Д 17 (Д-17(другой чел делал))

Посмотреть архив целиком

Московский Государственный Технический Университет им. Н. Э. Баумана
















Домашнее задание


по предмету


Материаловедение


Вариант Д-17













Выполнил: Дорош Н.С.

Группа Э1-41

Проверил: Соловьева Т. В.





-2007-

Для зубчатых колес, подвергающихся динамическим нагрузкам, работающих в условиях повышенных температур используются теплостойкие комплекснолегируемые цементуемые стали, а так же улучшаемые стали после азотирования.

  1. Выберете сталь и назначьте режимы термической и химико-термической обработки для средненагруженного зубчатого колеса коробки скоростей авиадвигателя диаметром 100 мм, максимальным сечением 40мм. Температура на участках контакта может достигать 450 °С. Постройте график термообработки, включающий термическую и химико-термическую обработку в координатах температура-время.

  2. Опишите структурные превращения, происходящие на поверхности и в сердцевине детали на всех этапах термической обработки. Укажите окончательную твердость поверхности и сердцевины зубчатого колеса после упрочняющей обработки.

  3. Приведите основные сведения об этой стали: химический состав по ГОСТу, область применения, требования, предъявляемые к этому виду изделий, механические свойства после выбранного режима термической обработки, технологические свойства, влияние легирующих элементов, достоинства и недостатки и др.







Отчет

Зубчатые колеса используются в условиях больших динамических нагрузок, при повышенном трении. Поэтому такие детали должны иметь твердую поверхность, высокую прочность на изгиб и при этом вязкую и прочную сердцевину, устойчивую к воздействию циклических и ударных нагрузок.

Для обеспечения этих свойств вводят легирующие элементы, что повышает конструкционную прочность стали. Их применяют после закалки и отпуска, поскольку в отожженном состоянии они по механическим свойствам практически не отличаются от углеродистых. Высокие механические свойства при улучшении возможны лишь при обеспечении требуемой прокаливаемости, поэтому она служит важнейшей характеристикой при выборе этих сталей. Кроме прокаливаемости важно получить мелкое зерно и не допустить развития отпускной хрупкости.

Механические свойства легированных сталей, для изделий с крупным сечением, значительно выше, чем механические свойства углеродистых сталей. Особенно сильно повышается предел текучести, относительное сужение и ударная вязкость, благодаря хорошей прокаливаемости и наличием мелкого зерна. Для достижения высокой прокаливаемости сталь чаше легирую более дешевыми элементами - марганцем, хромом и бором, реже дорогими - никелем и молибденом.

К группе легированных конструкционных сталей относятся среднеуглеродистые стали с содержанием углерода 0,3...0,5%, которые для улучшения свойств ( прокаливаемость, мелкозернистая структура, предел выносливости) дополнительно легируют хромом (до 2%), никелем (от 1 до 5%), марганцем (до 1,5%), кремнием (до 2%), молибденом и вольфрамом (0,2-0,4 Mo и 0,8-1,2 W), ванадием и титаном (до 0,3% V и 0,1% Ti), а так же микролегируют бором (0,002-0,005%).

Для деталей работающих при высоких температурах (до 450 °С) применяют теплостойкие, комплексно легированные, улучшаемые стали после азотирования, которые в том числе имеют более высокую твердость и износостойкость по сравнению с цементированными.

В соответствии с поставленными усовиями ,как наиболее подходящую выбираем сталь 38Х2МЮА, она относится к классу жаропрочных релаксационностойких.



Термическая обработка

Для получения заданного комплекса механических свойств необходима термическая обработка деталей. В зависимости от условий работы, а также от выбранной для изгото­вления детали стали, режим упрочняющей термической обработки может отличаться. Для тяжело нагруженных трущихся деталей машин, испы­тывающих в условиях работы динамическое нагружение, в результате термической обработки нужно получить не только высокую поверхност­ную твердость, но и высокую прочность (например, для зубчатых колес - высокую прочность на изгиб), а также высокую ударную вязкость. Для обеспечения указанных свойств необходимо мелкое зерно, как на поверх­ности детали, так и в сердцевине. В таких случаях перед азотированием детали подвергают закалке и высокому отпуску (улучшению).


t

А 950 оС А

Ас1 (940 оС)

масло 470 оС, 1ч

Мн

воздух

Высокий

отпуск


Ф+П Mз Тотп


При закалке деталь нагревают до температуры на 30-50°С выше температуры Ас3. Для выбранного вида стали температура под закалку 9500С. Среда охлаждения – масло.

