Московский государственный технический

университет им.Н.Э.Баумана













Домашнее задание №1

по курсу «Материаловедение»


Вариант Д-12







Студент: Ищук Е.Л.

Группа: РК10-41


Преподаватель : Фомина Л.П.






Москва 2014 г.



Условие задания


Для деталей, работающих на износ и не требующих высокой прочности сердцевины, применяются цементуемые углеродистые стали.

1. Подберите марку углеродистой стали для изготовления валика диаметром 15мм, работающего на износ. Назначьте и обоснуйте режимы газовой цементации и последующей термической обработки, обеспечивающие эффективную толщину слоя 1.0-1.2мм, а твёрдость поверхности HRC 60-62, сердцевины HRC 20-25. Постройте график термообработки, включающий науглероживание в координатах температура-время с указанием: критических точек стали, температуры нагрева, 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, механические свойства сердцевины после выбранного режима термической обработки, технологические свойства, достоинства и недостатки и др.




























Отчет


Цементация – технологический процесс диффузионного насыщения углеродом. После цементации сталь подвергают закалке и низкому отпуску. После такого комплексного процесса концентрация углерода на поверхности стальной детали составляет 0,8 – 1,0 %, структура низкоотпущенного мартенсита с мелкими сфероидальными карбидами хорошо сопротивляется износу, твердость поверхности равно 750 - 950 HV (62 - 68 HRC). Сердцевина детали, содержащая 0,8 - 0,2% С, остается вязкой.

Цементации подвергают низкоуглеродистые (обычно до 0.25 % C) и легированные стали, в случае газовой цементации проводят при 850—900 °С. При газовой цементации в качестве карбюризаторов применяют различные газы и газовые смеси. Детали нагреваются в специальных герметически закрытых печах, в которые непрерывным потоком подает цементирующий углеродсодержащий газ. Такими газами являются естественные (природные) газы, а также искусственные газы. При высокой температуре происходит разложение жидкого карбюризатора, в результате чего образуется цементирующий газ.

После цементации изделия подвергают термообработке, приводящей к образованию мартенситной фазы в поверхностном слое изделия (закалка на мартенсит) с последующим отпуском для снятия внутренних напряжений.

Структура цементированного слоя

В цементованной детали содержание углерода уменьшается от поверхности к центру. В соответствии с таким изменением химического состава получается и распределение структурных составляющих. На поверхности образуется заэвтектоидная зона (перлит и цементит), далее располагается эвтектоидная зона (перлит) и затем при переходе к сердцевине — переходная доэвтектоидная зона (феррит и перлит). В переходной зоне чем ближе к сердцевине, тем меньше становится перлита и больше феррита.


Выбор подходящего материала


Выберем сталь Ст15 по ГОСТ 1050-88: Прокат сортовой, калиброванный, со специальной отделкой поверхности из углеродистой качественной конструкционной стали.

Твердость сердцевины по условию 20-25 HRC (217-246 HB) обеспечивает нагартованный калиброванный прокат со специальной отделкой поверхности.

Цементацию стали марки Ст15 проводят при температуре 900 - 920 °С. Для обеспечения эффективного 1,0 - 1,2 мм, средняя скорость при заданной температуре равна υср = 0,3 – 0,4 мм/ч. Для образования эффективной толщины слоя в 1.0-1.2 мм необходимо 3 часа выдержки.

Режим газовой цементации

t, °С

υср, мм/ч

920 - 950

0,3 – 0,4


Термическая обработка


Для получений заданного комплекса механических свойств после цементации необходима дополнительная термическая обработка – закалка и низкий отпуск. После закалки цементованное изделие приобретает высокую твердость и износостойкость, повышается предел контактной выносливости и предел выносливости при изгибе, при сохранении вязкой сердцевины.

Исследуемой деталь - валик - не работает одновременно на истирание, изгиб и удар, поэтому можно ограничиться однократной закалкой и низким отпуском.

Закалку проводят в воде при температуре 760-780 °С, т.е. выше критической точки Ас1 = 735°С сердцевины.


Окончательной операцией цементации является низкий отпуск, который производят на воздухе при температуре 160 – 200 °С. В результате этого уменьшаются остаточные напряжения и не снижается твердость стали.
















График термообработки

















М




Ц




М
























Сталь 20

Марка :

15

Применение:

болты, винты, крюки и другие детали, к которым предъявляются требования высокой пластичности и работающие при температуре от —40 до 450 °С; после ХТО—рычаги, кулачки, гайки и другие детали, к которым предъявляются требования высокой поверхностной твердости и невысокой прочности сердцевины.


Химический состав в % материала ГОСТ   1050 - 88 

С

Si

Mn

Ni

S

P

Cr

Cu

As

0.12 - 0.19

0.17 - 0.37

0.35 - 0.65

до   0.3

до   0.04

до   0.035

до   0.25

до   0.3

до   0.08


Температура критических точек материала

Ac1 = 735°C ,      Ac3(Acm) = 860 °C


Технологические свойства материала

Свариваемость:

    без ограничений.

Флокеночувствительность:

    не чувствительна.

Склонность к отпускной хрупкости:

    не склонна.


Механические свойства при повышенных температурах

t испытания, °C

σ0,2, МПа

σB, МПа

δ 5, %

ψ, %

KCU, Дж/м2


20 

215 

420 

33 

70 

211 










200 

205 

400 

24 

68 

216 










300 

170 

420 

24 

63 

235 










400 

150 

380 

33 

71 

157 










500 

150 

235 

36 

75 

123 











σв

- временное сопротивление разрыву (предел прочности при растяжении), МПа

 



σ0,2

- предел текучести условный, МПа

 

δ5

- относительное удлинение после разрыва, %

 

ψ

- относительное сужение, %

 

KCU 

- ударная вязкость, определенная на образце с концентраторами соответственно вида U и V, Дж/см2

 



 



 


Физические свойства



Температура испытания, °С

20 

100 

200 

300 

400 

500 

600 

700 

800 

900 

Модуль нормальной упругости, Е, ГПа

201 

192 

185 

176 

156 

 

 

 

 

 

Модуль упругости при сдвиге кручением G, ГПа

83 

78 

77 

74 

71 

68 

63 

 

 

 

Плотность, pn, кг/см3

7850 

7828 

7794 

7759 

7724 

7687 

7648 

7611 

7599 

7584 

Коэффициент теплопроводности Вт/(м ·°С)

53 

53 

53 

49 

46 

43 

39 

36 

32 

30 

Уд. электросопротивление (p, НОм · м)

 

233 

296 

387 

487 

607 

753 

904 

1092 

1140 

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)

12.4 

13.2 

13.9 

14.4 

14.8 

15.1 

15.3 

14.1 

13.2 

13.3 

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

465 

486 

515 

532 

565 

586 

620 

691 

708 



 



 





Случайные файлы

Файл
23159.rtf
rezonatory.doc
145041.rtf
30738-1.rtf
26181.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.