Московский Государственный Технический Университет им. Н.Э. Баумана








Домашнее задание

по материаловедению

Вариант Д-19










Выполнил: студент

группы Э4-43

Майков Евгений

Проверил: Седов О.В.








Москва 2008




Задание № Д-19


Для наиболее нагруженных зубчатых колёс, работающих в условиях повышенных температур, используются теплостойкие комплексно легированные цементируемые стали.

1. Выберите сталь и назначьте режимы термической и химико-термической обработки для изготовления высоконагруженного зубчатого колеса диаметром 120 мм, максимальным сечением 60 мм. Температура на участках контакта может достигать 250°С. Постройте график термообработки, включающий цементацию и последующую термическую обработку в координатах температура-время.

2. Опишите процесс ХТО, а также 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 и технологические свойства, влияние легирующих элементов и др.




























Выбор стали.


От зубчатых колес требуется износостойкость профилей и торцов зубьев.

Высокая твердость поверхности необходима для затруднения истирания контактных поверхностей при их проскальзывании. Наиболее полно этому требованию удовлетворяют стали, имеющие твердый поверхностный слой, а также вязкую и достаточно прочную сердцевину, способную противостоять действию ударных нагрузок. Сочетание твердой поверхности и вязкой сердцевины достигается химико-термической обработкой низкоуглеродистых сталей или поверхностной закалкой среднеуглеродистых сталей.

Некоторые детали работают в условиях поверхностного износа, испытывая

при этом и динамические нагрузки. Такие детали изготавливают из

низкоуглеродистых сталей, содержащих 0,10–0,30 % С, подвергая их затем

цементации.

Для изделий небольших размеров, деталей неответственного назначения

применяют стали 10, 15, 20, для деталей более сложной формы, деталей сильно

нагруженных, крупных применяют низколегированные стали с небольшим

содержанием углерода. В качестве легирующих элементов в цементуемые стали добавляют хром, никель и др.

Для изготовления наиболее нагруженных зубчатых колёс,работающих вусловии повышенных температур, используются теплостойкие комплексно легированные цементируемые стали:12Х2НВФА, 20Х3МВФ, 16Х3НВФМБ. Зубчатое колесо диаметром 120 мм, максимальным сечением 60 мм, в котором температура на участках контакта может достигать 250°С, предпочтительней изготавливать из стали 20Х3МВФ.Режимы обработки:ХТО(цементация в газовом карбюратизаторе)+упрочняющая ТО(закалка+низкий отпуск).


Цементация стали.

Технологический процесс диффузионного насыщения углеродом назы­вается цементацией. Обычно после цементации сталь подвергают закал­ке и низкому отпуску. После такого комплексного процесса концетрация углерода на поверхности стальной детали составляет 0,8-1%, структура низкоотпущенного мартенсита с мелкими сфероидальнымикарбидами хорошо сопротивляются износу, твёрдость поверхности равна 750-950HV. Сердцевина детали содержащая 0,08-0,25% С, остаётся вязкой. Поверх­ности, не подлежащие цементации, защищают гальваническим омеднени­ем; толщина медного слоя составляет 0,02 - 0,05 мм.

Цементации обычно подвергают такие детали машин, которые долж­ны иметь износостойкую рабочую поверхность и вязкую сердцевину: зуб­чатые колеса, валы и пальцы, распределительные валики, кулачки, чер­вяки и т.д.













Цементация в газовом карбюризаторе.


Исходную среду для цементации(науглероживания) называют карбюратизатором. При газовой цементации в качестве карбюратизатора используют разбавленный природный газ(состоящий почти полностью из метана), контролируемые атмосферы, получаемые в специальных генераторах,а также жидкие углеводороды(керосин, бензол и др.),каплями подаваемые в герметичное рабочее пространство печи, где они образуют активную газовую среду. Основная ведущая реакция при наличии метана: СН4+2Н2+С.

