Задание Ш-2.

Детали подшипников, работающих в обычных условиях и без значительных ударных нагрузок, изготавливают из заэвтектоидных хромистых сталей марок: ШХ15, ШХ15СГ, ШХ20СГ.

1. Выберете марку стали для изготовления крупногабаритных колец шарикоподшипников со стенками толщиной 35-45 мм. Назначьте рациональный режим предварительной и окончательной упрочняющей термической обработки, обеспечивающий твердость 61-64 HRC. Постройте график термообработки в координатах температура- время с указанием: критических точек стали, температуры нагрева, времени выдержки, среды охлаждения. Объясните назначение предварительной термической обработки.

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

3. Приведите основные сведения об этой стали: химический состав по ГОСТу, механические свойства после выбранного режима термической обработки, технологические свойства, влияние легирующих элементов, требования, предъявляемые к подшипниковым сталям и др.



































Отчет.

Подшипниковую сталь применяют главным образом для изготовления шариков, роликов и колец подшипников. В процессе работы эти элементы подшипника находятся под воздействием высоких знакопеременных напряжений. Каждый участок рабочей поверхности шарика или ролика и дорожки колец испытывает многократное нагружение, распределяющееся в пределах очень небольшой опорной поверхности. В результате в каждом участке поверхности возникают местные контактные знакопеременные напряжения порядка 3—5 Мн/м2 (300—500 кгс/см2) — сжимающие на поверхности контакта и растягивающие у ее контура. Напряжения вызывают упругую и незначительную остаточную деформации элементов подшипника. Многократное повторение деформации приводит к появлению усталостных трещин, выкрашиванию поверхности подшипника, в результате чего при качении возникают удары, под действием которых разрушения усиливаются и подшипник выходит из строя.

Помимо усталостного разрушения, дорожки колец подшипника и сами тела качения (шарики и ролики) подвергаются истиранию. Причиной механического разрушения — истирания являются тангенциальные напряжения, вызываемые силами трения при скольжении контактирующих поверхностей. В результате истирания от поверхности металла отделяются тонкие чешуйки, что вызывает увеличение зазора между кольцами и телами качения и усиление абразивного износа.

Величина истирания зависит от точности изготовления и сборки подшипника, условий его нагружения, смазки, наличия абразивных частиц, химически активной среды и от ряда других причин. При интенсивном истирании поверхностные слои шарикоподшипниковой стали могут изнашиваться настолько быстро, что в них не успевают появиться усталостные трещины. В этом случае подшипник выходит из строя еще до усталостного разрушения.

В некоторых случаях детали подшипников подвергаются совмещенным раздавливающим и изгибающим нагрузкам, нагрузкам динамического характера (ударным).

В соответствии с этим свойства шарикоподшипниковой стали должны характеризироваться высокой упругостью и высоким сопротивлением усталости при малой хрупкости, отличаться высокой износостойкостью и прочностью. Так как детали подшипников работают, соприкасаясь отдельными точками рабочих поверхностей, особое значение для подшипниковой стали приобретает ее физико-химическая однородность и чистота по неметаллическим включениям. Присутствие в металле скоплений твердых карбидов, неметаллических включений, волосовин, трещин и других концентраторов напряжений вызывает быстрый износ отдельных участков поверхности и преждевременный выход из строя подшипника.

В качестве материала для изготовления деталей подшипников наиболее широко используется разработанная еще в 1901 г. высокоуглеродистая (0,95—1,15% С) хромистая (0,40—1,65% Сr) сталь (например, ШХ15, содержащая 0,95—1,10% С; 1,30—1,65% Сr; 0,20—0,40% Мn; 0,15—0,35% Si; не более 0,027% Р; 0,02% S; 0,25% Сu и 0,30 Ni, или сталь ШХ15СГ, в которой больше Мn — 0,90—1,20% и Si — 0,40—0,65%). По своему составу и свойствам подшипниковая сталь примыкает к группе инструментальных марок, но по применению она является конструкционной специального назначения.

Высокое содержание в подшипниковых сталях углерода сообщает им после термической обработки высокую прочность и стойкость против истирания. Высокая поверхностная твердость рассматриваемой стали определяется концентрацией углерода в мартенсите, и поэтому она одинакова для всех подшипниковых сталей. Твердость внутренних слоев зависит от глубины прокаливаемости, зависящей в свою очередь от содержания хрома.

Хром замедляет превращение аустенита в перлит и тем самым увеличивает прокаливаемость стали. Поэтому чем крупнее детали подшипников, тем с большим содержанием хрома применяют шарикоподшипниковую сталь для их изготовления.

