П-10 Андреев зачел ) (П-10)

Посмотреть архив целиком


i




МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

им. Н. Э. БАУМАНА

















Домашнее задание по курсу:

«Материаловедение»

Задание П-10









Студент: Аниконов Д.Д.

Группа: МТ6-51

Преподаватель: Андреев П.П.









Москва 2015г.

Задание № П10


Для аккумулирования энергии при заводе часовых механизмов используются плоские спиральные пружины, изготовленные из тонкой ленты сталей: У8А – У12А, 60С2А, 60С2ХА, 60С2ХФА, 65С2ВА,70С2ХА.

1. Подберите марку легированной стали для пружин часовых механизмов, изготовленных из ленты толщиной 0,6 мм. Укажите и обоснуйте режим термической обработки, обеспечивающей σ0,2 ≥1600 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 встали на всех стадиях термической обработке.

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


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. В связи с этим стали должны иметь большое сопротивление малым пластическим деформациям, т.е. высокие пределы упругости (текучести) и выносливости. Кроме того, важной характеристикой сталей данного типа является релаксационная стойкость.

Для обеспечения этих требований сталь должна иметь однородную структуру, которая обеспечивается хорошей закаливаемостью и сквозной прокаливаемостью (структура мартенсита по всему сечению детали после закалки). Наличие в структуре стали феррита, остаточного аустенита снижает упругие свойства детали. В свою очередь сопротивление малым пластическим деформациям возрастает с уменьшением размера зерна стали.

К группе рессорно-пружинных сталей общего назначения относятся стали перлитного класса с содержанием углерода 0,5...0,7%, которые для улучшения свойств (прокаливаемость, предел выносливости, релаксационная стойкость, мелкозернистая структура) дополнительно легируют различными элементами.

В настоящее время для аккумулирования энергии при заводе часовых механизмов используются плоские спиральные пружины, изготовленные из тонкой ленты сталей: У8А – У12А, 60С2А, 60С2ХА, 60С2ХФА, 65С2ВА,70С2ХА.



Рассмотрим все данные нам стали в марочниках сталей и выберем наиболее подходящую:


При термической обработке стали 60С2А мы не сможем получить σ0,2 ≥1600 МПА, причем еще эта сталь обладает повышенной склонностью к обезуглероживанию.

Если взять сталь 60С2ХФА, то мы обеспечим оба параметра: σ0,2 ≥1600 МПА, δ ≥ 5 % , но нас не совсем устраивают её технологические свойства: замедленное охлаждение и склонность к отпускной хрупкости.

Сталь 70С2ХА также обеспечивает заданные условием параметры: σ0,2 ≥1600 МПА, δ ≥ 5 %, но при этом она имеет склонность к обезуглероживанию и низкую коррозийную стойкость.

Рассмотрев в марочнике сталей все стали от У8 до У12 видно, что после термической обработки, ни одна из них не будет соответствовать заданным условиям σ0,2 и δ.

Оставшиеся две стали 60С2ХА и 65С2ВА очень похожие по свойствам после термической обработки и для обеих сталей выполняется условие σ0,2 ≥1600 МПА, δ ≥ 5 %. Но в свою очередь сталь 65С2ВА используется для изготовления пружин, способных выдержать гораздо более серьезные нагрузки. Нам же для изготовления плоских спиральных пружин для завода часовых механизмов будет достаточно стали 60С2ХА.




Режим термообработки стали.


Сталь 6ОС2ХА

В соответствии с заданием необходимо выбрать режим термообработки стали.

Сталь 60С2ХА содержит 0,6% C и является конструкционной доэвтектоидной сталью.

Критические точки стали: А1=76510 0С, А3=78010 оС. Наиболее оптимальным режимом термообработки является закалка и средний отпуск.


Сталь подвергают полной закалке, при этом ее нагревают до образования однородной структуры.

Отпуск производим при температуре 420°С (средний отпуск), выше температуры необратимой отпускной хрупкости, охлаждающая среда – вода. Получаемая структура троостита отпуска обеспечивает высокое сопротивление малой пластической деформации при HRC = 45…50, при этом σ0,2 ≥1600 МПа и δ ≥ 5 %.

































