МГТУ им. Баумана








Домашнее задание по курсу:

«Материаловедение»






Выполнил: студент Великанов А.А.

группа Э6-41








2005 г.

Вариант Д-23.

  1. Выберите сталь для изготовления коленчатого вала теплового двигателя диаметром шейки 150 мм. Укажите режимы предварительной термической обработки и ХТО, обеспечивающие механические свойства сердцевины σ>785 МПа, δ>10%, толщину слоя 0.6-0.7 мм. Постройте график термообработки, включая предварительную термическую обработку и азотирование, в координатах температура-время с указанием: температуры нагрева, времени выдержки, среды охлаждения. Опишите процесс азотирования, указав его назначение, преимущество и недостатки.

  2. Опишите структурные превращения, происходящие в детали на всех уровнях термической обработки. Укажите структуру и твёрдость стали на поверхности и в сердцевине вала после упрочнения.

  3. Приведите основные сведения об этом сплаве: химический состав по ГОСТ, область применения, механические и технологические свойства, влияние легирующих элементов, достоинства и недостатки и др.
















Для изготовления коленчатого вала теплового двигателя подходит сталь 45ХФА.

Сталь 40ХФА обладает стойкостью к росту зерна, имеет высокие механические показатели. Для устранения склонности к обезуглероживанию нагрев под закалку следует проводить в контролируемой атмосфере. Примем первый вариант термической обработки: закалку и средний отпуск. По данным ГОСТ 4543-71 температура закалки для стали составляет 880 °С (Ас3 - 810 °С). В качестве охлаждающей среды выбираем масло. Последующий отпуск назна­чаем при температуре 650 °С (выше интервала температур необратимой отпускной хрупкости). Получаемая структура троостита отпуска (мелкодисперсная ферритоцементитная смесь) обеспечивает высокое сопротивление малой пластической деформации.

Состав насыщающей среды

Режим азотирования

Глубина слоя, (мм)

Т, °С

τ, ч

Азотирование двухступенчатое

20  % NH3 степень диссоциации 20–40 %

500–520

15–20

0,5–0,8

40–45

540–560

25–40

0,5–0,8



Процесс азотирования.

Азотированием называют процесс диффузионного насыщения азотом поверхностной зоны деталей. Азотирование применяют для повышения износостойкости и предела выносливости деталей машин (коленчатые валы, гильзы цилиндров, червяки, валики, шестерни и др.)

До азотирования детали подвергают закалке, высокому отпуску (улучшению) и чистовой обработке. После азотирования детали шлифуют или полируют.

Обычное азотирование проводят при температуре 500-600 С в муфелях или контейнерах, через которые пропускается диссоциирующий аммиак. Вероятно, что на стальной поверхности происходит реакция диссоциации аммиака с выделением ионов азота, которые адсорбируются поверхностью детали, а затем диффундируют вглубь.

При медленном охлаждении после азотирования вследствие переменной растворимости азота в α- и ε-фазах происходит выделение вторичной γII-фазы.

При азотировании углеродистых сталей с увеличением содержания углерода уменьшается диффузии азота и возможно образование карбонитридных фаз. Азотированная сталь, имеющая на поверхности слой ε-фазы, коррозионностойка в воде и в атмосферных условиях.

По сравнению с цементованными азотированные слои легированных сталей имеют более высокие твёрдость и износостойкость. Однако азотирование используют реже, чем цементацию, из-за большей длительности процесса и меньшей толщины упрочнённого слоя, что ограничивает контактные нагрузки на поверхность детали.


Структурные превращения при термической обработке.

Сталь 40ХФА - сталь перлитного класса. Критические точки стали: Ас1 = 760 ± 10 °С, Ас3 = 800 ± 10 "С. Сталь подвергают полной закалке, при этом ее нагревают до образования однородной мелкозернистой аустенитной структуры.

Последующее охлаждение в масле со скоростью большей, чем кр (наименьшая скорость охлаждения, при которой аустенит превращается в мартенсит), обеспечивает получение мелкозернистого мартенсита.

