guide_homework (Методичка по выполнению ДЗ), страница 2

Например, для колец подшипника качения непригодна сталь ШХ15, еслиподшипник подвергается коррозионному воздействию промышленных сред. Вданном случае оптимальной сталью является коррозионностойкая сталь 95Х18.Необходимоуказатьконечныерезультаты термического упрочнения(механические свойства стали, твердость поверхностного слоя); по справочной78литературе найти температуры нагрева под закалку, отпуск, температуры химикотермической обработки, указать охлаждающие среды.

Руководствуясь размерамидетали (инструмента) и справочной литературой, указать выдержки при основныхоперациях термической обработки (например, при цементации для достиженияопределенной глубины упрочненного слоя, при нагреве под закалку, при отпуске).В отчете должны быть подробно объяснены теоретические аспекты термическогоупрочнения: необходимо описать фазовые превращения, происходящие принагреве, выдержке и охлаждении, для процессов химико-термической обработки,закалки и отпуска.

Необходимо объяснить полученные структуры, датьопределение этим структурам и показать взаимосвязь механических свойств сталис ее структурным состоянием.В отчете обязательно должна быть график-схема термического упрочнения,построенная в координатах «температура – время». На этой схеме необходимопоказать расположение критических точек А1 (Аcm), А3, Мн, Мк по отношению ктемпературам нагрева, температуре помещения 20-25°С, температуре охлаждения,если используется обработка холодом.Желательноиспользованиедругогографическогоматериала,заимствованного из учебников, справочников и монографий и показывающегозависимость механических свойств от температуры отпуска; влияниеповерхностного упрочнения на сопротивление усталости, износостойкость и др.;иллюстрирующие превращение аустенита при непрерывном охлаждении(термокинетические диаграммы) и при изотермических условиях.Текст отчета должен представлять собой собственное изложение решенияпредложенного задания; не допускается дословное повторение текста учебниковили монографий за исключением определений.В отчете указываются использованные источники информации (конспектлекций, учебники, справочники, монографии).ЗАЩИТА ЗАДАНИЯВыполненное задание принимается преподавателем-консультантом в сроки,предусмотренные графиком учебных занятий.Защита заданий проводится устно, при этом студент долженпродемонстрировать понимание сущности фазовых превращений, происходящихпри термической обработке.

При защите заданий требуется обосновать выборматериала (для детали или инструмента) или выбор термического упрочнениядетали из предложенного в задании материала. В обоснование выбора нужнопредставлять зависимость механических свойств от режима упрочнения иполучаемых структур, знать технические требования к материалу согласно ГОСТ,сравнительную стоимость данной стали по отношению к аналогам и другиеособенности стали.89РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРАОСНОВНАЯ1.

Материаловедение. Учебник для ВУЗов. Под общей ред. Б. Н. Арзамасова. 2-еизд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1986. – 384 с.2. Конструкционные материалы: Справочник. Под общей ред. Б. Н. Арзамасова. –М.: Машиностроение, 1990. – 686 с.3. Конспект лекций по материаловедению.ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ1. Марочных сталей и сплавов. Под общей ред. В. Г. Сорокина. – М.:Машиностроение, 1989.

– 640 с.2. Журавлев В. Н., Николаева О. И. Машиностроительные стали: Справочник. – 4-еизд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1992. – 480 с.3. Геллер Ю. А. Инструментальные стали. – 5-е изд., перераб. и доп. – М.:Металлургия, 1983. – 527 с.4. Рахштадт А. Г. Пружинные стали и сплавы. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.:Металлургия, 1982. – 400 с.5. Металловедение и термическая обработка стали: Справочник. В 3-х т. Под ред.М.

Л. Бернштейна и А. Г. Рахштадта. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.:Металлургия, т. 1 – 1991. – 304 с.6. Попов Л. Е., Попова А. А. Диаграммы превращения аустенита в сталях и βраствора в сплавах титана. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Металлургия, 1991.7. Материалы в приборостроении и автоматике: Справочник. Под ред. Д. М.Пятина. – М.: Машиностроение, 1982. – 527 с.8. Электрорадиоматериалы. Под ред. Б. М. Тареева. – М.: Высшая школа, 1978. –336 с.9.

Материалы для авиационного приборостроения и конструкций. Под ред. А. Ф.Белова. – М.: Металургия, 1982. – 400 с.10. Пасынков В. В., Сорокин В. С. Материалы электронной техники. – М.: Высшаяшкола, 1986. – 367 с.910ПРИМЕР ВЫПОЛНЕНИЯ ДОМАШНЕГО ЗАДАНИЯЗадание №Для изготовления различных упругих деталей, конструкций (рессоры,пружины, амортизаторы), от которых требуются высокие пределы текучести(упругости) и выносливости при достаточной вязкости и пластичности применяютразличные по составу рессорно-пружинные стали.1. Подберите марку кремнистой стали для изготовления торсионного вала смаксимальным диаметром 18 мм, объясните выбор. Укажите режим еготермической обработки.

Постройте график термической обработки в координатах«температура – время».2. Опишите структурные превращения, происходящие при термическойобработке стали.3. Приведите основные данные, характеризующие эту сталь (ГОСТ,химический состав, свойства, область применения, влияние кремния).ОтчетДля изготовления упругих элементов общего назначения, в том числе и дляторсионного вала, применяются легированные рессорно-пружинные стали.Особенности работы деталей типа упругих элементов состоят в том, что вних используются в основном упругие свойства стали и не допускается принагрузке (статической, динамической, ударной) возникновение пластическойдеформации.

