П 13 (П-13 грамотно и правильно выполненный(температуры сами подпишите, отпуск средний!!!))

Посмотреть архив целиком


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-15.













Выполнил: Денищук

Группа: СМ9-42
Проверил: Хрулев







2007



ОГЛАВЛЕНИЕ

ОГЛАВЛЕНИЕ 2

Задание 3

Выбор стали 3

Структурные превращения при термической обработке 4

Сталь 40X. Основные данные 6

Список использованной литературы 8



Задание.


Для изготовления пружин, рессор, торсионных валов, буферов и др. упругих деталей машин и механизмов в зависимости от размеров, назначения, условий работы, применяют углеродистые и легированные стали.



  1. Выберите сталь для изготовления автомобильных рессор толщиной 15 мм. Укажите и обоснуйте режим термической обработки, обеспечивающий МПа, δ≥7%. Постройте график термообработки в координатах температура – время с указанием критических точек стали, температуры нагрева, времени выдержки, среды охлаждения.

  2. Опишите структурные превращения, происходящие при термической обработке на всех стадиях.

  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, недостатки и др.

Выбор стали.


Исходя из требуемых характеристик, выбираем сталь 40Х. Её свойства и характеристики удовлетворяют поставленному заданию. Прокаливаемость для стали 40Х.

 1.5

 4.5

 6

 7.5

 10.5

 13.5

 16.5

 19.5

 24

 30

 50.5-60.5

 48-59

 45-57.5

 39-5-57

 35-53.5

 31.5-50.5

 28.5-46

 27-42.5

 24.5-39.5

 22-37.5

Так как необходимо обеспечить прокаливаемость для диаметра 10 мм, значит расстояние от торца должно быть 5 мм, возьмем по таблице для 6 мм - ей соответствует твердость 45-57.5.

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 4543-71 температура закалки для стали 40Х составляет 850С (Ас3 815 С). В качестве охлаждающей среды выбираем воздух. Последующий отпуск назначаем при температуре 500 °С (рекомендованная 500 - 550 °С). Получаемая структура троостита отпуска (мелкодисперсная ферритоцементитная смесь) обеспечивает высокое сопротивление малой пластической деформации. Указанный режим термический обработки обеспечивает получение следующих свойств (минимальные значения):

t отпуска, °С

s0,2, МПа

sB, МПа

d5, %

y, %

KCU, Дж/м2

HB

500  

910

1150

11

49

69  

326  



Температура критических точек


Критическая точка

°С

Ac1

743

Ac3

815

Ar3

730

Ar1

693

Mn

325





Структурные превращения при термической обработке

Сталь 40Х – сталь перлитного класса до термообработки имеет структуру:

Феррит (Ф) + Перлит (П).

П (Ф+Fe3C), Ф=Fe(C) – твердый раствор С в Fe.

На практике при обычных скоростях нагрева (электропечи) под закалку перлит сохраняет свое пластинчатое или зернистое строение до температуры Ас1. При нагреве до Ас1 (743С.) никаких превращений не происходит. 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 2 процесса: полиморфный переход Fe Fe и растворение цементита в аустените.

Представим общую схему превращения:

Ф+П (Ф+Ц) Ас1Ф+Ц+АА+ЦАнеоднородн.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 выше дисперсность структуры перлита (Ф+Ц) и скорость нагрева стали, тем больше возникает центров зарождения аустенита, а следовательно возрастает дисперсность продуктов его распада, что приводит к увеличению пластичности, вязкости, уменьшению чувствительности к концентрации напряжений.

При охлаждении в условиях vохл>vкрит будет образовываться мартенсит – неравновесная фаза – пересыщенный твердый раствор внедрения углерода в Fe и остаточный аустенит (А). Кристаллы мартенсита М, имея пластинчатую форму, растут с огромной скоростью, равной скорости звука в стали(5000м/с). Росту кристаллов мартенсита препятствует граница зерна аустенита или ранее образовавшаяся пластина мартенсита (см рис).


Мартенситное превращение состоит в закономерной перестройке решетки, при которой атомы не обмениваются местами, а лишь смещаются на расстояния, не превышающее межатомные. При этом перестройка решетки происходит по тем кристаллографическим плоскостям исходной модификации, которая по строению одинаковая, а по параметрам близка к определенным плоскостям кристаллической решетки образующей фазы, т.е. выполняется принцип структурного и размерного соответствия. Для мартенситного превращения характерно, что растущие кристаллы мартенсита когерентно связаны с кристаллами исходной фазы. Два кристалла считаются когерентными, если они соприкасаются по такой поверхности раздела, которая является общей для их кристаллических решеток. При нарушении когерентности решеток интенсивный упорядоченный переход атомов из аустенита в мартенсит становится невозможным, и рост кристалла мартенсита прекращается. Мартенсит имеет тетрагональную пространственную решетку. Чем больше углерода было в аустените, тем большее число элементарных ячеек мартенсита будет содержать атом углерода и тем большими окажутся средние искажения пространственной решетки.

Свойства мартенсита сталей зависят от растворенного в нем углерода.

Мартенсит имеет очень высокую твердость равную или превышающую HRC 60, при содержании углерода большем 0,4%.

После мартенситного превращения в стали сохраняется небольшое количество остаточного аустенита (1 – 3%). Затрудненность распада последних порций аустенита связывают с появлением значительных сжимающих напряжений, возникающих вследствие увеличения объема при переходе ГЦК решетки в ОЦК решетку.

Для придания стали требуемых эксплуатационных свойств, после закалки всегда проводят отпуск. При отпуске снижается уровень напряженного состояния ( в, НВ,,).

До t =80C не происходит никаких структурных изменений. Первое превращение при отпуске развивается в диапазоне 80...200C 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...260 C (300 C) 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 Fe3C –цементит и его обособление, разрыв когерентности;

  3. снижение остаточных напряжений:

  4. некоторое увеличение объема, связанное с переходом АостМотп.






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.