Московский Государственный Технический Университет им. Н.Э.Баумана


Кафедра МТ-8










Домашнее задание

по курсу

Материаловедение.


Вариант 408П.









выполнил студент

группы Э4-73

Шаталов Д.Д.


проверил

Ампилогов А.Ю.














Москва, 2004



Задание № 408П.

Рессорно-пружинную легированную сталь, характеризущуюся высокими пределами текучести (упругости) и выносливости при достаточной вязкостии и пластичности, применяют для изготовления рессор пружин, буферов и деталей, работающих в условиях динамических и знакопеременных нагрузок, например:

55СГ 60СГ 60С2 70С3А 50ХГ 70С2ХА и др.

1.Укажите оптимальный режим термической обработки рессоры легковых автомобилей, изготовленных из стали 50ХГА. Постройте график термической обработки для этой стали в координатах "температура – время".

2. Опишите структурные превращения, происходящие при термической обработке.

3. Приведите основные сведения об этой стали: ГОСТ, химический состав, свойства, область применения, требования, предъявляемые к этому виду изделий, влияние легирующих элементов.






































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 0,5...0,7%, которые для улучшения таких свойств как 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 стальные детали приобретают после термической обработки, состоящей в закалке и среднем отпуске (350...520 оС) на тростит отпуска.


Сталь 50ХФА обладает стойкостью к росту зерна, имеет высокие механические показатели. Подвергается высокому нагреву при отпуске, обладает теплостойкостью, относительно малой чувствительностью к надрезу. Способна работать при температурах до 300°С.



1. Оптимальный режим термической обработки стали 50ХГА. График термической обработки для этой стали в координатах "температура – время".



Режим термической обработки показан на рис.2: закалка и средний отпуск. По данным ГОСТ 14059-79 температура закалки для стали 50ХФА составляет 870 оС (А3 – 820 оС). В качестве охлаждающей среды выбираем масло. Последующий отпуск назначаем при температуре 470 оС (выше интервала температур необратимой отпускной хрупкости). Получаемая структура тростита отпуска (мелкодисперсная ферритоцементистая смесь) обеспечивает высокое сопротивление малой пластической деформации при HRC=35-45 (рис.2), при этом

Указанный режим термической обработки (рис.3) обеспечивает получение следующих свойств (минимальные значения):

HB390...480 после отпуска при 460 оС (HRC40...50)

Снижение температуры отпуска до 420 оС повышает до 1850 Мпа,- до 1600 Мпа; - до 1450 Мпа при =4%,, KCU=0,2 МДж/м2.




t

А 870 оС А

А3 (820 оС)

А1 (750 оС)


масло 470 оС, 1ч

Мн вода

Средний

отпуск


Ф+П Mз Тотп


Рис.1 Режим термической обработки стали 50ХФА.








2400

HRC

1800

60

1200 40

4 HRC KCU, 20

40 МДж/м2 0

600 2 0,3

20

0 KCU 0,1

0 0 0

200 300 400 t, оС

Рис. 2. Зависимость механических свойств стали 50ХФА от температуры отпуска








2. Структурные превращения при термической обработке.


Сталь 50ХФА - сталь перлитного класса. Критические точки стали: А1=75010 0С, А3=82010 оС. 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.

Рассмотрим превращения, происходящие в стали 50ХФА 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 оС для стали 50ХФА). 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.

Представим общую схему превращения:

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.Из рис.4 видно, что фазовая перекристаллизация приводит к измельчению зерна в стали.












Рис.4. Схема структурных превращений в стали при нагреве


При этом, чем выше дисперсность структуры перлита (Ф + Ц) и скорость нагрева стали, тем больше возникает центров зарождения аустенита, а следовательно, возрастает дисперсность продуктов его распада. Увеличение же дисперсности продуктов распада аустенита приводит к увеличению пластичности, вязкости, уменьшению чувствительности к концентраторам напряжений.

Изменения структуры стали при закалки в масло. При непрерывном охлаждении в стали с аустенит превращается в мартенсит. Мартенситное превращение развивается в сталях с высокой скоростью (1000...7000 м/с) в интервале температур Мн...Мк. При этом необходимо учитывать, что с увеличением содержания углерода в стали температуры Мн и Мк понижаются (точки Мн и Мк изменяют свое положение на графике (рис.6). Введение легирующих элементов также изменяет положение точек МН и Мк. Например введение кремния их повышает. В результате закалки стали 50ХФА ее структура может иметь кроме мартенсита и некоторое количество остаточного аустенита.




Полученный мартенсит представляет собой пересыщенный твердый раствор углерода в железе и имеет тетрагональную кристаллическую решетку. Атомы углерода занимают в основном октаэдрические поры.

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

Превращения в закаленной стали при среднем отпуске (470 оС).

Нагрев закаленной стали до температуры А1 принято называть отпуском. Отпуск должен обеспечить Рис. 6. Влияние концентрации углерода

получение необходимых эксплуатацион- С на температуру начала Мн и конца

ных свойств стали. Структура стали 50ХФА Мк мартенситного превращения

после закалки состоит из мартенсита и остаточного аустенита.

Рассмотрим последовательность процессов при отпуске с повышением температуры. До 80 оС диффузионная подвижность мала и распад мартенсита идет медленно. Первое превращение при отпуске развивается в диапазоне 80...200 оС и приводит к формированию структуры отпущенного мартенсита - смеси пересыщенного углеродом -раствора и когерентных с ним частиц -карбида. В результате этого существенно уменьшается степень тетрагональности мартенсита (часть углерода выделяется в виде метастабильного -карбида), уменьшается его удельный объем, снижаются остаточные напряжения.






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.