Московский ордена Ленина, ордена Октябрьской Революции

и ордена Трудового Красного Знамени

государственный технический университет им. Н. Э. Баумана





Факультет: Энергетического машиностроения


Кафедра: Э-8







Домашнее задание по материаловедению






Вариант №Д-2



Студент Ширма М.И.

Группа A Э8-42

Подпись __________


Преподаватель Грес М.А.__

Подпись __________


Дата сдачи:

















2005 г.






Задание №Д-5.


Валы, траверсы, зубчатые колёса, крепёжные детали трубопроводов высокого давления изготавливаются из стали 40xФА.


  1. Укажите и обоснуйте оптимальный режим упрочняющей термической обработки вала из этой стали, обеспечивающей твёрдость в сердцевине до 340 НВ с учетом сквозной прокаливаемости . Построить график термообработки для этой стали в координатах температура – время. Какой максимальный диаметр вала можно изготовить из этой стали.

  2. Опишите структурные превращения, происходящие при термической обработке.

  3. Приведите основные свойства этой стали: ГОСТ, химический состав, влияние легирующих элементов, достоинства, требования к этому виду изделия ,недостатки и др.
















Отчет.

Для изготовления валов, траверс, зубчатых колёс применяют легированные стали. Особенности работы деталей типа вал состоят в том, что в них используют, в основном, твердость 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.

Для обеспечения этих требований сталь должна иметь однород­ную структуру, которая обеспечивается хорошей закаливаемостью и сквозной прокаливаемостью. К группе таких сталей относятся стали перлитного класса с содержанием углерода 0,5..0,7 %, которые для улучшения свойств (прокаливаемость, предел выносливости, релаксационная стойкость, мелкозернистая структура) дополнительно легируют кремнием (1,5..2,8 %), марганцем (0,6..1,2 %), хромом (0,2..1,2 %), ванадием (0,1..0,2 %), вольфрамом (0.8..1.2 %), никелем (1,4..1,7%).


Для данной конструкции можно использовать следующие марки сталей: 40ХФА, 40ХС, 40ХН2МА. Все они при высоком отпуске (600°С) получают необходимые механические свойства. Наиболее рациональным является использование стали 40ХФА, так как относится к широко используемым дешевым материалам. Из-за присутствия хрома в составе для неё характерна отпускная хрупкость, устранение которой требует быстрого охлаждения от температуры высокого отпуска.

В качестве термической обработки используем закалку и высокий отпуск (см рис.1).

НВ340 (=34 HRC) после отпуска при 550-570 °С (HRC =34). Указанный режим термический обработки обеспечивает получение следующих свойств:

0.2 > 880-1100 МПа, в > 960-1160 МПа; 5> 15-19%, >61%.

НВ330-340 после отпуска при 560 °С (HRC =34).

Прокаливаемость при данной НRC(34) ,будет равна 12 мм. , значит максимальный диаметр сечения может составлять 24мм.




Рис. 1По данным ГОСТ 4543-71 температура закалки для стали 40ХФА составляет 835С (Ас3 – 800С). В качестве охлаждающей среды выбираем масло. Последующий отпуск назначаем при температуре 560°С (выше интервала температур необратимой отпускной хрупкости).

Сталь 40ХФА – перлитного класса. До термической обработки она имеет следующую структуру:

Феррит (Ф) + Перлит (П). П (Ф+Fe3C).

Ф=Feα(C) – твердый раствор С в Feα.

На практике при обычных скоростях нагрева (электропечи) под закалку перлит сохраняет свое пластинчатое или зернистое строение до температуры АС1. При нагреве до АС1 (760С) 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 два процесса: полиморфный переход Fe Fe и растворение цементита в аустените.

Общая схема превращения:

Ф+П (Ф+Ц)|АС1 →Ф+Ц+АА+ЦАнеоднородн.Агомогенный , где

Ф – феррит, П – перлит, Ц – цементит, А – аустенит, АС1=760°С.

Образование зерен аустенита происходит с большей скоростью, чем растворение цементита перлита, поэтому необходимо некоторое время поддерживать температуру стали равной температуре закалки для полного растворения цементита и получения гомогенного аустенита. Фазовая перекристаллизация приводит к измельчению зерна в стали. При этом, 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.

Если скорость охлаждения будет больше критической, то будет образовываться мартенсит – неравновесная фаза – пересыщенный твердый раствор внедрения углерода в Fe и остаточный аустенит. Кристаллы мартенсита, имея пластинчатую форму, растут с огромной скоростью, равной 5000 м/с (скорость звука в стали). Росту пластин мартенсита препятствует граница зерна аустенита или ранее образовавшаяся пластина мартенсита (см. рис. 2 б и в).

Рис. 2а Рис.2б Рис.2в

Мартенситное превращение состоит в закономерной перестройке решетки, при которой атомы не обмениваются местами, а лишь смещаются на расстояния, не превышающие межатомные. При этом перестройка решетки происходит по тем кристаллографическим плоскостям исходной модификации, которая по строению одинаковая, а по параметрам близки 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.

При содержании углерода в сплаве ≈ 0,4%, мартенсит имеет очень высокую твердость.

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

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

До t=100…150°C не происходит никаких структурных изменений. Первые превращения развиваются в диапазоне температур 150…250°С и приводит к образованию структуры отпущенного мартенсита – смеси пересыщенного углеродом α-раствора и когерентных с ним частиц карбида. В результате этого существенно уменьшается степень тетрагональности мартенсита (часть углерода выделяется в виде метастабильного ε-карбида – Fe2C), уменьшается его удельный объем, снижаются остаточные напряжения.

Второе превращение при отпуске развивается в интервале температур 350…400°С и состоит из четырех этапов:

  1. превращение остаточного аустенита в отпущенный мартенсит;

  2. распад отпущенного мартенсита: степень его пересыщенности уменьшается до 0,15…0,2%, начинается преобразование ε-карбида в цементит (Fe3C) и его обособление, разрыв когерентности;

  3. снижение остаточных напряжений;

  4. некоторое увеличение объема, связанное с переходом Аост →Мост.

Третье превращение при отпуске происходит в интервале температур 500…650°С. При этом заканчивается распад мартенсита (Мзак→СорбитОТП) и процесс карбидообразования. Формируется ферритокарбидная смесь, существенно снижаются остаточные напряжения; активизируется процесс коалесценции карбидов, что приводит к уменьшению дисперсности феррито-цементитной смеси. Этот последний этап называется высоким отпуском или термическим улучшением.


Случайные файлы

Файл
11195-1.rtf
48730.rtf
6324-1.rtf
138472.rtf
35824.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.