Рассмотрим превращения, происходящие в стали 40ХФА при нагреве исходной равновесной структуры Ф + Ц. На практике при обычных скоростях нагрева (электропечи) под закалку перлит сохраняет свое пластинчатое или зернистое строение до температуры Aс1 (760 °С для стали 40ХФА). 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 pacтворение цементита в аустените. Образование зерен аустенита происходит с большей скоростью, чем растворение цементита, поэтому необходима выдержка стали при температуре закалки для полного растворения цементита и получения гомогенного аустенита. При этом, чем выше дисперсность структуры перлита (Ф + П) и скорость нагрева стали, тем больше возникает центров зарождения аустенита, а следовательно, возрастает дисперсность продуктов его распада. Увеличение же дисперсности продуктов распада аустенита приводит к увеличения пластичности, вязкости, уменьшению чувствительности к концентраторам напряжений.

Изменения структуры стали при закалке в масло. При непрерывном охлаждении в стали с υ0 > υкр аустенит превращается в мартенсит. Мартенситное превращение развивается в сталях с высокой скоростью (~ I000...7000 м/с) в интервале температур Мн ... Мк. При этом необходимо учитывать, что с увеличением содержания углерода в стали температуры Мн и Мк понижаются (точки Мн и Мк изменяют свое положение на графике (см. рис. 6). Введение легирующих элементов также изменяет положение точек Мн и Мк . Например, введение кремния их повышает. В результате закалки стали 40ХФА ее структура может иметь кроме мартенсита и неко­торое количество остаточного аустенита. Образование в результате закалки мартенсита приводит к большим остаточным напряжениям, повышению твердости, прочности, однако при этом возрастает склонность к хрупкому разрушению, что требует проведения дополнительно последующего отпуска.

Нагрев закаленной стали до температуры Aс1 принято называть отпуском. Отпуск должен обеспечить получение необходимых эксплуатационных свойств стали. До 80 °С диффузионная подвижность мала и распад мартенсита идет медленно. Первое превращение при отпуске развивается в диапазоне 80... 200 °С и приводит к формированию структуры отпущенного мартенсита - смеси пересыщенного углеродом α-раствора и когерентных с ним частиц ε-кaрбида. В результате этого существенно уменьшаются степень тетрагональности мартенсита, уменьшается его удельный объем, снижаются остаточные напряжения.

Второе превращение при отпуске развивается в интервале температур 200...260 °С (300°С) и состоит из следующих этапов:

1) превращение остаточного аустенита в отпущенный мартенсит;

2) распад отпущенного мартенсита: степень его пересыщенности уменьшается до 0,15...О,2 %, начинается преобразование ε-карбида в Fе3C - цементит и его обособление, разрыв когерентности;

3) снижение остаточных напряжений;

4) некоторое увеличение объема, связанное с переходы Аост->Мотл

Третье превращение при отпуске развивается в интервале 300......400 'С. При этом

заканчивается распад отпущенного мартенсита и процесс карбидообразования. Формируется феррито-карбидная смесь, существенно снижаются остаточные напряжения; повышение температуры отпуска выше 400 "С активизирует процесс коалесценции карбидов, что приводит к уменьшению дисперсности феррито-цементитной смеси.

Структуру стали после низкого отпуска (до 250 °С) называют отпущенным мартенситом, структуру стали после среднего отпуска 350...500 °C - трооститом отпуска; после высокого отпуска 500....600 °С сорбитом отпуска. В стали 40ХФА после полной закалки в масле и среднего отпуска при 600 °С образуется структура троостита отпуска.


Сталь 40xФА. Основные данные.

1. ГОСТ 4543-71. Рессорно-пружинные стали.

2. Химический состав. %.

С - 0,37-0,44

Si - 0,17-0,37

Mn - 0,5-0,8

Cr - 0,80-1,1

Ni - 0,3

Р - 0,025

S - 0,025

Cu - 0,30

Ni - 0,30

V - 0,10-0,18


3. Применение: Шлицевые валы, штоки, установочные винты, траверсы, валы экскаваторов и др.

4. Влияние легирующих элементов.

Кремний положительно влияет на структуру, механические и технологические свойства стали: сникает критическую скорость охлаждения и увеличивает прокаливаемость, уменьшает скорость распада мартенсита, сильно упрочняет феррит, повышает прочность, твердость и прежде всего упругие свойства стали, увели­чивает сопротивление коррозии, снижает вязкость. Такое влияние кремния на свойства связано с его воздействием на матричную фазу и карбиды. Кремний способен создавать в твердом рас­творе направленные ионные связи, которые должны увеличивать напряжения трения в кристаллической решетке и тем самым повышать сопро­тивление движению дислокации, особенно при малых пластических де­формациях (упрочняющий эффект).


Случайные файлы

Файл
163963.rtf
25499-1.rtf
58834.rtf
101335.rtf
56736.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.