П 1 (П1_Материаловедение)

Посмотреть архив целиком

Задание №П-1


Для изготовления пружин и рессор небольшого сечения используют углеродистые стали.


  1. Сформулируйте требования, предъявляемые к материалам для изготовления этих изделий. Выберите сталь для плоской пружины прямоугольного сечения толщиной 8 мм. Укажите и обоснуйте оптимальный режим термической обработки этой стали, обеспечивающий значение твердости HRC 43-46. Постройте график температуры в координатах температура-время с указанием: критических точек стали, температуры нагрева, времени выдержки, среды охлаждения.

  2. Опишите структурные превращения, происходящие в стали на всех стадиях термической обработки.

  3. Приведите основные сведения этой стали: химический состав по ГОСТу, область применения, механические свойства после выбранного режима термической обработки, технологические свойства, достоинства и недостатки и др.


1. Основные требования.

Материал должен обладать высоким пределом упругости, как и материалы для любых упругих элементов. Вследствие чего структура материала должна быть такой, чтобы обеспечить максимальное сопротивление малым пластическим деформациям. Если пружины, которые необходимо изготовить, силовые, то материал должен обладать большим модулем упругости. Если это – упругочувствительный элемент, то – малым модулем упругости. Для обеспечения высокой долговечности пружины материал должен обладать большой релаксационной стойкостью.

Выберем углеродистую сталь 65. Ниже показано, что она обеспечит необходимое значение твердости для пружины с сечением заданного размера.


Оптимальный режим термообработки.


Закалка 850oC, масло, средний отпуск 480oC,

t=850

t=480

Ac1=727

Ac3=752

Закалка – термическая обработка, которая заключается в нагреве заэвтектоидной стали до температуры, на 30-50 выше Ac1, выдержки и охлаждении со скоростью больше критической, в результате которой в сплаве образуется неравновесная структура. Конструкционные и инструментальные стали закаливают для упрочнения(получение максимальной прочности и твердости).

После закалки на мартенсит и среднего отпуска свойства стали определяются концентрацией углерода в мартенсите. Чем она выше, тем больше твердость и прочность, ниже ударная вязкость. Таким образом, задача закалки — получение структуры мартенсита с максимальным процентным содержанием углерода.


Рассмотрим закалку стали 65.

Критические температуры для стали 65:

Ас3 = 752 С

Ас1 = 727 С


При нагреве до температуры 727С 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 850С мы получили однофазную структуру – аустенит, при этом при повышении температуры после 850С зерно растет.

Для получения мартенситной структуры необходимо переохладить аустенит до температуры мартенситного превращения, следовательно, скорость охлаждения должна превышать критическую. Такое охлаждение наиболее просто осуществляется погружением закаливаемой детали в жидкую среду (вода или масло), имеющую температуру 20-25С. В результате такой обработки получается мартенсит, с некоторым количеством остаточного аустенита.


Отпуск при 480С.

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

Сталь 65 подвергается отпуску при t = 480С — средний отпуск. Закаленная на мартенсит сталь имеет невысокий предел упругости. Он заметно повышается при отпуске, когда образуется структура тростита. В этой структуре феррит из-за сильного фазового наклепа имеет высокую плотность малоподвижных дислокаций, которые, кроме того эффективно блокируются дисперсными карбидными частицами. Поэтому тростит отличается стабильной дислокационной структурой

Кроме высоких упругих свойств отпуск на троостит обеспечивает некоторое повышение пластичности и вязкости разрушения , что важно для снижения чувствительности к концентраторам напряжений и увеличения предела выносливости. При данной обработке обеспечивается необходимая твердость HRC 43-46

Сведения о стали:

Заменитель

стали: 65, 70

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 7419.1-78, ГОСТ 7419.3-78, ГОСТ 7419.5-78 - 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 7419.1-78, ГОСТ 7419.3-78, ГОСТ 7419.5-78 - ГОСТ 7419.8-78. Лента ГОСТ 1530-78, ГОСТ 2284-79. Полоса ГОСТ 103-76, ГОСТ 4405-75, ГОСТ 1577-81, ГОСТ 82-70, ГОСТ 7419.2-78, ГОСТ 7419.4-78. Поковки и кованые заготовки ГОСТ 1133-71. Проволока ГОСТ 9389-75. Лист толстый ГОСТ 1577-81, ГОСТ 19903-74.

Назначение

рессоры, пружины и другие детали, от которых требуется повышенные прочностные и упругие свойства, износостойкость; детали, работающие в условиях трения при наличии высоких статических и вибрационных нагрузок.

Химический состав

Химический элемент

%

Кремний (Si)

0.17-0.37

Марганец (Mn)

0.50-0.80

Медь (Cu), не более

0.20

Никель (Ni), не более

0.25

Сера (S), не более

0.035

Углерод (C)

0.62-0.70

Фосфор (P), не более

0.035

Хром (Cr), не более

0.25


Механические свойства      

Термообработка, состояние поставки

0,2, МПа

B, МПа

5, %

4, %

, %

Сталь категорий: 3,3А,3Б,3В,3Г,4,4А,4Б. Закалка 830 °С, масло. Отпуск 470 °С. 

785  

980  

10  

 

35  

Лента холоднокатаная отожженная 

 

450-750  

 

10  

 

Нормализация 820 °С, воздух. 

415  

820  

 

19  

33  

Отжиг 820 °С. 

415  

810  

 

22  

33  

 

Механические свойства при повышенных температурах      

t испытания, °C

B, МПа

5, %

, %

HB

Закалка 800 °С, масло. Отпуск 600-620 °С.

100  

690  

16  

 

185  

200  

640  

14  

19  

185  

300  

730  

18  

20  

185  

400  

600  

22  

25  

170  

500  

450  

27  

35  

140  

600  

280  

33  

50  

120  

Механические свойства в зависимости от температуры отпуска

t отпуска, °С

0,2, МПа

B, МПа

5, %

, %

HRCэ

Закалка 800 °С, масло (сечение 12 мм)

400  

810  

1220  

5  

 

45  

500  

760  

1130  

13  

40  

32  

600  

650  

930  

18  

52  

23  

Технологические свойства

Температура ковки

Начала 1230, конца 830. Охлаждение на воздухе.

Свариваемость

не применяется для сварных конструкций.

Склонность к отпускной способности

не склонна

Температура критических точек

Критическая точка

°С

Ac1

727

Ac3

752

Ar3

730

Ar1

696

Mn

285

Предел выносливости

-1, МПа

B, МПа

0,2, МПа

Термообработка, состояние стали

 296

 770

 350

Образцы диаметром 15 мм. 

 466

 840

 

 

Прокаливаемость

Закалка 810 °С.

Расстояние от торца, мм / HRCэ

 2.5

 5

 7.5

 10

 15

 20

 25

 30

 35

 45



 61

 38

 36,5

 35,5

 34

 32

 30,5

 29

 27,5

 24








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.