Министерство образования Российской Федерации

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

им. Н.Э. БАУМАНА

Факультет “Э”







Домашнее задание по материаловедению


Вариант П-11










Выполнил: Карасев А.В.

группа Э7- 41


Проверил: Фахуртдинов Р.С.










Москва, 2007г.

Задание №П-11

Для пружин ответственного назначения, работающих в условиях динамических и знакопеременных нагрузок при повышенных температурах, применяют комплексно-легированные стали ,


1.Укажите и обоснуйте режим термической обработки клапанной пружины двигателя легкового автомобиля, изготовленной из стали марки 50ХФА, для получения σ0,2 > 1200 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, объявленное к этому виду изделий, влияние легирующих элементов и др.

































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 достаточных 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 (450...620 °С) на троостит отпуска. Применение находит также изотермическая закалка на нижний бейнит.

Примем первый вариант термической обработки: закалку и средний отпуск. По данным ГОСТ 14959-79 температура закалки для деталей - пружин из стали 50ХФА составляет 840-860 °С (Ас3 - 788 °С). В качестве охлаждающей среды выбираем масло. Последующий отпуск назначаем при температуре 435 °С (рекомендованная 420-450 °С). Получаемая структура троостита отпуска (мелкодисперсная ферритоцементитная смесь) обеспечивает высокое сопротивление малой пластической деформации. Указанный режим термический обработки обеспечивает получение следующих свойств (минимальные значения): 0.2 > 1270 MПa, b > 1470 МПа; > 12 % >30%.

НRC44-49 после отпуска при 435°С.

Температура критических точек

Критическая точка

°С

Ac1

752

Ac3

788

Ar3

746

Ar1

688

Mn

300





Структурные превращения при термической обработке

Сталь 50ХФА - углеродистая сталь. Сталь подвергают полной закалке (рис. 1), при этом ее нагревают до образования однородной мелкозернистой аустенитной структуры (рис. 2).

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

Рассмотрим превращения, происходящие в стали 50ХФА 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 Aс1. При температуре Ас1 , 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

Fe->Fe и pacтворение цементита в аустените.

Представим общую схему превращения:

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

Из рис. 3 видно, что фазовая перекристаллизация приводит к измельчению зерна в стали.

При этом, чем выше дисперсность структуры перлита (Ф + П) 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 закалке в масло. При непрерывном охлаждении в стали с υ0 > υкр аустенит превращается в мартенсит. Мартенситное превращение развивается в сталях с высокой скоростью (~ I000...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 (см. рис. 4)). Введение легирующих элементов также изменяет положение точек Мн и Мк . Например, введение кремния их повышает. В результате закалки стали 70 ее структура может иметь кроме мартенсита и неко­торое количество остаточного аустенита.

Полученный мартенсит представляет собой пересыщенный твердый раствор углерода в α-железе и имеет тетрагональную кристаллическую решетку. Атомы углерода занимают в основном октаэдрические 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 дополнительно последующего отпуска.

Превращения в закаленной стали при среднем отпуске (435 oС). Нагрев закаленной стали до температуры Aс1 принято называть отпуском. Отпуск должен обеспечить получение необходимых эксплуатационных свойств стали. Структура стали после закалки состоит из мартенсита и остаточного аустенита.

Рассмотрим последовательность процессов при отпуске с повышением температуры. До 80°С диффузионная подвижность мала и распад мартенсита идет медленно. Первое превращение при отпуске развивается в диапазоне 80... 200°С и приводит к формированию структуры отпущенного мартенсита - смеси пересыщенного углеродом α-раствора и когерентных с ним частиц ε-кaрбида. В результате этого существенно уменьшаются степень тетрагональности мартенсита (часть углерода выделяется в виде метастабильного е-карбида), уменьшается его удельный объем, снижаются остаточные напряжения.

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

  1. превращение остаточного аустенита в отпущенный мартенсит;

  2. распад отпущенного мартенсита: степень его пересыщенности уменьшается до 0,15...О,2 %, начинается преобразование ε-карбида в Fе3C - цементит и его обособление, разрыв когерентности;

  3. снижение остаточных напряжений;

  4. некоторое увеличение объема, связанное с переходом Аост->Мотл

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

Структуру стали после низкого отпуска (до 250˚С) называют отпущенным мартенситом, структуру стали после среднего отпуска 350...500˚C - трооститом отпуска; после высокого отпуска 500....600°С сорбитом отпуска. В стали 50ХФА после полной закалки в масле и среднего отпуска при 435 0С образуется структура троостита отпуска.



Сталь 50ХФА. Основные данные


1. ГОСТ 14959-79. Рессорно-пружинные стали.


2. Химический состав. %.

Химический элемент

%

Углерод (С)

0.46-0.54

Хром (Cr)

0.80-1.10

Ванадий (V)

0.10-0.20

Марганец (Mn)

0.50-0.80

Кремний (Si)

0.17-0.37

Медь (Cu), не более

0.20

Никель (Ni), не более

0.25

Фосфор (P), не более

0.025

Сера (S), не более

0.025







3.Механические свойства

Термообработка, состояние поставки

Сечение, мм

s 0,2 , МПа

s B , МПа

d 5 , %

KCU, Дж/м 2

HB

HRC э

Пружины. Закалка 840-860 °С. Отпуск 420-450 °С

20

1430

1570

6

60

 

44-50


Случайные файлы

Файл
21595.doc
120849.doc
159869.rtf
90484.rtf
37044.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.