Д-12 (Выбор материала и технологии термической обработки)
Описание файла
Документ из архива "Выбор материала и технологии термической обработки", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "материаловедение" из , которые можно найти в файловом архиве МГТУ им. Н.Э.Баумана. Не смотря на прямую связь этого архива с МГТУ им. Н.Э.Баумана, его также можно найти и в других разделах. .
Онлайн просмотр документа "Д-12"
Текст из документа "Д-12"
Условие задания
Для деталей, работающих на износ и не требующих высокой прочности сердцевины, применяются цементуемые углеродистые стали.
1. Подберите марку углеродистой стали для изготовления валика диаметром 15мм, работающего на износ. Назначьте и обоснуйте режимы газовой цементации и последующей термической обработки, обеспечивающие эффективную толщину слоя 1.0-1.2мм, а твёрдость поверхности HRC 60-62, сердцевины HRC 20-25. Постройте график термообработки, включающий науглероживание в координатах температура-время с указанием: критических точек стали, температуры нагрева, среды охлаждения.
2. Опишите структурные превращения, происходящие в стали на всех стадиях термической обработки.
3. Приведите основные сведения об этой стали: химический состав по ГОСТу, область применения, механические свойства сердцевины после выбранного режима термической обработки, технологические свойства, достоинства и недостатки и др.
Подбор материала
Для изготовления деталей, работающих на износ и не требующих высокой прочности сердцевины, применяются цементируемые малоуглеродистые стали, которые подвергаются цементации, закалке и низкому отпуску.
Возьмём сталь 20.Её твердость HRC 60-65 , а сердцевины HRC 24, что подходит к требованиям в условии.
Сталь 20 применяют для производства малонагруженных деталей (пальцы, оси, копиры, упоры, шестерни), цементуемых деталей для длительной и весьма длительной службы (эксплуатация при температуре не выше 350° С), тонких деталей, работающих на истирание.
Термическая обработка
Первый этап, это газовая цементация. Суть газовой цементации заключается в диффузионном насыщении углеродом посредством обдувания газом при высоких температурах. Газовая цементация выбрана из-за условия присутствия глубины упрочненного слоя более 1мм. Она проводится при температуре 920 - 930 С
Второй этап, это закалка (вода). Это обязательный этап при цементации. Этой обработкой можно исправить структуру и измельчить зерно сердцевины и цементованного слоя, неизбежно увеличивающегося во время длительной выдержки (до 10 - 11 часов) при высокой температуре цементации, получить высокую твердость на поверхности и хорошие механические свойства сердцевины детали. В большинстве случаев применяют закалку с 840 - 860 С, т.е. выше критической точки Ас1 сердцевины и без повторного нагрева. В результате закалки поверхностный слой приобретает структуру высокоуглеродистого мартенсита и 15-20% остаточного аустенита, иногда может быть небольшое количество избыточных карбидов.
Третий этап, это низкий отпуск (воздух). Он проводится при 160 - 180 С, снимает напряжения и переводит мартенсит закалки в поверхностном слое в отпущенный мартенсит.
Ac1 (735 C)
Ac3 (835 C)
Сталь 20 – сталь перлитного класса до термообработки имеет структуру:
Феррит (Ф) + Перлит (П).
После цементации образуется ферритно-перлитная структура. В результате закалки поверхностный слой приобретает структуру высокоуглеродистого мартенсита, иногда может быть небольшое количество избыточных карбидов.
После отпуска получается структура мартенсит отпуска.
Сердцевина :
Сталь 20
| Марка : | 20 |
| Применение: | болты, винты, крюки и другие детали, к которым предъявляются требования высокой пластичности и работающие при температуре от —40 до 350 °С; после ХТО—рычаги, кулачки, гайки и другие детали, к которым предъявляются требования высокой поверхностной твердости и невысокой прочности сердцевины. |
Химический состав в % материала ГОСТ 1050 - 88
| С | Si | Mn | Ni | S | P | Cr | Cu | As |
| 0.17 - 0.24 | 0.17 - 0.37 | 0.35 - 0.65 | до 0.3 | до 0.4 | до 0.035 | до 0.25 | до 0.3 | до 0.08 |
Температура критических точек материала
| Ac1 = 735°C , Ac3 = 835°C |
Технологические свойства материала
| Свариваемость: | без ограничений. |
| Флокеночувствительность: | не чувствительна. |
| Склонность к отпускной хрупкости: | не склонна. |
Механические свойства при повышенных температурах
| t испытания, °C | σ0,2, МПа | σB, МПа | δ 5, % | ψ, % | KCU, Дж/м2 | |||||||||
| 20 | 215 | 420 | 33 | 70 | 211 | |||||||||
| 200 | 205 | 400 | 24 | 68 | 216 | |||||||||
| 300 | 170 | 420 | 24 | 63 | 235 | |||||||||
| 400 | 150 | 380 | 33 | 71 | 157 | |||||||||
| 500 | 150 | 235 | 36 | 75 | 123 |
| σв | - временное сопротивление разрыву (предел прочности при растяжении), МПа |
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| σ0,2 | - предел текучести условный, МПа |
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| δ5 | - относительное удлинение после разрыва, % |
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ψ | - относительное сужение, % |
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| KCU | - ударная вязкость, определенная на образце с концентраторами соответственно вида U и V, Дж/см2 |
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Физические свойства
|
|
| Вид поставки |
| Сортовой прокат, в том числе фаснный: ГОСТ 1050-74, ГОСТ 2590-71, ГОСТ 2591-71, ГОСТ 2879-69, ГОСТ 8509-86, ГОСТ 8510-86, ГОСТ 8240-72, ГОСТ 8239-72. Калиброванный пруток ГОСТ 7417-75, ГОСТ 8559-75, ГОСТ 8560-78, ГОСТ 10702-78. Шлифованный пруток и серебрянка ГОСТ 14955-77, ГОСТ 10702-78. Лист толстый ГОСТ 1577-81, ГОСТ 19903-74. Лист тонкий ГОСТ 16523-70. Лента ГОСТ 6009-74, ГОСТ 2284-79. Полоса ГОСТ 1577-81, ГОСТ 103-76, ГОСТ 82-70. Проволока ГОСТ 5663-79, ГОСТ 17305-71. Поковки и кованые заготовки ГОСТ 8479-70, ГОСТ 1133-71. |
| Назначение |
| Оси, валы, соединительные муфты, собачки, рычаги, вилки, шайбы, валики, болты, фланцы, тройники, крепежные детали и другие неответственые детали; после ХТО - винты, втулки, собачки и другие детали, к которым предъявляются требования высокой поверхностной твердости и износостойкости при невысокой прочности сердцевины. |
