МОСКОВСКИЙ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

им. Н. Э. Баумана




Домашнее задание по курсу ”Материаловедение”

Вариант Д19











Студент: Федотов Д.А.

Группа: Э 10-42

Преподаватель: Петелин А.Л.








Москва

2006 г.



Условие задания.

Для наиболее нагруженных зубчатых колёс, работающих в условиях повышенных температур, используются теплостойкие комплексно легированные цементируемые стали.

1.Выберите сталь и назначьте режимы термической и химико-термической обработки для изготовления высоконагруженного зубчатого колеса диаметром 120 мм, максимальным сечением 60 мм. Температура на участках контакта может достигать 250˚С. Постройте график термообработки, включающий цементацию и последующую термическую обработку в координатах температура – время.

2.Опишите процесс ХТО, а так же структурные превращения, происходящие на поверхности и в сердцевине детали на всех этапах термической обработки. Укажите окончательную твёрдость поверхности и сердцевины зубчатого колеса после упрочняющей обработки.

3.Приведите основные сведения об этой детали: химический состав по ГОСТу, область применения, требования, предъявляемые к этому виду изделий, механические и технологические свойства, влияние легирующих элементов и др.




























Выбор стали.

От зубчатых колес требуется износостойкость профилей и торцов зубьев.

Высокая твердость поверхности необходима для затруднения истирания контактных поверхностей при их проскальзывании. Наиболее полно этому требованию удовлетворяют стали, имеющие твердый поверхностный слой, а также вязкую и достаточно прочную сердцевину, способную противостоять действию ударных нагрузок. Сочетание твердой поверхности и вязкой сердцевины достигается химико-термической обработкой низкоуглеродистых сталей или поверхностной закалкой среднеуглеродистых сталей.

Некоторые детали работают в условиях поверхностного износа, испытывая при этом и динамические нагрузки. Такие детали изготавливают из низкоуглеродистых сталей, содержащих 0,10–0,30 % С, подвергая их затем цементации.

Для изделий небольших размеров, деталей неответственного назначения применяют стали 10, 15, 20, для деталей более сложной формы, деталей сильно нагруженных, крупных применяют низколегированные стали с небольшим содержанием углерода. В качестве легирующих элементов в цементуемые стали добавляют хром, никель и др.

Для изготовления наиболее нагруженных зубчатых колёс, работающих в условиях повышенных температур, используются теплостойкие комплексно легированные цементируемые стали: 12Х2НВФА, 20Х3МВФ, 16Х3НВФМБ.

Зубчатое колесо диаметром 120 мм, максимальным сечением 60 мм, в котором температура на участках контакта может достигать 250˚С, предпочтительней изготавливать из стали 20Х3МВФ. Режимы обработки: ХТО (цементация в газовом карбюратизаторе) + упрочняющая ТО (закалка + низкий отпуск).





















Цементация стали.

Технологический процесс диффузионного насыщения углеродом называется цементацией. Обычно после цементации сталь подвергают закалке или отпуску. После такого комплексного процесса концентрация углерода на поверхности стальной детали составляет 0,8-1%, структура низкоотпущенного мартенсита с мелкими сфероидальными карбидами хорошо сопротивляется износу, твердость поверхности равна 750 – 950 HV. Сердцевина детали содержащая 0,08 – 0,25 % С, остается вязкой. Поверхности, не подлежащие цементации, защищают гальваническим омеднением; толщина медного слоя составляет 0,02 – 0,05 мм.

Цементации обычно подвергают также детали машин, которые должны иметь износостойкую рабочую поверхность: зубчатые колеса, валы и пальцы, распределительные валики, кулачки, червяки и т.д.


Цементация в газовом карбюртизаторе.

Исходную среду для цементации (науглероживания) называют карбюратизатором. При газовой цементации в качестве карбюратизатора используют разбавленный природный газ (состоящий почти полностью из метана), контролируемые атмосферы, получаемые в специальных генераторах, а также жидкие углеводороды (керосин, бензол и др.), каплями подаваемые в герметичное рабочее пространство печи, где они образуют активную газовую среду. Основная ведущая реакция при наличии метана:

СН4=2Н2

В зависимости от состава газовой смеси и содержания углерода в стали атмосфера в рабочем пространстве печи может быть науглероживающей, обезуглероживающей и нейтральной. Нейтральному составу соответствует равновесная концентрация углерода на поверхности стали, называемая углеродным потенциалом. Науглероживание будет происходить, если концентрация углерода на поверхности стали будет меньше углеродного потенциала газовой смеси при данной температуре.

