МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИМ. Н.Э.БАУМАНА



















Домашнее задание по курсу ”Материаловедение”

Вариант Д-20





















Выполнил: студент гр. Э7-42 Валов А.Д.

Проверила : Гресс М.А.






Москва 2006г.

Условие задания


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 HRC59-62 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 о стали:

- химический состав по ГОСТу;

- область применения;

- требования, предъявляемые к этому виду изделий;

- механические и технологические свойства;

- влияние легирующих элементов и др.






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.


Газовый карбюратизатор

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.


Режимы цементации и последующей термической обработки

Для данной марки стали цементацию следует проводить при температуре 1000 °С. При заданной эффективной толщине цементируемого слоя (за нее принимают сумму заэвтектоидной, эвтектоидной и половины доэвтоктоидной зоны) от 1,1 – 1,3 мм скорость цементации составит 0,75 мм/ч. Следовательно, 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 это способствует повышению прочности на изгиб, что важнее в данном случае.

При первой закалке сталь нагревают до температуры на 30 – 50 °С выше температуры Ас3 цементируемой стали (930 - 1000 °С) и закаливают в масле.

При второй закалке деталь нагревают до температуры, превышающей на 30 – 50 °С температуру Ас1 цементируемой стали (830 – 870 °С) и закаливают в масле.

При отпуске сталь находится при температуре 660 – 700 °С.








Цементация Закалка Отпуск












Процесс химико-технической обработки

Типичная сруктура цементованного слоя на поверхности низкоуглеродистой стали после медленного охлаждения от температуры цементации. Наружная часть слоя, содержащая более 0,8 % С имеет структуру заэвтектоидных сталей – перлит и вторичный цементит, который при медленном охлаждении выделяется на границе аустенитных зерен в виде оболочек. Средняя часть слоя, имеющая эвтектоидную концентрацию, состоит из перлита. Далее по направлению к сердцевине, концентрация С уменьшается, структура соответствует доэвтектоидной стали, причем количество перлита уменьшается при приближении к сердцевине. Структура после цементации получается крупнозернистой, в связи с длительной выдержкой детали при температуре науглероживания.

Для обеспечения высокой прочности на изгиб и ударной вязкости необходимо мелкое зерно, как на поверхности детали, так и в сердцевине.

При первой закалке во всем объеме детали образуется аустенит. Нагрев до температур, лишь немного превышающих Ас3 вызывает перекристаллизацию сердцевины детали, с образование мелкого аустенитного зерна, что обеспечит мелкозернистость продуктов распада. При температуре первой закалке весь диффузионный слой переходит в аустенитноет состояние, поэтому, чтобы предотвратить выделение цементита проводят закалку.

При второй закалке мартенсит, полученный в конце первой закалки отпускается, что сопровождается образованием глобулярных карбидов, которые в определенном количестве сохранются 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, уменьшающий остаточные напряжения и не снижающий твердость стали.

После двойной закалки и низкого отпуска поверхностный слой приобретает структуру отпущенного мартенсита с включениями глобулярных карбидов. Структура сердцевины детали – низкоуглеродистый мартенсит. Обеспечивается высокая ударная вязкость.



Характеристика материала 20Х3МВФ

Классификация: Сталь жаропрочная релаксационностойкая

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


Требования к данному виду изделий: детали должны иметь твердую поверхность, высокую прочность на изгиб и при этом вязкую и прочную сердцевину, устойчивую к воздействию циклических и ударных нагрузок. Необходим также высокий предел выносливости и достаточно высокий предел прочности.



Влияние легирующих элементов

Хром – растворяясь в феррите и цементите он оказывает благоприятное влияние на механические свойства стали.

Молибден и вольфрам – дорогие и остродефицитные карьидообразующие элеиенты, которые большей частью находятся в карбидах. Основная цель введения – уменьшение склонности к отпускной хрупкости второго рода. Улучшение свойств комплекснолегированных сталей в результате измельчения зерна. Повышение стойкости к отпуску увеличение прокаливаемости.

Ванадий – сильный карбидообразователь. Его добавляет в небольшом количестве в стали, содержащие хром для измельчения зерна. Повышенное содержание этого элемента, также как молибдена и вольфрама недопустимо, из-за образвования специальных труднорастворимых при нагреве карбидов. Избыточные карбиды снижают прокаливаемость и, располагаясь по границе зерен, способствуют хрупкому разрушению.

Химически состав


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
178890.rtf
57076.rtf
82187.rtf
19220-1.rtf
122909.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.