Задание

Для изготовления рессор и пружин подвески автомобилей применяют различные по составу углеродистые и легированные стали.

1. Сформулируйте требования, предъявляемые к рессорно-пружинным сталям. Подберите марку легированной стали для изготовления рессоры легкового автомобиля из полосовой стали толщиной 24 мм. Укажите и обоснуйте режим упрочняющей термообработки, обеспечивающей значение твердости HRC 45-48. 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, механические свойства после выбранного режима термической обработки, технологические свойства, влияние легирующих элементов, достоинства и недостатки и др.


























Отчет


1. Требования, предъявляемые к рессорно-пружинным сталям


Для изготовления упругих элементов, в том числе рессор, применяются легированные рессорно-пружинные стали. Пружины, рессоры машин и упругие элементы приборов характеризуются многообразием форм, размеров, различными условиями работы. Особенность их работы состоит в том, что при больших статических, циклических и ударных нагрузках в них не допускается остаточная деформация. В связи с этим пружинные сплавы кроме механических свойств, характерных для конструкционных материалов (прочности, пластичности, вязкости разрушения, выносливости), должны обладать высоким сопротивлением малым пластическим деформациям.

Стали поступают в виде проволоки и ленты, а также горяче- и холоднокатаного проката или катанки, из которых изготовляют пружины. Стали для пружин (ГОСТ 14959-79) должны обладать высокими сопротивлением малым пластическим деформациям (σ0,005, σ0,2), пределом выносливости (σ-1) и релаксационной стойкостью при достаточной пластичности и вязкости.

Для получения этих свойств стали должны содержать более 0,5% С и быть подвергнуты термической обработке — закалке и отпуску или деформационному упрочнению после патентирования.

Путем легирования можно повысить температуру отпуска (выше интервала развития необратимой отпускной хрупкости), что позволяет наряду с высоким сопротивлением малым пластическим деформациям получить хорошие пластичность и вязкость.

Стали должны обладать хорошей закаливаемостью и прокаливаемостью. После закалки мартенситная структура должна быть по всему объему. Присутствие после закалки немартенситных продуктов превращения аустенита (бейнита, ферритно-карбидной структуры, феррита), а также остаточного аустенита ухудшает все пружинные свойства. Чем мельче зерно, тем выше сопротивление стали малым пластическим деформациям. Наличие обезуглероженного слоя на готовых пружинах резко снижает пределы упругости и выносливости.

Более часто для изготовления пружин и рессор используют легированные стали, содержащие 1,5-2,8% Si; 0,6-1,2% Mn; 0,2-1,2% Cr; 0,1-0,25% V; 0,8-1,2% W и 1,4-1,7% Ni. Эти элементы обеспечивают необходимую закаливаемость и прокаливаемость, повышают релаксационную стойкость сталей и предел упругости.

В машиностроении кроме пружинных сталей общего назначения широко применяются пружинные стали и сплавы специального назначения. Кроме высоких механических свойств и сопротивления релаксаций напряжений они должны обладать хорошей коррозионной стойкостью, немагнитностью, теплостойкостью и другими особыми свойствами. К этим сталям относятся высоколегированные мартенситные (высокохромистые коррозионно-стойкие стали), мартенситно стареющие, аустенитные (коррозионно-стойкие, немагнитные и жаропрочные) стали и др.



Подбор марки стали


В соответствии с заданием, необходимо подобрать марку легированной стали для изготовления рессоры легкового автомобиля из полосовой стали толщиной 24 мм. Выбираем сталь 55ХГР, применяемую для изготовления рессор полосовой стали толщиной от 3 до 24 мм. Необходимо указать и обосновать режим упрочняющей термообработки, обеспечивающей значение твердости HRC 45-48. Этой твердости можно достичь, применив термообработку, состоящую в закалке и среднем отпуске (350….450 °С). По данным ГОСТ 14959-79, температура закалки для стали составляет 830 °С (АС3=790°С), в качестве охлаждающей среды используется масло. Твердость HRC 45-48 достигается при температуре последующего отпуска 400…450 °С.



Доэвтектойдные стали, как правило, подвергают полной закалке, при этом оптимальной температурой нагрева является температура АС3 + (30-50°С)Такая температура обеспечивает получение при нагреве мелкозернистого аустенита и, соответственно, после охлаждения- мелкокристаллического мартенсита. Недогрев до температуры АС3 приводит к сохранению в структуре кристаллов доэвтектойдного феррита, что при некотором уменьшении прочности обеспечивает повышенную пластичность закаленной стали.

