Московский Государственный Технический Университет имени Н.Э. Баумана

Домашнее задание по курсу «Материаловедение»

Д20

Выполнил студент группы



Преподаватель-консультант

















Москва

2006

Условие задачи


Для наиболее нагруженных зубчатых колес, работающих в условиях высокой температуры (250-350°С), используются комплексно-легированные теплостойкие цементируемые стали: 12Х2НВФА, 20Х3МВФ-Ш, 16Х3НВФМБ-Ш.


1. Зубчатое колесо трансмиссии авиационного двигателя изготавливается из стали 20Х3МВФ-Ш. Назначьте режимы цементации и последующей термической обработки, обеспечивающей эффективную толщину слоя 1,1 – 1,3 мм, твердость на поверхности HRC 59-62 твердость сердцевины HRC 38-42. Постройте график термической обработки, включающий цементацию и последующую термическую обработку в координатах температура-время.


2. Опишите процесс химико-термической обработки, а также структурные превращения, происходящие на поверхности и в сердцевине детали на всех этапах термической обработки.


3. Приведите основные сведения об этой стали:

- химический состав по ГОСТу;

- область применения;

- требования, предъявляемые к этому виду изделий;

- механические и технические свойства;

- влияние легирующих элементов и др.






























Отчет

Цементация - технологический процесс диффузионного насыщения углеродом.


Режим цементации:


Для проведения газовой цементации в качестве карбюризатора будем использовать 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

CH4 2H2 + C


На поверхности деталей протекает ведущая процесс цементации реакция диспропорционирования

2CO CO2 + C,


в результате которой поверхность будет насыщаться углеродом.

Выберем температуру при цементации равную 10000C. Такой температуре соответствует скорость цементации около 0,75 мм/ч. Следовательно, для обеспечения эффективной толщины слоя 1,1 – 1,3 мм время цементации должно составлять 1,5 – 1,7 ч.

После цементации необходима сложная термообработка, состоящая из двойной закалки и низкого отпуска.

При первой закалке деталь необходимо нагреть до температуры (925 + 30...50)°С. При таком нагреве во всем объеме детали образуется аустенит. Нагрев до температур, лишь немного превышающих Ас3 (925°С), вызывает перекристаллизацию сердцевины детали с образованием мелкого аустенитного зерна, что обеспечит мелкозернистость продуктов распада. При такой температуре диффузионный слой переходит в аустенитное состояние, поэтому, чтобы предотвратить выделение цементита, необходимо провести закалку.

При второй закалке деталь нагревают до температуры (815 + 30...50)°С. В процессе нагрева мартенсит, полученный в результате первой закалки, отпускается, что сопровождается образованием глобулярных карбидов, которые в определенном количестве сохраняются после неполной закалки в поверхностной заэвтектоидной части слоя, увеличивая его твердость. 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 снижающий твердость стали. После двойной закалки и низкого отпуска поверхностный слой приобретает структуру отпущенного мартенсита с включениями глобулярных карбидов.

После такой комплексной химико-термической обработки детали содержание углерода в ее поверхностном слое будет 1,2 – 1,4%, а в сердцевине останется 0,2%. Это обеспечит необходимую твердость HRC 59-62 на поверхности, и HRC 38-42 – в сердцевине, которая в свою очередь останется достаточно вязкой.

Изменение структуры сплава в ходе протекания всей этой химико-термической обработки можно представить следующим образом:


1

2

3

4

5

6

7

8

9

Повер.

П+Ф

А0,2

А1,2

П+К

А1,2

М

А+К

М

Мотп

Сердц.

П+Ф

А0,2

А0,2

Ф+П

А0,2

М

А+Ф

Ф+П

Ф+П


1

2

3

4

5

6

7

8

9


Химический состав стали 20Х3МВФ:

Элемент %

Углерод (C) 0.15-0.23

Хром (Cr) 2.80-3.30

Молибден (Mo) 0.35-0.55

Вольфрам (W) 0.30-0.50

Ванадий (V) 0.60-0.85

Кремний (Si) 0.17-0.37

Марганец (Mn) 0.25-0.50

Медь (Cu), не более 0.20

Никель (Ni), не более 0.30

Фосфор (P), не более 0.030

Сера (S), не более 0.025



Область применения:

Крепеж, зубчатые колеса трансмиссии авиационного двигателя и другие детали, работающие при высоких температурах (до 540 – 5600C).


Требования, предъявляемые к этому виду изделий:

Толщина поверхностного слоя, обогащенного углеродом, должна составлять 1,1 – 1,3 мм, твердость на поверхности HRC 59-62 твердость сердцевины HRC 38-42. Температура на участках контакта может достигать 2500С. Данные зубчатые колеса, работающие в условиях высокой температуры 250-350°С, подвергаются воздействию больших, динамически меняющихся нагрузок.







Механические и технические свойства:

Механические свойства при повышенных температурах

t испытания, °C

0,2, МПа

B, МПа

5, %

, %

KCU, Дж/м2

20

730-810

870-910

13

45-50

34-44

200

700

780

12

55

67

300

700

780

10

39

88

400

660

720

10

33

83

500

580-610

600-630

-

44-52

78

550

510-550

530-560

10-12

44

59-78

580

480-500

490-540

11

27-40

59-78

Механические свойства прутков

Термообработка, состояние поставки

Сечение, мм

0,2, МПа

B, МПа

5, %

, %

KCU, Дж/см2

Закалка 1030-1060 °С, масло. Отпуск 660-700 °С, воздух.

90

735

880

12

40

59


Технологические свойства


Температура ковки

Начала 12400C, конца 7800C. Сечения до 50 мм охлаждаются в ящиках, 51-700 мм подвергаются отжигу с одним переохлаждением.

Свариваемость

Ограниченно свариваемая. Способы сварки: РДС - необходимы подогрев и последующая термообработка, КТС.

Обрабатываемость резанием

В отожженном состоянии при НВ 157 и B = 530 МПа K тв.спл. = 1.5, K б.ст. = 1.1.




Предел выносливости


-1

n

B, МПа

0,2, МПа

Термообработка, состояние стали

314-333

107

760

640

Поковка ротора, диаметр бочки 860 мм. Отжиг 9500С. Нормализация 11000С. Закалка 980-10200С, масло. Отпуск 660-6800С.




Физические свойства


Температура испытания, °С

20

100

200

300

400

500

600

700

800

900

Модуль нормальной упругости, ГПа

207

204

200

193

186

182

117

171

164


Плотность, кг/см3

7800




7690

7660

7620




Коэффициент теплопроводности, Вт/(м ·°С)


36

33

32

31

30

29

29



Уд. Электросопротивление, НОм · м


398

465

544

640

743

859

982



Температура испытания, °С

20- 100

20- 200

20- 300

20- 400

20- 500

20- 600

20- 700

20- 800

20- 900

20- 1000

Коэффициент линейного расширения, 10-6/°С

10.6

11.5

11.8

12.1

12.6

13.0





Удельная теплоемкость, Дж/(кг · °С)

502

560

610

650

710

750






Случайные файлы

Файл
18768-1.rtf
157754.rtf
312474.rtf
154912.rtf
115175.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.