Зябрев_Мухин_Фахуртдинов_Метод_указания к ДЗ по материаловедению (821866), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Особенно следует обратить внимание на структуры, получаемые6закалкой средним или высоким отпуском и связь структуры ссопротивлением ударным и знакопеременным нагрузкам.В отчете обязательно должен быть график-схема термическогоупрочнения, построенный в координатах «температура-время». На этойсхеме для сталей необходимо показать расположение критических точек А1,А3 (Аст), Мн, Мк по отношению к температуре нагрева, температурепомещения 20…25 °С, температуре охлаждения, если используетсяобработка холодом.Желательно использование дополнительного графического материала,заимствованного из конспекта лекций, учебников, справочников имонографий и показывающего зависимость механических свойств стали оттемпературы отпуска, следует особо отметить влияние поверхностногоупрочнения на сопротивление усталости, износостойкость и др.
Полезноиспользоватьтермокинетическиеилиизотермическиедиаграммыпревращений стали или сплава.Текст отчета должен представлять собой собственное изложениерешения предложенного задания; не допускается дословное повторениетекста учебников или монографий (за исключением определений). В отчетеследует указывать использованные источники информации (конспектлекций, учебники, справочники, монографии).ЗАЩИТА ЗАДАНИЯВыполненное задание принимает преподаватель-консультант в сроки,предусмотренные графиком учебных занятий. Защита заданий проводитсяустно, при этом студент должен продемонстрировать понимание сущностифазовых превращений, происходящих на каждом этапе термическойобработки.
При защите задания требуется обосновать выбор материала (длядетали или инструмента), если это требуется по заданию, и выбортермической обработки детали. В обосновании выбора нужно представитьзависимость механических свойств от режима упрочнения и получаемыхструктур. Знать механические свойства после назначенного режиматермической обработки, технологические свойства стали или сплава всоответствии со стандартом, влияние легирующих элементов, преимуществаи недостатки материала, область его применения и др.ПРИМЕР ВЫПОЛНЕНИЯ ДОМАШНЕГО ЗАДАНИЯЗадание №…Для изготовления различных упругих элементов, конструкций(рессоры, пружины, амортизаторы), от которых требуются высокие пределыупругости (текучести) и выносливости при достаточной вязкости ипластичности, применяют различные по составу рессорно-пружинные стали.1. Подберите марку кремнистой стали для изготовления торсионного валас максимальным диаметром 18 мм; объясните выбор.
Укажите режим7термической обработки вала. Постройте график термической обработки вкоординатах «температура-время».2. Опишите структурные превращения, происходящие на всех этапахтермической обработке стали.3. Приведите основные данные, характеризующие эту сталь (ГОСТ,химический состав, свойства, область применения, влияние легирующихэлементов).ОтчетДля изготовления упругих элементов общего назначения, в том числе идля торсионного вала, применяют легированные рессорно-пружинные стали.Особенности работы деталей типа упругих элементов состоят в том,что в них используют в основном упругие свойства стали и не допускаютвозникновение пластической деформации при нагрузке (статическойдинамической, ударной).
В связи с этим стали должны иметь большоесопротивление малым пластическим деформациям, т.е. высокие пределыупругости (текучести) и выносливости при достаточных уровняхпластичности и сопротивления хрупкому разрушению. Кроме того, важнойхарактеристикой сталей данного типа является релаксационная стойкость.Для обеспечения этих требований сталь должна иметь однороднуюструктуру, которая обеспечивается хорошей закаливаемостью и сквознойпрокаливаемостью (структура мартенсита по всему сечению детали послезакалки). Наличие в структуре стали феррита, продуктов эвтектоидногораспада, остаточного аустенита снижает упругие свойства детали. Известно,что сопротивление малым пластическим деформациям возрастает суменьшением размера зерна в стали.К группе рессорно-пружинных сталей общего назначения относятсястали перлитного класса с содержанием углерода 0,5…0,7 %, которые дляулучшения свойств (прокаливаемость, предел выносливости, релаксационнаястойкость, 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 %).Эксплуатационные свойства упругие элементы приобретают послетермической обработки, состоящей в закалке и среднем отпуске (350…520°С) на троостит отпуска (рис.
1 а). Применение находит такжеизотермическая закалка на нижний бейнит (рис.1 б).В соответствии с заданием необходимо подобрать марку кремнистойстали. В настоящее время применение находят следующие стали: 50С2, 55С2,60С2А, 70С3А. Выбираем сталь 60С2А, которая относится к широкоиспользуемым дешевым сталям для изготовления упругих элементовсечением до 18 мм. Эта сталь обладает стойкостью к росту зерна, имеетвысокие механические показатели.
Для устранения склонности кобезуглероживанию нагрев под закалку следует проводить в контролируемойатмосфере.8ttA3A3A1A1ПCTВ.Б.Н.Б.350-520 °CМнMЗакалкаСреднийотпуск TотпН.Б.+АM3aбРис. 1. Режимы термической обработки рессорно-пружинных сталей:а - термическая обработка на троостит отпуска (Тотп);б - изотермическая закалка на нижний бейнит в смеси с непревращеннымаустенитом (Н.Б + А)Примем первый вариант термической обработки (см.
