Московский Государственный Технический Университет

им. Н. Э. Баумана













Домашнее задание

по

«Материаловедению»




Выполнил: Захаров О. А.

Группа: Э 10-41



Проверил: Смирнов А. Е.












Москва 2004



Вариант № 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, амортизаторы и др.), применяют различные по составу углеродистые и легированные стали.

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

  2. Опишите структурные превращения, протекающие при ее термической обработке.

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
















Отчет


Особенности работы деталей типа упругих элементов состоят в том, что в них используют в основном упругие свойства стали и не допускают возникновение пластической деформации при нагрузке (статической, динамической, ударной). В связи с этим стали должны иметь большое сопротивление малым пластическим деформациям, т.е. высокие пределы упругости (текучести) и выносливости. Кроме того, важной характеристикой сталей данного типа является релаксационная стойкость.

Для обеспечения этих требований сталь должна иметь однородную структуру, которая обеспечивается хорошей закаливаемостью и сквозной прокаливаемостью (структура мартенсита по всему сечению детали после закалки). Наличие в структуре стали феррита, продуктов эвтектоидного распада, остаточного аустенита снижает упругие свойства детали. Известно, что сопротивление малым пластическим деформациям возрастает с уменьшением размера зерна стали.

К группе рессорно-пружинных сталей общего назначения относятся стали перлитного класса с содержанием углерода О,5...0,7%, которые для улучшения свойств прокаливаемость, предел выносливости, релаксационная стойкость, мелкозернистая структура) 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…520 С) на троостит отпуска. Применение также находит изотермическая закалка на нижний бейнит.

В соответствие с заданием необходимо подобрать марку хромомарганцовистой стали для изготовления рессоры для легкового автомобиля. Выбираем сталь 50 ХГФА (ГОСТ 14959 – 79). Она применяется для изготовления клапанных пружин и рессор легковых автомобилей, сальников, пружин для секционных колец поршня; пружин, работающих при высоких температурах (до 300 С); пружин, подвергающихся в процессе работы многократным переменам нагрузок и требующих длительного цикла работ. Сталь 50ХГФА отличается малой склонностью к росту зерна, прокаливаемостью в масле в больших сечениях (35-45мм).

Примем следующий вариант термической обработки: закалку и средний отпуск. По данным ГОСТа 14959-79 температура закалки для стали 50ХГФА составляет 850 С (Ас3 = 820 С). В качестве охлаждающей среды применяем масло. Последний отпуск проводим при температуре 520 С. Режим термической обработки стали 50ХГФА представлен на схеме:




t

850 С

Ас3 (820 С)

Ас1 (750 С)


масло 520 С

Мн воздух

Средний

отпуск


Ф+П M з Т отп



Указанный режим термической обработки обеспечивает получение следующих свойств:

предел текучести МПа

предел прочности при растяжении МПа

относительное удлинение после разрыва на образцах пятикратной длины

%

относительное сужение после разрыва %

НВ = 270 (отпуск 520 С)

Структурные превращения при термической обработке.

Сталь 5ОХГФА - сталь перлитного класса. Критические точки стали: А1=750 С, А3=820 С. Сталь подвергают полной закалке, при этом ее нагревают до образования однородной структуры. Последующее охлаждение в масле со скоростью большей, чем (наименьшая скорость охлаждения, при которой аустенит превращается в мартенсит), обеспечивает получение мелкозернистого мартенсита (пересыщенного твердого раствора углерода в альфа-железе). Рассмотрим превращения, происходящие в стали 50ХГФА при нагреве исходной равновесной структуры Ф + Ц. На практике при обычных скоростях нагрева (электропечи) под закалку перлит сохраняет свое пластинчатое или зернистое строение до температуры А1 (750 С для стали 50ХГФА). При температуре А1­ в стали происходит превращение перлита в аустенит. Кристаллы (зерна): аустенита зарождаются в основном на границах фаз феррита и цементита. При этом параллельно развиваются два процесса: полиморфный переход и растворение цементита в аустените. Образование зерен аустенита происходит с большей скоростью, чем растворение цементита перлита, поэтому необходима выдержка стали при температуре закалки для полного растворения цементита и получение гомогенного аустенита. Образование в результате закалки мартенсита приводит к большим остаточным напряжениям, повышению твердости, прочности, однако при этом возрастает склонность к хрупкому разрушению, что требует проведения дополнительно последующего отпуска.

Рассмотрим превращения в закаленной стали при среднем отпуске (470 С). Нагрев закаленной стали до температуры А1 принято называть отпуском. Отпуск должен обеспечить получение необходимых эксплуатационных свойств стали. Структура стали 50ХГФА после закалки включает мартенсит и остаточный аустенит. Рассмотрим последовательность процессов при отпуске с повышением температуры. До 80 С диффузионная подвижность мала и распад мартенсита идет медленно. Первое превращение при отпуске развивается в диапазоне 80...200 С и приводит к формированию структуры отпущенного мартенсита. В результате этого уменьшается удельный объем мартенсита, снижаются остаточные напряжения. Второе превращение при отпуске развивается в интервале температур 200...260оС и состоит из следующих этапов:

1) превращение остаточного аустенита в отпущенный мартенсит;

2) распад отпущенного мартенсита

3) снижение остаточных напряжений;

4) некоторое увеличение объема, связанное с переходом А остМ отп.

Третье превращение при отпуске развивается в интервале 300...400 С. При этом заканчивается распад отпущенного мартенсита и процесс карбидообразования. Формируется феррито-карбидная смесь, существенно снижаются остаточные напряжения.

Структуру стали после низкого отпуска (до 250 С) называют отпущенным мартенситом; структуру стали после среднего отпуска 350...500 С – трооститом отпуска; после высокого отпуска 500...600 С – сорбитом отпуска.

В стали 50ХГФА после полной закалки в масле и среднего отпуска при 520 С образуется структура троостита отпуска.


Сталь 50ХГФА (ГОСТ 14959-79). Основные данные.

Заменитель

стали: 60С2А, 50ХФА, 9ХС.

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.

Назначение

тяжелонагруженные ответственные детали, к которым предъявляются требования высокой усталостной прочности, рессоры легковых автомобилей, пружины, работающие при температуре до 300 °С и другие детали.



Химический состав

Химический элемент

%

Ванадий (V)

0.15-0.25

Кремний (Si)

0.17-0.37

Марганец (Mn)

0.80-1.00

Сера (S), не более

0.025

Углерод (C)

0.45-0.55

Фосфор (P), не более

0.025

Хром (Cr)

0.95-1.20


Легирующий элемент – марганец – упрочняет феррит и способствует повышению характеристик прочности стали после термической обработки. Влияние дополнительного легирования хромом, ванадием, проявляется прежде всего в уменьшении критической скорости охлаждения и повышении прокаливаемости. Карбидообразующие элементы – хром и ванадий – предупреждают обезуглероживание пружин при нагреве под закалку. Кроме того, введение ванадия способствует дальнейшему повышению прочности, так как приводит к образованию высокодисперсных частиц карбида МС (на основе VC) при распаде мартенсита в процессе отпуска.


Случайные файлы

Файл
185815.doc
Shaw.doc
diplom3.doc
38448.rtf
22626-1.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.