Власова Сапронов Ховова_МТ8_Метод указания к ДЗ по материаловедению (839699), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Такую же рекомендацию находим и в «Марочнике». В итоге такой37закалки гарантируется получение структуры мартенсита и высокойтвёрдости на уровне ≥ 57 НRC.Примечание: Из-за повышенного содержания углерода в даннойстали при закалке кроме получения мартенсита в принципе есть небольшаявероятность сохранения и остаточного аустенита. Однако температураначала мартенситного превращения в ней Мн = 250°С (табл.2.5) –достаточно высокая, поэтому очевидно, что значимого количестваостаточного аустенита в этой стали не должно быть и обработку холодомпосле закалки делать нет необходимости.Любая закаленная стальная деталь из-за быстрого охлаждения имеетвысокий уровень закалочных (остаточных) напряжений.
Это же касается иобъёмной закалки топора, учитывая явную разнотолщинность разных зонэтого изделия. Поэтому отпуск должен проводиться сразу после закалки(не позднее 1-2 часов) во избежание коробления или растрескиванияизделия. По условиям задания твердость обуха топора в зоне креплениярукоятки должна быть не более 45 HRC, что будет гарантироватьнеобходимый запас пластичности и сопротивление ударным нагрузкам.Очевидно, что обе цели (понижение закалочных напряжений и снижениезакалочной твёрдости до нужного уровня) достигаются одновременноточным выбором режима отпуска закалённой стали [2].Режимотпускабылвыбранвсоответствиисданными,приведёнными в «Марочнике». Влияние температуры отпуска стали 6ХСна её механические свойства представлены в таблице 2.6 (закалка при840…860°С).Можно видеть, что получение твёрдости менее 45 HRC долженгарантировать отпуск стали 6ХС при температуре > 500°C.Такимобразом, в соответствии с требованием задания для получения нужногоуровня твёрдости можно рекомендовать отпуск при 520-540°С.
Такойотпускназываетсявысоким;онполностьюснимаетзакалочные38напряжения и обеспечивает в сталях распад мартенсита с образованиемдисперсной смеси феррита и цементита, получившей название «сорбитотпуска». Существенно, что показатели пластичности и ударной вязкостистали при таком отпуске заметно повышаются и оказываются на хорошемуровне. Это очень важно, учитывая ударный характер работы изделия.Таблица 2.6Влияние температуры отпуска на механические свойства стали 6ХСТемпературавотпуска, °С0,2δМПаψKCU,Дж/см2%HRC200-20602--56300208019103202454400191017604252052500140012508303945В «Марочнике» нет прямых сведений относительно склонностистали 6ХС к обратимой отпускной хрупкости, которая проявляется вомногих сталях как раз после отпуска в диапазоне температур 500… 600°С.Поэтомупроанализировалидругиесталианалогичнойсистемылегирования.
Есть сведения, например, о стали 33ХС: она склонна к такойотпускной хрупкости. С учётом этого факта после выбранного режимаотпуска 530°C следует использовать ускоренное охлаждение изделия изстали 6ХС. Учитывая тонкое сечение металла в топоре, достаточноохлаждать топор после отпуска на воздухе или между стальными плитами.После такой термической обработки сталь 6ХС будет иметь следующийкомплекс свойств: σв ≈ 1300 МПа, σ0,2 ≈ 1150 МПа, δ ≥ 8%,KCU ≥ 39 Дж/см2, HRC ≤ 45.Таким образом, объёмная упрочняющая термическая обработкатопора – фактически «улучшение» [2]: закалка и высокий отпуск.
Однако39рабочее лезвие топора на высоте до 25 мм должно иметь максимальнуютвёрдость – 53-56 HRC. Это требование задания может быть выполненопутёмприменениядополнительнойместнойзакалкилезвиясиспользованием индукционного нагрева токами высокой частоты (ТВЧ)[3].Скоростной индукционный нагрев осуществляется при помещенииизделиявспециальнойиндуктор,создающийпеременноеэлектромагнитное поле высокой частоты [3]. В соответствии с законамиэлектродинамики в изделии возникает переменный ток, сосредоточенный втонком слое металла, который разогревается за счёт тепла Джоуля-Ленца.Регулируя частоту поля, можно создать условия, обеспечивающиеопределённую глубину поверхностного нагрева или полный прогревтонкого сечения (как в нашем случае). При этом скорость нагрева весьмавысока (100…500°С/с).