Окончательной операцией термической обработки является высокий отпуск при 500 - 680°С в течение 2 часов, уменьшающий остаточные напряжения.

Структурные превращения при термической обработке


Превращения аустенита при различных степенях переохлаждения.

Критические точки стали 38Х2МЮА: Ас1 = 800°С, Ас3 = 940°С. Сталь подвергают полной закалке, при этом ее нагревают до образования однородной мелкозернистой аустенитной структуры. Последующее охлаждение в масле со скоростью большей, чем кр (наименьшая скорость охлаждения, при которой аустенит превращается в мартенсит), обеспечивает получение мелкозернистого мартенсита.

Рассмотрим превращения, происходящие в стали 38Х2МЮА при нагреве поверхности со структурой перлита, а так же перлита с вторичным цементитом, и сердцевины со структурой феррита и перлита.

На практике при обычных скоростях нагрева (электропечи) под закалку перлит сохраняет свое пластинчатое или зернистое строение до температуры Aс1 (800 °С).

При температуре Ас1 , 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 Fe->Fe и растворение цементита в аустените. Полиморфное превращение идет с более высокой скоростью, поэтому по завершении его аустенит сохраняет неоднородность по углероду, для устранения которой требуется определенное время.

Поскольку в каждой перлитной колонии зарождается несколько центров кристаллизации аустенита, превращение при температуре Ас1 сопровождается измельчением зерна стали. Эта очень важная особенность фазовой перекристаллизации широко используется в практике термической обработки стали – отжиге, закалке и других видах обработки, связанных с нагревом стали до аустенитного состояния.

Число зарождающихся при температуре Ас1 кристаллов аустенита возрастает с увеличением дисперсности перлита и скорости нагрева. При высокоскоростном нагреве можно получить чрезвычайно мелкие зерна аустенита.

В стали эвтектоидного состава перекристаллизация заканчивается после завершения превращения перлита в аустенит. В до- и заэвтектоидных сталях после перехода перлита в аустенит в структуре сохраняются избыточные структурные составляющие - феррит и цементит соответственно.

В доэвтектоидных сталях при нагреве от Ас1 до Ас3 происходит превращение избыточного феррита в аустенит, а в заэвтектоидных сталях при нагреве от Ас1 до Асст – растворение продуктов распада избыточного цементита в аустените. Оба процесса сопровождаются диффузией углерода, приводящей к выравниванию концентрации и небольшому укрупнению зерен аустенита.

Повышение температуры стали в однофазной аустенитной области приводит к дальнейшему росту зерен аустенита – происходит процесс собирательной рекристаллизации.


Изменения структуры стали при закалке в масло.

При непрерывном охлаждении в стали с υ0 > υкр аустенит превращается в мартенсит.

Мартенситное превращение интенсивно протекает при непрерывном охлаждении в интервале температур от Мн до Мк. Малейшая изотермическая выдержка в этом интервале температур приводит к стабилизации аустенита, т.е. превращение не доходит до конца, и кроме мартенсита в структуре наблюдается остаточный аустенит.

Быстрое охлаждение необходимо для того, чтобы подавить возможные диффузионные процессы и образование перлитных и бейнитных структур.

Итак, при охлаждении стали со скоростью, большей υкр, будет образовываться мартенсит - пересыщенный твёрдый раствор внедрения углерода в Fe. Кристаллы мартенсита, имея пластинчатую форму, растут с огромной скоростью, равной скорости звука в стали (~5000 м/с). Росту кристаллов мартенсита препятствует граница зерна аустенита или ранее образовавшаяся пластина мартенсита.






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.