В системе железо—хром—углерод образуется сложный карбид (Fe, Сr)3С и твердый раствор хрома в железе. Высокая твердость карбидов хрома повышает износостойкость шарикоподшипниковой стали. Кроме того, хром увеличивает стойкость мартенсита против отпуска, уменьшает склонность стали к перегреву, придает ей мелкозернистую структуру. Но при высоком содержании хрома (более 1,65%) трудно получить однородную структуру, поэтому в шарикоподшипниковых сталях обычно содержится не более 1,65% Сr. Марганец, как и хром, увеличивает твердость и сопротивляемость стали истиранию и одновременно способствует росту зерна при нагреве, в результате чего при термической обработке может образоваться крупнозернистая структура перегретой стали. Отрицательное влияние на вязкость шарикоподшипниковой стали оказывает кремний.

Но марганец и кремний являются раскислителями, и чем выше их содержание, тем полнее бывает раскислена сталь. Поэтому присутствие этих элементов во всех марках шарикоподшипниковой стали желательно, но не более 0,35% Si и 0,40% Mn. Исключение составляет сталь марки ШХ15СГ, применяемая для изготовления крупных деталей. Повышенное содержание марганца и кремния в этой стали объясняется тем, что эти элементы уменьшают критическую скорость закалки, снижая тем самым склонность стали к короблению и трещинообразованию при закалке.

Для изготовления крупногабаритных колец шарикоподшипников со стенками толщиной 35-45 мм используем сталь ШХ15СГ. При низкотемпературном отпуске 150°С достигаются необходимые механические свойства - твердость 62-65 HRC.

Рис. 1.

1. Режим термообработки

Сталь ШХ15СГ конструкционная заэвтектоидная подшипниковая легированная хромом сталь, с содержанием углерода 0.95 - 1.05 и содержанием хрома 1.3 - 1.65.

1.2 Нормализация: нагревание до Т выше Ас3 на 50-70ºС и затем охлаждение на воздухе.

1.3 Сфероидизирующий отжиг: нагревание до Т немного выше Ас1 изотермическая выдержка 4-6 часов при субкритичесокй температуре 650-680ºС.

1.4 Неполная закалка: нагревание до межкритической температуры Ас1 + 30-50ºС. Выдрежка и быстрое охлаждение.

1.5 Низкий отпуск: температура 150ºС, выдержка 0,5-2 ч, охлаждение на спокойном воздухе.

Структурные превращения, происходящие в процессе термообработки стали.

2.1.Нормализация

В заэвтектоидных сталях следует устранить вторичный цементит. Избыточный (вторичный) цементит находится в виде сетки, что является дефектом, поэтому перед отжигом предварительно проводят нормализацию при температуре выше Ас3 для растворения сетки цементита с последующем охлаждении на воздухе. Такая обработка вызывает измельчение цементита и разрыв сетки на границах зёрен, что облегчает сфероидизирующий отжиг.







2.2.Сферидизующий отжиг

Высокое содержание углерода обуславливает высокую твёрдость стали, что затрудняет её обработку резанием. Для снижения твёрдости сталь отжигают. Кроме того, структура зернистого перлита является наилучшей перед закалкой - меньше склонность к росту аустенитного зерна, шире допустимый интервал закалочных температур. Зернистый перлит получают путём нагрева до температуры немного выше Ас1 при которой сохраняются нераспавшиеся мелкие карбидные частицы и изотермической выдержки 4-6 часов при субкритичесокй температуре 650-680ºС при которой карбидные частицы выполняют роль центров кристаллизации цементита.

2.3.Неполная закалка в двух средах

Закалка используется для упрочнения. Прочность возрастает вследствие мартенситного превращения. Заэвтектоидные стали подвергаются неполной закалке. Оптимальная температура нагрева Ас1 + 30-50ºС. После закалки заэвтектоидная сталь приобретает структуру, состоящую из мартенсита и цементита. Краисталлы цементита твёрже кристаллов мартенсита, поэтому при неполной закалке при неполной закалке заэвтектоидные стали имеют более высокую твёрдость, чем при полной закалке. Для получения мартенситной структуры необходимо переохладить аустенит до температуры мартенситного превращения, следовательно, скорость охлаждения должна превышать критическую скорость. Для уменьшения коробления и растрескивания легированные стали закаливают в двух средах. После нагрева под закалку деталь погружается на определённое время в воду, в результате чего достигается быстрое прохождение температурного интервала минимальной устойчивости аустенита, а затем переносится в более мягкую охлаждающую среду – масло. Закалённые легированные стали, для которых температура конца мартенситного превращения значительно ниже 20-25ºС, наряду с мартенситом в структуре оказывается значительное количество остаточного аустенита.

2.4.Обработка холодом

Обработке холодом подвергаются закалённые легированные стали, для которых температура конца мартенситного превращения значительно ниже 20-25ºС. Вследствие этого, после охлаждения до этой температуры, наряду с мартенситом в структуре оказывается значительное количество остаточного аустенита. Остаточный аустенит понижает твёрдость закалённой стали и может вызвать нестабильность размеров готовых деталей, так как будучи нестабильной фазой, способен к распаду при низкой температуре с малой скоростью. Проводится охлаждение до температуры Мк, в процессе которого аустенит превращается в мартенсит.


Случайные файлы

Файл
33943.rtf
kursovik.DOC
118313.rtf
101432.rtf
125516.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.