В зависимости от состава газовой смеси и содержания углеродав стали атмосфера в рабочем пространстве печи может быть науглероживающей, обезуглероживающей и нейтральной. Нейтральному составу соответствует равновесная концентрация углерода на поверхности стали, называемая углеродным потенциалом. Науглероживание будет происходить, если концетрация углерода на поверхности стали будет меньше углеродного потнциала газовой смеси при данной температуре.

Рис. 1. Участок диаграммы состояния Fe - Fe3C, а также изменение содержания углеро­да и структуры по толщине цементованного слоя h (схема) tц - температура цементации; tз1> tз2 - температура нагре­ва при первой и второй закал­ке соответственно.



Режимы цементации и последующей термической обработки.

Для данной марки стали цементацию следует проводить при температуре 1000 °С. Для заданных размеров эффективная толщина цементируемого слоя(за нее принимают сумму заэвтектоидной, эвтектоидной и половины доэвтоктоидной зоны) составляет от 1,1-1,3 мм. Следовательно, скорость цементации составит 0,75мм/ч,а время цементации будет составлять 1,2-1,7 ч.
Для получения заданного комплекса механических свойств после це­ментации необходима дополнительная термическая обработка деталей. Нужно получить не только высокую поверхностную твёрдость, но и высокую прочность, а также высокую ударную вязкость. Для обеспечения указанных свойств необходимо мелкое зерно, как на поверх­ности детали, так и в сердцевине. Легирующие элементы данной стали(молибден, вольфрам, ванадий)способствуют уменьшению зерна. Поэтому возможна термическая обработка, состоящая из одной закалки и отпуска, что позволит избежать потери поверхностной твёрдости. Тем не менее следует проводить две закалки и отпуск, так как это способствует повышению прочности на изгиб.




При первой закалке деталь нагревают до температуры на 30 — 50°С выше температуры Асз цементируемой стали(1030-1060°С). При таком нагреве во всём объёме детали образуется аустенит. Нагрев до температур немного превышающих Асз, вызывает перекристаллизацию сердцевины детали с образованием мелкого аустенитного зерна, что обеспечит мелкозернистость продуктов распада. Чтобы предотвратить выделение цементита проводят закалку в масле.

При второй закалке деталь нагревают до t32 с превышением на 30-50°С температуры Ас1. В процессе нагрева мартенсит, полученный в результате первой закалки, отпускается, что сопровождается образованием глобулярных карбидов, которые в определённом количестве сохраняются после неполной закалки в поверхностной заэвтектоидной части слоя, увеличивая его твердость. Вторая закалка обеспечивает также мелкое зерно в науглероженном слое.

Окончательной операцией термической обработки является низкий отпуск при 160 — 200°С, уменьшающий остаточные напряжения и не сни­жающий твердость стали.

После двойной закалки и низкого отпуска поверхностный слой приобретает структуру отпущенного мартенсита с включениями глобулярных карбидов. Сердцевина приобретает структуру бейнита или низкоуглеродистого мартенсита.

Из-за низкого содержания углерода будет обеспечена достаточно высокая ударная вязкость. После упрочняющей обработки поверхность приобретает твёрдость HRC 56…62, а сердцевина HRC 38…42.























Влияние легирующих элементов.


Хром, растворяясь в феррите и цементите, он оказывает благоприятное влияние на механические свойства стали.

Марганец заметно повышает предел текучести стали, однако делает чувствительной к перегреву, поэтому для измельчения зерна вводят карбидообразующие элементы.

Кремний сильно повышает предел текучести, несколько затрудняет разупрочнение стали при отпуске, снижает вязкость и повышает порог холодостойкости.

Молибден и вольфрам вводятся для уменьшения склонности к отпускной хрупкости второго рода, улучшения свойств в результате измельчения зерна, повышение стойкости к отпуску, увеличения прокаливаемости.

Ванадий и титан – сильные карбидообразователи. Их добавляют в стали, содержащие хром, марганец, никель для измельчения зерна.















Список использованной литературы:


Случайные файлы

Файл
92249.rtf
121164.rtf
89926.rtf
hard-rock clear.doc
125810.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.