рис. 1 а): закалкуи средний отпуск. По данным ГОСТ 14959-79 температура закалки для стали60С2А составляет 870 °С ( Аc3 = 820 °С). В качестве охлаждающей средывыбираем масло. Такая среда охлаждения обеспечивает необходимуюпрокаливаемость торсионного вала диаметром 18 мм и в отличие от водыформирует более низкий уровень термических напряжений.
Последующийотпуск назначаем при температуре 470 °С (выше интервала температурнеобратимой отпускной хрупкости). Получаемая структура трооститаотпуска (мелкодисперсная ферритоцементитная смесь) обеспечивает высокоесопротивление малой пластической деформации при НRС = 35…45 (рис. 2),при этом σ0,2/σв > 0,85.Указанный режим термической обработки (рис. 3) обеспечиваетполучение следующих свойств (минимальные значения):σ0,2 > 1200 МПа; δ > 6 %;σв > 1300 МПа; ψ > 25 %;НВ ≈ 390…480 (НRС ≈ 40…50) после отпуска при 460 °ССнижение температуры отпуска до 420 °С повышает предел прочности(σв) до 1850 МПа, условный предел текучести (σ0,2) - до 1600 МПа; условныйпредел упругости (σ0,01) - до 1450 МПа при относительном удлинении (δ) - 4%, относительном сужении (ψ) - 45 %, ударной вязкости (КCU) - 0,2 МДж/м2.9После изотермической закалки (см.
рис. 1б) с выдержкой при 290 °Сσв = 2100 МПа, σ0,2 = 1745 МПа, σ0,01 = 1535 МПа, δ = 11%, ψ = 40 %, КCU =0,5 МДж/м2.,МПа2400в0,218000,010,051200,%40600020,% HRC4KCU,МДж/м20,320 KCU0200HRC60402000,10400 t,°C300Рис. 2. Зависимость механических свойств стали 60С2А от температурыотпускаt870 °CП- АA3(820 °C)A1(750 °C)470 °C, 1чСреднийотпускA- MводаMHФ+ПРис. 3. Режим термической обработки стали 60С2АСтруктурные превращения при термической обработке. Сталь 60С2Аотносится к сталям перлитного класса. Критические точки стали: Ас1 = 750 ±10 °С, Аc3 = 820 ± 10 °С. Сталь подвергают полной закалке (см.
рис. 3), приэтом ее нагревают до образования однородной мелкозернистой аустенитнойструктуры (рис. 4).10АААЦЦФРис. 4. Схема структурных превращений в стали при нагревеПоследующее 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 нагреве.Исходная равновесная структура стали после отжига или нормализации: Ф +П.
На практике при обычных скоростях нагрева (электропечи) под закалкуперлит сохраняет свое пластинчатое или зернистое строение до температурыАс1 (750 °С для стали 60С2А). При температуре Ас1 в стали происходитпревращение перлита в аустенит. Кристаллы (зерна) аустенита зарождаютсяв основном на границах фаз феррита и цементита. При этом параллельноразвиваются два процесса: полиморфный переход Feα→Feγ и растворениецементита в аустените.Образование зерен аустенита происходит с большей скоростью, чемрастворение цементита перлита, поэтому необходима выдержка стали притемпературе закалки для полного растворения цементита и получениягомогенного аустенита.Дальнейший нагрев от от Ас1 до 870 °С приводит к фазовойперекристаллизации структурно свободного феррита в аустенит.Фазовая перекристаллизация приводит к измельчению зерна стали. Приэтом, чем выше дисперсность структуры перлита (Ф + Ц) и скорость нагревастали, тем больше возникает центров зарождения аустенита, а следовательно,возрастает дисперсность продуктов его распада.
Увеличение жедисперсности продуктов распада аустенита приводит к увеличениюпластичности, вязкости, уменьшению чувствительности к концентраторамнапряжений.Изменение структуры стали при закалке в масло. При непрерывномохлаждении в стали с Vохл > Vкр аустенит превращается в мартенсит.Мартенситное превращение развивается в сталях с высокой скоростью (~1000…7000 м/с) в интервале температур Мн...Мк.
При этом необходимоучитывать, что с увеличением содержания углерода в стали температуры Мни Мк понижаются (точки Мн и Мк изменяют свое положение на графике (см.рис. 5). Введение легирующих элементов также изменяют положение точек11Мн и Мк. Например, введение кремния их повышает. В результате закалкистали 60С2А ее структура может иметь кроме мартенсита некотороеколичество остаточного аустенита, так как при закалке не достигаетсятемпература конца мартенситного превращения, которая находитсязначительно ниже комнатной температуры.t, С500AMH250MKA- M00,6 0,9 1,2C,%Рис. 5.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
