Московский Государственный Технический Университет им. Н. Э. Баумана
















Домашнее задание


по предмету


Материаловедение


вариант Д-21













Выполнил: Салата Д.Г.

Группа Э6-41

Проверил: Горничев А.А.


2006




Геометрические размеры выбирают самостоятельно.


Распределительные валы из среднеуглеродистых сталей марок: 40, 45, 50 изготавливают горячей штамповкой с упрочнением кулачков и опорных шеек поверхностной закалкой.

1. Распределительный вал двигателя автомобиля изготовлен из стали 45. Назначьте и обоснуйте режимы предварительной и окончательной термической обработки, обеспечивающие твердость поверхности HRC не менее 56, а сердцевины HB 163 – 197. Постройте график термообработки в координатах температура-время с указанием: критических точек стали, температуры нагрева, среды охлаждения.

2. Опишите структурные превращения, происходящие в стали на всех стадиях термической обработки. Укажите структуру стали на поверхности и в сердцевине вала после термической 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, достоинства и недостатки и др.































Отчет.

Среднеуглеродистые стали 30, 35, 40, 45, 50, 55 отличаются большой прочностью, но меньшей пластичностью, чем низкоуглеродистые. Их применяют после улучшения, нормализации и поверхностной закалки. В улучшенном состоянии — после закалки и высокого отпуска на структуру сорбита — достигаются высокая вязкость, пластичность и, как следствие, малая чувствительность к концентраторам напряжений. Для деталей, испытывающих главным образом напряжения изгиба и кручения (валы, оси и т. п.), которые максимальны на поверхности, толщина упрочненного при закалке слоя должна быть не менее половины радиуса детали. Возможный размер поперечного сечения таких деталей — 30 мм.

Предварительная термообработка.

Для получения смягченного состояния стали перед горячей штамповкой,необходимо выполнить нормализацию при нагреве до t=840ºC.


Нормализация стали.

При нормализации сталь нагревают до температур на 30 – 50 ºC выше линии GSE и охлаждают на спокойном воздухе (рис. 3). Ускоренное, по сравнению с отжигом, охлаждение обуславливает несколько большее переохлаждение аустенита. Поэтому при нормализации получается более тонкое строение эвтектоида. После нормализации сталь должна иметь большую прочность, чем после отжига. Нормализацию применяют чаще как промежуточную операцию для смягчения стали перед обработкой резанием, для устранения пороков строения и общего улучшения структуры перед закалкой. Таким образом, назначение нормализации как промежуточной обработки аналогично назначению отжига. Так как нормализация гораздо выгоднее отжига (охлаждение не с печью, а на воздухе), то ее всегда следует предпочесть отжигу, если оба эти вида обработки дают одинаковые результаты. Но нормализация не всегда может заменить отжиг как операция смягчения стали.

Нормализацию широко применяют вместо смягчающего отжига к малоуглеродистым сталям, в которых аустенит слабо переохлаждается. Но она не может заменить смягчающий отжиг высокоуглеродистых сталей, которые весьма ощутимо упрочняются при охлаждении на воздухе из-за значительного переохлаждения аустенита.

В заэвтектоидной стали нормализация устраняет грубую сетку вторичного цементита. При нагреве выше точки АСm (линия SE) вторичный цементит растворяется, а при последующем ускоренном охлаждении на воздухе он не успевает образовать грубую сетку, понижающую свойства стали.


После получения детали, путём горячей штамповки, необходимо добиться требуемых от распределительного вала механических свойств.

Среднеуглеродистые стали приобретают высокие механические свойства после термического улучшения – закалки и высокого отпуска (500-650град) на структуру сорбита.

В соответствии с заданием необходимо подобрать сталь.

Выбираем сталь 45, так как она относится к широко используемым дешевым конструкционным материалам, удовлетворяет конструкционным особенностям задания.

Для придания стали необходимых технологических характеристик нужно провести следующие виды термической обработки:

1.закалка при 800 С, вода.

2.Отпуск 550 С, 1,5 часа

3.закалка ТВЧ.