При таких скоростях нагрева температурыкритических точек всех сталей существенно повышаются, поэтому режимскоростной закалки назначается технологом по особым правилам, гдеглавные параметры – скорость и температура нагрева, посколькусобственно выдержку при этом фактически не делают [3].При местном скоростном нагреве детали во многих случаях длязакалки не применяют специальную охлаждающую среду, посколькутеплоотвод в холодную часть детали вполне обеспечивает высокуюскорость охлаждения. Применительно к закалке ТВЧ режущей кромкитопора можно (при необходимости) рекомендовать охлаждение егонагретойчастимеждустальнымиплитами,чтобысохранитьплоскостность лезвия топора.
Таким образом, после скоростной закалки врабочейчастилезвиябудетполученаструктурамартенсита,гарантирующая твёрдость 58-59 HRC. После такой местной закалки лезвиятопор необходимо подвергнуть низкому отпуску при 2500С (см. табл.2.6)40для достижения в лезвии твердости 53…56 HRC и понижения в нёмзакалочных (остаточных) напряжений.Скоростная закалка изделий с использованием токов высокойчастоты – сложная техническая и технологическая проблема, однако еёприменение при массовом производстве (как указано в задании) итехнически, и экономически обосновано.Рис. 2.2 – Схема упрочняющей термической обработки строительного топораиз стали 6ХСВ результате для стали 6ХС рекомендована комбинированнаяупрочняющая термическая обработка, гарантирующая получение высокойтвёрдости лезвия (53…56 HRC) и твёрдости полотна и обуха топора неболее 45 HRC.
Топор может выдерживать ударные нагрузки уровня39Дж/см2 при эксплуатации в условиях 200С и до 21 Дж/см2 притемпературах до -60°С. Полная схема разработанной упрочняющейтермической обработки стали 6ХС представлена на рис.2.2. Она включаетобъёмную закалку при температуре 840…860°C, охлаждение в масле,высокий отпуск при 520-540°С с ускоренным охлаждением, закалку лезвиятопора с нагревом ТВЧ, отпуск при 250°С.41В соответствии с разработанной схемой упрочняющей термическойобработкиможнопредставитьпоследовательностьструктурныхпревращений в стали 6ХС на каждой её стадии.Исходное структурное состояние стали – феррит и перлит спреобладанием перлитной компоненты, т.к. сталь с повышеннымсодержанием углерода.Объёмная закалка:Нагрев – превращение протекает в две стадии:при переходе стали через Ас1 перлит превращается в аустенит;при переходе стали через Ас3 завершается превращение смесиферрита и аустенита в аустенит, химический состав которого привыдержке становится однородным и соответствует содержанию элементовв стали.Охлаждение в масле гарантирует бездиффузионный характерпревращения аустенита и получение структуры мартенсита во всём объёмеизделия.Высокий отпуск при 5300С – в процессе выдержки протекает распадмартенсита с образованием феррито-цементитной смеси (образуетсясорбит отпуска) и полностью снимаются закалочные напряжения.Скоростная закалка лезвия – в рабочей зоне лезвия топорадисперсная феррито-цементитная смесь (сорбит отпуска) в условияхскоростного нагрева и значительного превышения критической точки Ас3превращается в аустенит.
Такое превышение критической точки позволяетне проводить выдержку при выполнении скоростной закалки. Ускоренноеохлаждение гарантирует получение в рабочей зоне лезвия топорамартенситной структуры и высокой твёрдости.Низкий отпуск при 2500С – понижает закалочные напряжения в зонелезвия, формирует структуру мартенсита отпуска и немного снижаеттвёрдость до заданного уровня.42ЗаключениеТаким образом, в результате выполнения домашнего задания дляизготовления строительного топора выбрана экономно легированнаясталь 6ХС, разработан режим её комплексной упрочняющей термическойобработки, гарантирующий получение заданных свойств в строительномтопоре: твёрдость рабочего лезвия 53-56 HRC, твёрдость в зоне обухаменее 45 HRC, ударная вязкость при – 600С 21 Дж/см2.Вопросы для самопроверки:1) Что понимают под критическими точками стали, и каким образом онииспользуются при определении режима упрочняющей термическойобработки?2) Как выбирается охлаждающая среда при проведении закалки стали,какую роль при этом играет химический состав стали и геометрия детали?3) Как выбирается оптимальный режим отпуска стали при проведенииупрочняющей термической обработки?4) В каких случаях для изделия следует применять комбинированнуюупрочняющую термическую обработку?ЭТАП5.Необходимопредставитьсписоклитературы,использованной при выполнении домашнего задания.СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ1.