В связи с этим стали должны иметь высокое сопротивление малымпластическим деформациям, т.е. высокие пределы упругости (текучести) ивыносливости при достаточной пластичности и сопротивлении хрупкомуразрушению. Важные характеристики сталей данного типа – релаксационнаястойкость.Для обеспечения этих требований сталь должна иметь однороднуюструктуру, т.е. хорошую закаливаемость и сквозную прокаливаемость (структурамартенсита по всему сечению детали после закалки).Наличие в структуре стали феррита, продуктов эвтектоидного распада,остаточного аустенита снижает упругие свойства детали. Известно, чтосопротивление малым пластическим деформациям возрастает с уменьшениемразмера зерна в стали.К группе рессорно-пружинных сталей общего назначения относятся сталиперлитного класса с содержанием углерода 0,5...0,7%, которые для улучшениясвойств (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%).1011Эксплуатационные свойства стали приобретают после термическойобработки, состоящей в закалке и среднем отпуске (350...520°С) на трооститотпуска (рис.

1а). Применение находит также изотермическая закалка на нижнийбейнит (рис. 1б).В соответствии с заданием (торсионный вал) необходимо подобрать маркукремнистой стали. В настоящее время применение находят следующие стали:50С2, 55С2, 60С2А, 70С3А. Выбираем сталь 60С2А, которая относится к широкоиспользуемым дешевым сталям для изготовления упругих элементов сечением до18 мм. Сталь обладает стойкостью к росту зерна. Имеет высокие механическиесвойства. Для устранения склонности к обезуглероживанию нагрев под закалкупроводить в контролируемой атмосфере.Примем 1-й вариант термической обработки (рис. 1а): закалку и среднийотпуск.

По данным ГОСТа 14959-79 температура закалки для 60С2А составляет870°С (АС3=820°С). В качестве охлаждающей среды применяем масло.Последующий отпуск проводим при температуре 470°С (выше температурынеобратимой отпускной хрупкости). Получаемая структура троостита отпуска(мелкодисперсная ферритоцементитная смесь) обеспечит высокое сопротивлениемалой пластической деформации при HRC=35...45 (рис. 2), σ0,2/σв>0,85.Указанный режим термической обработки (рис. 3) обеспечивает получениеследующих свойств (минимальных):σ0,2>1200 МПа;σв>1300 МПа;δ5>6%;ψ>25%;HB ≈ 390–480 (отпуск 460°С)Снижение температуры отпуска до 430°С повышает σв до 1800 МПа; σ0,2 до1690 МПа; σр до 1565 МПа при δ=11%, ψ=48%.После изотермической закалки (рис.

1б) с выдержкой при 290°С σв=2100МПа; σ0,2=1745 МПа; σр=1535 МПа; δ=11%; ψ=40%.Описание структурных превращений при термической обработке.Сталь 60С2А – сталь перлитного класса.Критические точки стали: АС1=750±10°С, АС3=820±10°С. Сталь подвергаютполной закалке (рис. 3). При полной закалке сталь нагревают до однородноймелкозернистой аустенитной структуры (рис. 4).Последующее охлаждение в масле со скоростью большей, чем Vкр(наименьшая скорость охлаждения, при которой аустенит превращается вмартенсит) обеспечивает получение мелкозернистого мартенсита.Рассмотрим превращения, происходящие в стали 60С2А при нагревеисходной равновесной структуры Ф+Ц. На практике при обычных скоростяхнагрева (электропечи) под закалку перлит сохраняет свое пластинчатое или1112зернистое строение до температуры АС1 (до 750°С для стали 60С2А). Притемпературе 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: 1) полиморфный переходFeα→Fγ; 2) растворение цементита в аустените.Представим общую схему превращенияП(Ф+Ц)|А1→Ф+Ц+А→А+Ц→Анеоднородный→Агомогенный.1234Образование зерен аустенита происходит с большей скоростью, чемрастворение цементита перлита, поэтому необходима выдержка стали притемпературе закалки для полного растворения цементита и получения гомогенногоаустенита.Из рис. 5 видно, что фазовая перекристаллизация приводит к измельчениюзерна в стали.

При этом, чем дисперснее структура перлита (Ф+Ц) и чем вышескорость нагрева стали, тем больше центров зарождения аустенита, а,следовательно, возрастает дисперсность продуктов его распада. Увеличение жедисперсности продуктов распада аустенита приводит к увеличению пластичности,вязкости, уменьшению чувствительности к концентраторам напряжений.Рассмотрим изменения структуры в стали при закалке в масло.При непрерывном охлаждении в стали с Vохл>Vкр аустенит превращается вмартенсит. Мартенситное превращение развивается в сталях с высокой скоростью(∼1000...7000 м/с) в интервале температур Мн...Мк. При этом необходимоучитывать, что с увеличением % С точки Мн и Мк понижаются (рис. 6), в то времякак введение Si их повышает.В результате закалки стали 60С2А структура может иметь кроме мартенситаи некоторое количество остаточного аустенита.Полученный мартенсит представляет собой пересыщенный твердый растворуглерода в α-железе и имеет тетрагональную кристаллическую решетку.