуемый режим термообработки пружин, навитых в горячем состоянии


Температура отпуска перед волочением - 730 С

Температура горячей навивки - 850 - 900 С

Температура закалки в масле - 850 - 870 С

Температура отпуска - 380 - 420 С

HB готовых пружин - 475 – 420




Механические свойства стали 60С2Н2А (ГОСТ 14959 – 79)






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.