Участок диаграммы состояния Fe - Fe3C, а также изменение содержания углеро­да и структуры по толщине цементованного слоя h (схема) tц - температура цементации; tз1> tз2 - температура нагре­ва при первой и второй закал­ке соответственно.



Режимы цементации и последующей термической обработки.

Для данной марки стали цементацию следует проводить при температуре 1000 °С. Для заданных размеров эффективная толщина цементируемого слоя (за нее принимают сумму заэвтектоидной, эвтектоидной и половины доэвтоктоидной зоны) составляет от 1,1 – 1,3 мм. Следовательно, скорость цементации составит 0,75 мм/ч, а время цементации будет составлять 1,2 – 1,7 ч.

Для получения заданного комплекса механических свойств после цементации необходима дополнительная термическая обработка детали. Нужно получить не только высокую поверхностную твердость, но и высокую прочность, а также высокую ударную вязкость. Для обеспечения указанных свойств необходимо мелкое зерно как на поверхности детали, так и в сердцевине. Легирующие элементы данной стали (молибден, вольфрам, ванадий) способствуют уменьшению зерна. Поэтому возможна термическая обработка, состоящая из одной закалки и отпуска, что позволит избежать потери поверхностной твердости. Тем не менее следует проводить две закалки и отпуск, так как это способствует повышению прочности на изгиб.

При первой закалке сталь нагревают до температуры на 30 – 50 °С выше температуры Ас3 цементируемой стали (1030-1060 °С). При таком нагреве во всём объёме детали образуется аустенит. Нагрев до температур, немного превышающих Ас3, вызывает перекристаллизацию сердцевины детали с образованием мелкого аустенитного зерна, что обеспечит мелкозернистость продуктов распада. Чтобы предотвратить выделение цементита, проводят закалку в масле.

При второй закалке деталь нагревают до температуры, превышающей на 30 – 50 °С температуру Ас1. В процессе нагрева мартенсит, полученный в результате первой закалки, отпускается, что сопровождается образованием глобулярных карбидов, которые в определённом количестве сохраняются после неполной закалки в поверхностной заэвтектоидной части слоя, увеличивая его твёрдость. Вторая закалка обеспечивает также мелкое зерно в науглероженном слое.

Окончательной операцией термической обработки является низкий отпуск при 160 – 200°С, уменьшающий остаточные напряжения и не снимающий твёрдость стали.

После двойной закалки и низкого отпуска поверхностный слой приобретает структуру отпущенного мартенсита с включениями глобулярных карбидов. Сердцевина приобретает структуру бейнита или низкоуглеродистого мартенсита. Из-за низкого содержания углерода будет обеспечена достаточно высокая ударная вязкость.




После упрочняющей обработки поверхность приобретает твёрдость НRС 56…62, а сердцевина НRC 38…42.





















Сталь 20Х3МВФ

Вид поставки

Сортовой прокат, в том числе фасонный: ГОСТ 20072-74, ГОСТ 2590-71, ГОСТ 2591-71. Калиброванный пруток ГОСТ 7417-75, ГОСТ 8559-75, ГОСТ 8560-78. Полоса ГОСТ 103-76, ГОСТ 4405-75. Поковки и кованые заготовки ГОСТ 1133-71.

Назначение

роторы, диски, поковки, прутки, крепежные детали, трубы для химической аппаратуры, работающие при температурах до 550 град.



Химический элемент

%

Ванадий (V)

0.60-0.85

Вольфрам (W)

0.30-0.50

Кремний (Si)

0.17-0.37

Марганец (Mn)

0.25-0.50

Медь (Cu), не более

0.20

Молибден (Mo)

0.35-0.55

Никель (Ni), не более

0.30

Сера (S), не более

0.025

Углерод (C)

0.15-0.23

Фосфор (P), не более

0.030

Хром (Cr)

2.80-3.30


Случайные файлы

Файл
4638-1.rtf
22576.rtf
31481.rtf
58696.rtf
123230.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.