Московский Государственный Технический Университет им. Н. Э. Баумана


















Домашнее задание

по курсу

Материаловедение









Студент: Воюшина Т.А.

Группа: Э 9-42

Преподаватель: Сафонова

















Москва 2005г.

Задание № П10

Для аккумулирования энергии при заводе часовых механизмов используются плоские спиральные пружины, изготовленные из тонкой ленты сталей: У8А – У12А, 60С2А, 60С2ХА, 60С2ХФА, 65С2ВА,70С2ХА.

1. Подберите марку легированной стали для пружин часовых механизмов, изготовленных из ленты толщиной 0,6 мм. Укажите и обоснуйте режим термической обработки, обеспечивающей σ0,2 ≥1600 МПА, δ ≥ 5 %.Постройте график термообработки в координатах температура-время с указанием: критических точек стали, температуры нагрева ,времени выдержки, среды охлаждения.

2. Опишите структурные превращения, происходящие встали на всех стадиях термической обработке.

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.






































Отчет


Особенности работы деталей типа упругих элементов состоят в том, что в них используют в основном упругие свойства стали и не допускают возникновение пластической деформации при нагрузке (статической, динамической, ударной). В связи с этим стали должны иметь большое сопротивление малым пластическим деформациям, т.е. высокие пределы упругости (текучести) и выносливости. Кроме того, важной характеристикой сталей данного типа является релаксационная стойкость.

Для обеспечения этих требований сталь должна иметь однородную структуру, которая обеспечивается хорошей закаливаемостью и сквозной прокаливаемостью (структура мартенсита по всему сечению детали после закалки). Наличие в структуре стали феррита, продуктов эвтектоидного распада, остаточного аустенита снижает упругие свойства детали. Известно, что сопротивление малым пластическим деформациям возрастает с уменьшением размера зерна стали.

К группе рессорно-пружинных сталей общего назначения относятся стали перлитного класса с содержанием углерода О,5...0,7%, которые для улучшения свойств прокаливаемость, предел выносливости, релаксационная стойкость, мелкозернистая структура) дополнительно легируют кремнием (1,5...2,8%), марганцем (0,6...1,2 %), хромом (0,2...1,2 %), ванадием (0,1...0,2 %), вольфрамом (0,8...1,2 %), никелем (1,4...1,7 %).

В настоящее время для аккумулирования энергии при заводе часовых механизмов используются плоские спиральные пружины, изготовленные из тонкой ленты сталей: У8А – У12А, 60С2А, 60С2ХА, 60С2ХФА, 65С2ВА,70С2ХА. Выбираем сталь 60С2ХА, которая относится к широко используемым дешевым сталям для изготовления упругих элементов сечением до 0.6 мм. Эта сталь обладает стойкостью к росту зерна, имеет высокие механические показатели. Для устранения склонности к обезуглероживанию нагрев под закалку следует проводить в контролируемой атмосфере.



















Рис. 1. Режим термической обработки стали 60С2ХА

Структурные превращения при термической обработке.

Сталь 6ОС2ХА - сталь перлитного класса. Критические точки стали: А1=76510 0С, А3=78010 оС. Сталь подвергают полной закалке, при этом ее нагревают до образования однородной структуры.

При нагреве до температуры 765С структура сплава остается постоянной – перлит. Как только пройдена точка Ас1 на границах зерен перлита начинает зарождаться аустенит. В нашем случае мы имеем полную закалку, т.к. температура превышает Ас3 , то весь перлит переходит в аустенит. Таким образом, нагрев до 850 – 870 С мы получили однофазную структуру = аустенит, при этом при повышении температуры после 850 – 870 С зерно растет.

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

Изменения структуры стали при закалки в масло. При непрерывном охлаждении в стали с аустенит превращается в мартенсит. Мартенситное превращение развивается в сталях с высокой скоростью (1000...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). Введение легирующих элементов также изменяет положение точек МН и Мк. Например введение кремния их повышает. В результате закалки стали 60С2ХА весь аустенит полностью переходит в мартенсит.(стр.169 график)






















Рис.2 Зависимость температуры термодинамического равновесия аустенита и мартенсита t0 и температур Мн и Мк от содержания углерода в стали



Полученный мартенсит представляет собой пересыщенный твердый раствор углерода в железе и имеет тетрагональную кристаллическую решетку. Атомы углерода занимают в основном октаэдрические поры.

