Московский Государственный Технический Университет им. Н.Э.Баумана.










Домашнее задание по курсу:

Материаловедение.





Вариант Д4.













Выполнил:















Москва 2005 г.











Условие задания:



Для изготовления крупногабаритных валов, осей, зубчатых колес используются комплекснолегированные стали.

1. Выберите сталь для изготовления вала диаметром 100мм. Назначьте и обоснуйте упрочняющую термическую обработку для получения в центре вала следующих свойств: σ0,2≥800МПа, KCU≥60Дж/м2, с учетом сквозной прокаливаемости. 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, предъявляемые к этому виду изделий, механические свойства после выбранного режима термической обработки, технологические свойства, влияние легирующих элементов, достоинства и недостатки и др.


































Для изготовления вала диаметром 100мм подходит сталь 40ХН2МА.

В качестве упрочняющей термической обработки для этой стали выберем:

закалка 850С, масло. Отпуск 580С.


Закалка:

Так как сталь доэвтектоидная, то применяется полная закалка.

Критические температуры для 40ХН2МА:

Ас3 = 820 С

Ас1 = 730 С


Исходная структура стали – Ф+П. При нагреве до температуры Ас1 = 730 С начинается аустенитное превращение. На границах зерен феррита и перлита зарождаются аустенитные зерна. Параллельно идут два процесса: полиморфный переход Feα в Feγ и растворение цементита в аустените. Поскольку скорость образования зерен аустенита больше скорости растворения цементита, то необходимо время выдержки, чтобы неоднородный аустенит стал гомогенным. При переходе через точку Ас3 = 820 С структурой стали является аустенит. Для закалки возьмем температуру 850 С. Больше повышать температуру нагрева не следует, так как будет увеличиваться зерно аустенита.

После выдержки непрерывно охлаждаем сталь со скоростью больше vкр. В результате получаем структуру – мартенсит – пересыщенный раствор углерода в α-железе. Чем больше в стали углерода, тем ниже расположены линии начала и конца мартенситного превращения. В данной стали углерода 0,4%, в структуре может остаться некоторое количество остаточного аустенита.

Образовавшийся мартенсит дает повышение твердости и прочности, но при этом накапливаются большие закалочные напряжения. Чтобы снять эти напряжения проводят отпуск. В данном случае проводим высокий отпуск.

Так как выполняется сквозная прокаливаемость, то во всем объме вала получили структуру мартенсита.


Отпуск:

Отпуск при 580С , выдержка 1,5 часа, охлаждение в воде.

При отпуске сталь нагревают всегда ниже линии Ас1.

Первая стадия превращений происходит при нагреве до температуры около 200С. При этом получаем структуру мартенсита отпуска – смесь пересыщенного углеродом α-раствора и частиц ε-карбида. Закалочные напряжения снижаются, так как значительно уменьшается степень тетрагональности мартенсита.

В интервале 200-260С происходит превращение остаточного аустенита в мартенсит отпуска, ε-карбид преобразуется в F3С. В интервале температур 300-400С заканчивается процесс распада отпущенного мартенсита и карбидообразования. Полученная структура – троостит отпуска.

В интервале температур 500-600С происходит третья стадия превращения - сфероидизая цементита. Полученная структура – сорбит отпуска – сочетает хорошие прочностные и вязкостные качества.








График термообработки:



















Основные сведения о стали 40ХН2МА:


Химический состав:



Химический элемент

%

Кремний (Si)

0.17-0.37

Медь (Cu), не более

0.30

Молибден (Mo)

0.20-0.30

Марганец (Mn)

0.30-0.60

Никель (Ni)

1.35-1.75

Фосфор (P), не более

0.025

Хром (Cr)

1.25-1.65

Сера (S), не более

0.025



Область применения:


Крупные изделия: валы, диски, редукторные шестерни, а также крепежные детали.


Механические свойства после выполненной закалки и выского отпуска:



σ0,2, МПа

σв, МПа

d5, %

y, %

KCU, Дж/м2

950

1070

16

58

78

В центре вала σ0,2=800 МПа, КCU=60 Дж/м2


Технологические свойства:


Температура ковки

Начала 1200, конца 800. Сечения до 100 мм охлаждаются на воздухе, 101-350 мм - в яме.

Свариваемость

трудносвариваемая. Способ сварки: РДС. Необходим подогрев и последующая термообработка.

Склонность к отпускной способности

не склонна

Флокеночувствительность

чувствительна

«А» в названии обозначает, что сталь высокого качества.





Влияние легирующих элементов:

Cr 1,25-1,65% - хром: карбидообразующий элемент, сложные карбиды увеличивают прокаливаемость; измельчает аустентное зерно, увеличивает устойчивость аустенита.

Ni 2% - никель: влияет на температуру фазовых превращений, снижает Ас1 и Ас3, наиболее благоприятно влияет на ударную вязкость.

Mo 0,25% - молибден: карбидообразующий элемент, измельчает аустенитное зерно.


Чтобы не было резкого снижения ударной вязкости, вводят несколько элементов, но в небольших количествах.


Требования, предъявляемые к данному виду изделий:

Устойчивость к работе при динамических и циклических нагрузках, а следовательно высокий предел выносливости. Необходим так же достаточно высокий предел прочности.



Недостатки: высокая стоимость, пониженная обрабатываемость резанием, склонность к образованию флокенов.







Использованная литература


    • Марочник сталей.

    • Учебник по предмету Материаловедение(1986г.)

(под общей редакцией Б.Н.Арзамасова)

    • http://www.metaltrade.ru/information.htm

    • Лекции по курсу материаловедения


6




Случайные файлы

Файл
154778.rtf
183718.rtf
144921.rtf
48160.rtf
132239.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.