Структурные превращения при термической обработке.



T = 0.6 - 1.8 мин ( время выдержки )

А 850оС А

А3 (780оС)

А1 (765оС)


масло 420оС

Мн воздух

Средний

Мк отпуск

Ф+П M Тотп



Режим термической обработки стали 60С2ХА


Закалка:


При нагреве до температуры 765С 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 850 – 870 С мы получили однофазную структуру = аустенит, при этом при повышении температуры после 850 – 870 С зерно растет.

Последующее охлаждение в масле со скоростью большей, чем , обеспечивает получение мелкозернистого мартенсита. 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. Для стали 60С2ХА Мн = 290 оС , Мк = 0 оС. Поэтому в результате закалки весь аустенит полностью переходит в мартенсит.

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.






Отпуск:


Последовательность процессов при отпуске:


1) До 80 оС диффузионная подвижность мала и распад мартенсита идет медленно.


2) Первое превращение при отпуске развивается в диапазоне 80...200 оС 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.


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


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

3.2) снижение остаточных напряжений;


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




В стали 60С2ХА после полной закалки в масле и среднего отпуска при 400-420 оС образуется структура троостита отпуска – высокодисперсная смесь феррита и цементита с межпластиночным расстоянием 0,1-0,2 мкм.




 












Сталь 60С2ХА. Основные данные.


Заменитель – стали: 60С2ХФА, 60С2Н2А


Вид поставки – Полоса ГОСТ 4405-75


Температура критических точек, °С


Ac1

Ac3

Мн

Мк

765

780

290

0


Химический состав, %

C

Si

Mn

Cr

Cu

Ni

S

P

Не более

0,56-0,64

1,4-1,8

0,40-0,70

0,70-1,00

0,20

0,25

0,025

0,025


Влияние легирующих элементов:


Кремний сильно упрочняют феррит и способствуют повышению характеристик прочности стали после термической обработки. Влияние дополнительного легирования хромом проявляется в уменьшении критической скорости охлаждения и повышении прокаливаемости. Хром предупреждают обезуглероживание пружин при нагреве под закалку


Технологические свойства

Прокаливаемость достигает 18 мм.

Температура ковки, °С: начала 1200, конца 800

Свариваемость – не применяется для сварных конструкций.

Флокеночувствительность – не чувствительна.

Склонность к отпускной хрупкости – не склонна.


Применение

Крупные высоконагруженные пружины, рессоры ответственного назначения, торсионные валы, пневматические зубила.

Достоинства

Недостатки

Высокие механические свойства (σ0,2, σВ, σT, HRC)

Склонность к обезуглероживанию, поверхностным дефектам;

невысокая прокаливаемость;

малосклонность к росту зерна

Литература


  1. Рахштадт А. Г. Пружинные стали и сплавы. 3-е издание переработанное и дополненное М.: Металлургия, 1982. 400 с.


  1. Материаловедение: Учебник для вузов / Б.Н. Арзамасов, В.И. Макарова, Г.Г. Мухин и др.; Под общей редакцией Б.Н. Арзамасова, Г.Г. Мухина. – 8-е издание, стереотип. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1986г.. – 648 с.


  1. Марочник сталей и сплавов, под редакцией Сорокина В.Г. М.: Машиностроение, 2003 г. 640с.


  1. Марочник сталей и сплавов под ред. заслуженного деятеля науки РФ, доктора технических наук, профессора А.С. Зубченко 2-е издание переработанное и дополненное 2003г. 780с.


  1. Выбор материала и технологии термической обработки деталей и инструментов: методические указания к выполнению домашнего задания по дисциплине «Материаловедение» / А.А. Зябрев, Г.Г. Мухин, Р.С. Фахуртдинов — М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2011 — 18 c.


  1. Курс лекций по «Материаловедению» кандитата технических наук,

доцента кафедры МТ8 Хововой Ольги Михайловны











Случайные файлы

Файл
184385.doc
151501.rtf
ref-16449.doc
3102-1.rtf
43400.rtf