Образование в результате закалки мартенсита приводит к большим остаточным напряжениям, повышение твердости, прочности, однако при этом возрастает склонность к хрупкому разрушению, что требует проведения дополнительно последующего отпуска.

Превращения в закаленной стали при среднем отпуске (400-420 оС).

Нагрев закаленной стали до температуры А1 принято называть отпуском. Отпуск должен обеспечить получение необходимых эксплуатационных свойств стали. Структура стали 60С2ХА после закалки состоит из мартенсита.

Рассмотрим последовательность процессов при отпуске с повышением температуры. До 80 оС диффузионная подвижность мала и распад мартенсита идет медленно. Первое превращение при отпуске развивается в диапазоне 80...200 оС и приводит к формированию структуры отпущенного мартенсита - смеси пересыщенного углеродом -раствора и когерентных с ним частиц -карбида. В результате этого существенно уменьшается степень тетрагональности мартенсита (часть углерода выделяется в виде метастабильного -карбида), уменьшается его удельный объем, снижаются остаточные напряжения.

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

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

2) снижение остаточных напряжений;

Третье превращение при отпуске развивается в интервале 300...400 оС. При этом заканчивается распад отпущенного мартенсита и процесс карбидообразования. Формируется феррито-карбидная смесь, существенно снижаются остаточные напряжения; повышение температуры отпуска выше 400 оС активизирует процесс коалесценции карбидов, что приводит к уменьшению дисперсности феррито-цементититной смеси.

Структуру стали после низкого отпуска (до 250 оС) называют отпущенным мартенситом, структуру стали после среднего отпуска

350...500 оС – трооститом отпуска; после высокого отпуска 500...600 оС – сорбитом отпуска.

В стали 60С2ХА после полной закалки в масле и среднего отпуска при 400-420 оС образуется структура троостита отпуска.

Помимо закалки и отпуска для упочнения пружин применяют изотермическую закалку на нижний бейнит – обычно при 280 - 350 оС. После изотермической закалки у стали повышаются пластичность, вязкость, и уменьшается склонность к хрупкому разрушению. Поэтому для пружин, подвергнутых изотермической закалке, допустима более высокая твердость – до HRC 50 – 52, чем после обычной закалки отпуска. После изотермической закалки предел упругости и релаксационная стойкость ниже, чем после обычной закалки и отпуска. Они могут быть повышены путем дополнительного отпуска при температуре предшествующей изотермической выдержки при закалке.


Сталь 60С2ХА. Основные данные.



Общие сведения

Заменитель

стали: 60С2ХФА, 60С2Н2А.

Вид поставки

Сортовой прокат, в том числе фасонный: ГОСТ 14959-79, ГОСТ 2590-71, ГОСТ 2591-71, ГОСТ 2879-69, ГОСТ 7419.0-78 - ГОСТ 7419.8-78. Калиброванный пруток ГОСТ 7417-75, ГОСТ 8559-75, ГОСТ 8560-78. Шлифованный пруток и серебрянка ГОСТ 14959-79, ГОСТ 14955-77, ГОСТ 7419.0-78 - ГОСТ 7419.8-78. Полоса ГОСТ 103-76, ГОСТ 4405-75. Поковки ГОСТ 14959-79, ГОСТ 1133-71.

Назначение

для изготовления крупных высоконагруженных пружин и рессор ответственного назначения.




Температура критических точек


Критическая точка

°С

Ac1

765

Ac3

780

Ar1

700




Термообработка, состояние поставки

0,2, МПа

B, МПа

5, %

, %

KCU, Дж/м2

HB

Сталь категорий: 3,3А,3Б,3В,3Г,4,4А,4Б. Закалка 870 °С, масло, отпуск 470 °С. 

1325  

1470  

6  

25  

 

 

Закалка 870 °С, масло. Отпуск 420 °С, масло. 

1570  

1760  

5  

20  

29  

 

Пружины. Отжиг 860 °С, горячая навивка 850-890 °С. Закалка 850-870 °С, масло. Отпуск 400-420 °С. 

 

 

 

 

 

420-475  

Изотермическая закалка с выдержкой при 290 °С. 

1720  

1950  

10  

46  

73  

 

Изотермическая закалка с выдержкой при 290 °С. Отпуск 325 °С. 

1760  

1920  

8  

45  

50  

 


Случайные файлы

Файл
023-0085.doc
127766.doc
68914.rtf
123245.rtf
8924-1.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.