Марочник сталей и сплавов /под ред. В.Г. Сорокина. - М.:Машиностроение, 1989.- 640 с.2. Материаловедение: Учебник для вузов / под ред. Б.Н. Арзамасова, Г.Г.Мухина.- М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2001.- 648с.3. Башмин Ю.А., Ушаков Б.К., Секей А.Г. Технология термическойобработки (учебник для вузов), М.: Металлургия, 1986.- 424 с.433. ТРЕБОВАНИЯ К ОФОРМЛЕНИЮ ВЫПОЛНЕННОГОДОМАШНЕГО ЗАДАНИЯОтчёт по выполненному домашнему заданию оформляется поправилам ГОСТ 7.32-2001 на листах формата А4. Отчёт должен иметьтитульный лист с указанием фамилии и инициалов студента, индекса егогруппы, фамилии и инициалов преподавателя-консультанта, номеразадания и его варианта.На первой странице отчёта приводится полный текст задания,включая эскиз детали и все исходные параметры для заданного варианта.Текст отчёта должен быть структурирован по этапам выполнениядомашнего задания.В первой части отчёта (по результатам выполнения этапа 1 илиэтапов 1,2) необходимо:1.
Дать краткий анализ условий работы детали, определитьпреобладающий характер нагружения металла (статический, циклический,ударный), наличие зон трения и указать основные факторы, определяющиеработоспособность детали в данных условиях.2. Дать краткую характеристику геометрических особенностейдетали,определитьналичиеконцентраторовнапряжений,оценитьвозможную склонность детали к короблению или растрескиванию припроведении упрочняющей обработки.3.
Сформулировать и изложить основные требования к структуре исвойствам стали, включая уровень прокаливаемости, которые смогутобеспечить работоспособность детали в предлагаемых условиях.4. Датьобоснованиедиапазонаконцентрацииуглеродавконструкционной или инструментальной стали, который соответствуетвыполнениютребованийп.3(сталицементуемые,улучшаемые,азотируемые и т.д.).44Во второй части отчёта (по результатам выполнения этапа 3)необходимо:1. На основании анализа соответствующей группы сталей в«Марочнике сталей и сплавов» выбрать и привести несколько (не менеетрёх)мароксталей,которыепоосновнымпризнакамблизкикпредъявляемым требованиям и подходят для изготовления заданной детали.2. Сопоставить механические и технологические характеристикиотобранных сталей и выбрать из них ту марку стали, которая в полной мереудовлетворяет всем исходным требованиям задачи, включая необходимыйуровень прокаливаемости с учётом возможного коробления детали призакалке.
Привести все обоснования по выбору именно этой марки стали.В третьей части отчёта (по результатам выполнения этапа 4)необходимо:1. Для выбранной марки стали привести её химический состав,критическиеточки,уровеньпрокаливаемости,рекомендоватьупрочняющую обработку, гарантирующую выполнение исходных данныхзадачи; при этом обосновать цели и условия проведения каждойиспользуемой операции.2. Представить рекомендованный режим упрочняющей термической(химико-термической)обработкивыбраннойсталиграфическивкоординатах «температура-время».3.
Дать краткие комментарии к превращениям, протекающим накаждой стадии обработки.4. Привести полный комплекс свойств выбранной стали послерекомендованнойтермической(химико-термической)обработкиисопоставить их с исходными требованиями задачи. По результатам этогосопоставления представить заключение по выполненной работе.5. Привести список литературы, использованной при выполнениидомашнего задания.454.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