Критические температуры для стали 45

Ас1 = 730 С

Ас3 = 755 С

Аr3 = 690 С

Аr1 = 780 С

Mn = 350 С


1. Закалка – термическая обработка, в результате которой в сплаве образуется неравновесная структура. Конструкционные и инструментальные стали закаливают для упрочнения. По данным ГОСТ 1050-88 температура закалки для стали 45 составляет

800С (Ас3 =755 С).

Сталь 45 – сталь перлитного класса до термообработки имеет структуру: Феррит (Ф) + Перлит (П).









При нагреве до температуры 730С структура сплава остается постоянной – перлит. Как только пройдена точка Ас1 на границах зерен перлита начинает зарождаться аустенит. В нашем случае мы имеем полную закалку, т.к. температура превышает Ас3 , то весь перлит переходит в аустенит. Таким образом, нагрев до 755С мы получили однофазную структуру - аустенит, при этом при повышении температуры после 800С зерно растет.

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 так называемый остаточный аустенит. Для получения мартенситной структуры аустенит углеродистых сталей необходимо очень быстро и непрерывно охлаждать, применяя для этого холодную (лучше соленую) воду. Быстрое охлаждение необходимо для того, чтобы подавить возможные диффузионные процессы и образование перлитных и бейнитных структур. При охлаждении на поверхности стальной детали не должна образоваться паровая пленка, препятствующая теплообмену с закалочной средой. Лучшей является стадия пузырькового кипения охлаждающей жидкости. Чем больше температурный интервал этой стадии, тем интенсивнее охлаждает закалочная среда. Лучше пользоваться добавка едкого натра, так как щелочная среда не вызывает последующей коррозии стальных деталей Мартенсит – неравновесная фаза – перенасыщенные твердый раствор внедрения. Кристаллы мартенсита, имея пластинчатую форму, растут с огромной скоростью. Их росту препятствуют границы зерен аустенита или ранее образовавшаяся пластина мартенсита. Мартенситное превращение состоит в закономерной перестройке решетки, при которой атомы не обмениваются местами, а лишь смешаются на расстояния, не превышающие межатомные. При этом перестройка решетки происходит по тем кристаллографическим плоскостям исходной модификации, которые по строению одинаковы, а по параметрам близки к определенным плоскостям кристаллической фазы. Мартенсита имеет тетрагональную пространственную решетку. Мартенсит имеет очень высокую твердость, равную или превышающие 60 HRC для стали 45.

Таким образом, задача закалки — получение структуры мартенсита с максимальным процентным содержанием углерода.

2.Отпуск при 550С с охлаждением 1,5 часа в воде.

Отпуск – термическая обработка, в результате которой в предварительно закаленных сталях происходят фазовые превращения, приближающие их структуру к равновесной.

Сталь 45 подвергается отпуску при t = 550С — высокий отпуск. При этом надо учитывать, что при температурах отпуска более 500С охлаждение производят в воде.

При отпуске происходит несколько процессов. Основной – распад мартенсита, состоящий в выделении углерода в виде карбидов. Кроме того, распадается остаточный аустенит, совершаются карбидное превращение и коагуляция карбидов, уменьшаются несовершенства кристаллического строения твердого раствора и остаточные напряжения. Фазовые превращения при отпуске принято разделять на три превращения в зависимости от изменения удельного объема стали. Распад мартенсита и карбидное превращение вызывают уменьшение объема, а распад аустенита – его увеличение.

  1. Из мартенсита выделяется часть углерода в виде метастабильного карбида, имеющего гексагональную решетку и химический состав, близкий к Fe2C. Дисперсные кристаллы карбида когерентны с решеткой мартенсита. Обеднение твердого раствора углеродом происходит неравномерно: наряду с участками мартенсита, обедненного углеродом, сохраняются участки с исходным содержанием углерода. Первое превращение идет с очень малой скоростью и без нагрева. Уменьшение количества растворенного углерода снижает тетрагональность мартенсита – длина образца уменьшается.


Случайные файлы

Файл
7130-1.rtf
115691.rtf
110387.rtf
424.doc
101516.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.