Закалка – термическая обработка, в результате которой в сплавах образуется неравновесная структура. Для этого сплав нагревают выше температуры фазового превращения в твердом состоянии, после чего быстро охлаждают, чтобы предотвратить равновесное превращение при охлаждении. В Большинстве случаев при закалке желательно получить структуру наивысшей твердости ,т.е мартенсит ,при последующем отпуске которого можно понизить твердость и повысить пластичность стали. В зависимости от температуры нагрева закалку называют полной и неполной. При полной закалке сталь переводят в однофазное аустенитное состояние, то есть нагревают выше критических температур Ас3 или Ас(ст);При неполной закалке сталь нагревают до межкритических температур-между Ас1 и АС3


Отпуском называют термическую обработку ,в результате которой в предварительно закаленных сплавах происходят фазовые превращения ,приближающие их структуру к равновесной .Нагрев закаленных сталей до температур, не превышающих А1.

Сочетание закалки с отпуском практически всегда предполагает получение более высоко уровня свойств(твердости, характеристик прочности, коэрцитивной силы, удельного электрического сопротивления)по сравнению с отожженным состоянием.

.


Указанный режим термической обработки обеспечивает получение HRC = 45…48






2. Структурные превращения при термической обработке


Сталь 55ХГР — доэвтектоидная сталь. Критические точки стали: АС1=750±10°С; АС3=790±10°С. Сталь подвергают полной закалке, при этом её нагревают до образования однородной мелкозернистой аустенитной структуры.

Последующее охлаждение в масле со скоростью большей, чем Vкр (наименьшая скорость охлаждения, при которой аустенит превращается в мартенсит), обеспечивает получение мелкозернистого мартенсита.


Рассмотрим превращения, происходящие в стали 55ХГР при нагреве исходной равновесной структуры Ф+Ц. На практике, при обычных скоростях нагрева под закалку перлит сохраняет своё пластинчатое или зернистое строение до температуры АС1 (750°С для стали 55ХГР). При температуре АС1 в стали происходит превращение перлита в аустенит. Зерна аустенита зарождаются в основном на границах фаз феррита и цементита. При этом параллельно развиваются 2 процесса:

  1. полиморфный переход Feα-›Feγ

  2. растворение цементита в аустените


Схема превращения:

П(Ф+Ц)|АС1-›Ф+Ц+А-›А+Ц-›Анеоднородный-›Агомогенный


Образование зерен аустенита происходит с большей скоростью, чем растворение цементита перлита, поэтому необходима выдержка стали при температуре закалки для полного растворения цементита и получения гомогенного аустенита.

Фазовая перекристаллизация приводит к измельчению зерна в стали. При этом, чем дисперснее структура перлита (Ф+Ц) и чем выше скорость нагрева стали, тем больше центров зарождения аустенита, и, следовательно, возрастает дисперсность продуктов его распада. Увеличение же дисперсности продуктов распада аустенита приводит к увеличению пластичности, вязкости, уменьшению чувствительности к концентраторам напряжений.

Далее следует закалка в масле. При непрерывном охлаждении в стали с Vохл>Vкр аустенит превращается в мартенсит. Мартенситное превращение развивается в сталях с высокой скоростью. При этом необходимо учитывать, что с увеличением % С точки Мн и Мк понижаются. В результате закалки стали 55ХГР структура может иметь кроме мартенсита и некоторое количество остаточного аустенита. Полученный мартенсит представляет собой пересыщенный твёрдый раствор углерода в α-железе и имеет тетрагональную кристаллическую решетку. Атомы углерода занимают в основном октаидрические поры.

Образование в результате закалки мартенсита приводит к большим остаточным напряжениям, повышению твердости, прочности, однако при этом возрастает склонность к хрупкому разрушению, что требует проведения дополнительного последующего отпуска.


Превращения в закаленной стали при среднем отпуске (450°С)


Нагрев закаленной стали до температуры меньшей АС1 принято называть отпуском. Отпуск должен обеспечить получение в стали необходимых эксплуатационных свойств. Структура стали 55ХГР после закалки состоит из мартенсита и остаточного аустенита.

При отпуске происходят несколько процессов. Основной — распад мартенсита, состоящий в выделении углерода в виде карбидов. Фазовые превращения при отпуске принято разделять на 3 превращения в зависимости от изменения удельного объема стали:


Случайные файлы

Файл
166255.rtf
CBRR1710.DOC
185370.rtf
33556.rtf
90660.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.