Московский ордена Ленина, ордена Октябрьской Революции

и ордена Трудового Красного Знамени

государственный технический университет им. Н.Э. Баумана




Frame1



Домашнее задание по курсу
«Материаловедение»


Вариант № П-3.













Выполнил: Абрамов А. В.

Группа: Э4-41

Проверил: Андреев П. П.







2015

Задание № П-3


Для пружин и рессор особо ответственного назначения, работающих в условиях динамических и знакопеременных нагрузок, применяют стали 65С2ВА, 60С2ХФА, 60С2Н2А и др.

1.Укажите и обоснуйте режим термической обработки ответственной высоконагруженной рессоры, изготовленной из полосовой стали марки 60С2Н2А для получения σ0,2 ≥ 1500 МПа, δ ≥ 5%. Постройте график термообработки 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 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.


Для изготовления упругих элементов общего назначения применяют легированные рессорно-пружинные стали. 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 при достаточной пластичности и сопротивлении хрупкому разрушению. Кроме того, важной характеристикой сталей данного типа является релаксационная стойкость.

Эксплуатационные свойства стальные детали приобретают после термической обработки, состоящей в закалке и среднем отпуске (350...520оС) на троостит отпуска (рис. 1).

t

А3


А1




Средний

Закалка отпуск


Ф+П M Т

Рис. 1. Двойная термическая обработка рессорно-пружинных сталей на троостит отпуска (Т).

По данным ГОСТ 14959-79 температура закалки для стали 60С2Н2А составляет 850оС (А3 – 780оС). В качестве охлаждающей среды выбираем масло. Последующий отпуск назначаем при температуре 420оС. Охлаждающая среда – воздух.

Указанный режим термической обработки обеспечивает получение следующих свойств:

δ ≥ 5%, σ0,2 ≥ 1500МПа.

Указанный температурный режим (рис.2) отпуска (420оС) обеспечит необходимые по заданию конечные параметры стали после термообработки:


Закалка 850°С масло, отпуск:

σ0,2, МПа

σв, МПа

δ , %

ψ , %

HB

1570

1710

5

20

420-475



t

А 850оС А

А3 (780оС)

А1 (765оС)


масло 420оС

Мн воздух

Средний

отпуск


Ф+П M Т


Рис. 2. Режим термической обработки стали 60С2Н2А

Структурные превращения при термической обработке.


Сталь 60С2Н2А - сталь перлитного класса. Критические точки стали: А1=765100С, А3=78010оС. 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 60С2Н2А 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 (765оС для стали 60С2Н2А). 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. 3 видно, что фазовая перекристаллизация приводит к измельчению зерна в стали.

Рис.3. 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 60С2Н2А ее структура может иметь кроме мартенсита и некоторое количество остаточного аустенита.


















Рис. 4. Влияние концентрации углерода С на температуру начала Мн и конца Мк мартенситного превращения

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 (470оС).

Нагрев закаленной стали до температуры А1 принято называть отпуском. Отпуск должен обеспечить получение необходимых эксплуатационных свойств стали. Структура стали 60С2Н2А после закалки состоит из мартенсита и остаточного аустенита.

Рассмотрим последовательность процессов при отпуске с повышением температуры. До 80оС диффузионная подвижность мала и распад мартенсита идет медленно. Первое превращение при отпуске развивается в диапазоне 80...200оС 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.

Второе превращение при отпуске развивается в интервале температур 200...260оС (300оС) и состоит из следующих этапов:

1) превращение остаточного аустенита в отпущенный мартенсит;

2) распад отпущенного мартенсита: степень его пересыщенности уменьшается до 0,15...0,2%, начинается преобразование -карбида в - цементит и его обособление, разрыв когерентности;

3) снижение остаточных напряжений;

4) некоторое увеличение объема, связанное с переходом АостМотп.

Третье превращение при отпуске развивается в интервале 300...400оС. При этом заканчивается распад отпущенного мартенсита и процесс карбидообразования. Формируется феррито-карбидная смесь, существенно снижаются остаточные напряжения; повышение температуры отпуска выше 400оС активизирует процесс коалесценции карбидов, что приводит к уменьшению дисперсности феррито-цементититной смеси.

Структуру стали после низкого отпуска (до 250оС) называют отпущенным мартенситом, структуру стали после среднего отпуска

350...500оС – трооститом отпуска; после высокого отпуска 500...600оС – сорбитом отпуска.

В стали 60С2Н2А после полной закалки в масле и среднего отпуска при 420оС образуется структура троостита отпуска.


Основные сведения о стали 60С2Н2А.

Химический состав. Данные по ГОСТ14959-79

Химический элемент

%

Углерод (С)

0.56-0.64

Медь (Cu), не более

0.20

Марганец (Mn)

0.40-0.70

Никель (Ni), не более

1.40-1.70

Фосфор (P), не более

0.025

Кремний (Si)

1.40-1.80

Сера (S), не более

0.025

Хром (Cr), не более

0.30


Случайные файлы

Файл
147183.rtf
176158.rtf
66116.rtf
73831-1.rtf
81046.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.