Диплом. Реферат работа состоит из 3 разделов и включает в себя 53 страниц текста 16 таблиц, 7 рисунков. В качестве литературных источников использовано 21 издание
 Скачать 262.53 Kb.
|
|
Из выше представленных сталей, наиболее целесообразно выбрать сталь марки 45. Она обладает наибольшей твердостью и временным сопротивлением, а также содержит большее количество углерода, чем стали марок 35 и 40. Увеличение содержания углерода приводит к повышениюпрочности итвердости. Прочность повышается до содержания углерода около 1%, а затем она уменьшается, так как образуется грубая сетка цементита вторичного. На производственные линии поставляется большое количество различ Данный материал подходит для использования при изготовлении все- возможныхдеталей. Чаще всего проводится термообработка стали, благодаря которой значительно повышаются эксплуатационные свойства. Стоит принимать во внимание, что лишь при выдержке температурного режимапоявляется возможность обеспечить условия для правильного перестроения кристаллической решетки. К отпускной хрупкости структура не склонна. Сталь 45, характеристики которой можно назвать универсальным предложением, очень часто подвергается закалке, за счет которой существенно повышается твердость поверхности. Очень часто проводится поставка заготовок после термической обработки. Она существенно повышает твердость поверхности. Этот момент также определяет то, что твердость стали 45 в состоянии поставки может варьи - ровать в достаточно большом диапазоне. Применение стали 45 При применении качественной стали марки 45 возможно изготовление различных заготовок. Материалпоступает на производственные линии в виде сортового и фасонного проката. Сталь 45 используется в следующих случаях. Изготовление деталей, которые представлены телами вращениями. При разработке многих конструкций нередко применяются валы, которые могут иметь несколько ступеней и канавки. При этом диаметральный размер может варьировать в большом диапазоне. Шпиндели, кулачки и шестерни. Шестерни являются достаточно трудными деталями в изготовлении, потому что на структуру оказывается значительное механическое воздействие. В связи с этим, при изготовлении нередко используется термообработка. Например, это сочетание закалки с последующим отпуском. Также к изделиям, которые вызывают трудности при изготовлении из-за серьезного механического воздействия, относятся кулачки и другие похожие детали. Крепежные изделия получили очень широкое распространение. Они используются для соединения различных деталей, а также для их фиксации. К крепежным изделиям предъявляются высокие требования. Например, поверхность изделий должна выдерживать значительное механическое воздействие и нагрузку, оказывающуюся в поперечном направлении. Пластинки и листовой материал. Листовой материалиспользуется при изготовлении всевозможных деталей и обшивки несущих конструкций. Оннередкоиспользуется при штамповке, а также другой обработке давлением. Термообработка данного материалазначительно расширяет область использования. К примеру, сталь подвергается закалке и нормализации, также для существенного улучшения качеств можно провести легирование состава различными химическими элементами, например, хромом. Увеличениекон- центрации хрома приводит к тому, что металл становится коррозионностойким [8]. 2.2 Влияние борирования на среднеуглеродистую сталь 45 Среднеуглеродистые стали, упрочняемые борированием, применяют для изготовления деталей машин и технологической оснастки, а так же сравнительно мелких деталей холодноштампового инструмента. После борирования в порошковых смесях на основе карбида борасталь 45 имеет темно-серую поверхность. Влияние температуры и времени насыщения на толщину боридного слоя при борировании в порошковых смесях на основе карбида бора
Наличие под боридным слоем зоны с повышенным содержанием углерода и бора благоприятно сказывается на работоспособности борированных среднеуглеродистых сталей, т.е. предотвращает продавливание боридного слоя в процессе эксплуатации. Борирование не ухудшает шероховатости поверхности стали 45. Результаты визуального осмотра образцов после борирования на наличие сколов и трещин приведены в таблице 5. С увеличением длительности и температуры процесса склонность боридного слоя к скалыванию увеличивается. Сколы, как правило, появляются на острых кромках. Однофазные боридные слои в значительно меньшей мере склоны к скалыванию, чем двухфазные. Закалка в воде часто приводит к образованию в боридном слое продольных трещин. Таблица 5 - Состояние поверхности образцов стали 45 после борирования и термообработки (закалка + низкий отпуск) [10]
* - 0 - сколов нет; 1 - незначительные сколы по одной острой кромке; 2 - заметные сколы по одной и более острым кромкам; 3 - трещины в боридном слое. Формирование боридного покрытия сопровождается увеличением размеров образцов (таблица 6). Изменение размеров, связанное только с борированием (с неизменной структурой сердцевины), пропорционально объему образующихся боридных фаз. Таблица 6 - Изменение размеров образцов стали 45 после борирования [10]
При толщине боридного покрытия 100 мкм и выше, зависимость изменения размеров от толщины боридной зоны практически линейна. При малых толщинах боридных слоев изменение размеров незначительно, что, скорее всего, связанно с отсутствием или небольшой толщиной сплошного слоя боридов. Положительное влияние борирование оказывает на усталостную и кор - розионно-усталостную прочность среднеуглеродистых нетермообработын- ных сталей (таблица 7). Таблица 7 - Влияние борирования на предел усталости и коррозионной усталости стали [10]
Наличие боридного слоя незначительно изменяет твердость сердцевины стали 45, а также несколько снижает ударную вязкость (таблица 8). Таблица 8 - Твердость сердцевины и ударная вязкость борированной стали 45 после закалки и низкого отпуска [10]
Данные по микротвердости боридных фаз на стали 45 после борирования приведены в таблице 10. В пределах каждой из фаз микротвердость практически не изменяется. Высокая твердость боридного слоя сохраняется и при повышенных и высоких температурах. Таблица 10 - Микротвердость боридных фаз стали 45 [10]
Продолжение таблицы 10.
Лучшие результаты по износостойкости обеспечивает борирование при температурах 950-1000 oC в течение 4-6 часов. Наличие трещин в боридном слое не оказывает существенного влияния на износостойкость борированной стали. Борирование до 850 oC повышает сопротивление стали 45 высокотемпературному окислению (таблица 12). С повышением температуры резко изменяется не только скорость окисления, но и состав окисной пленки (таблица 11). Таблица 11 - Состав окисной пленки с повышением температуры [10]
Таблица 12 - Скорость окисления стали 45 [10]
Борирование повышает коррозионную стойкость стали 45 в разбавленных водных растворах кислот H2SO4, HCl и уксусной кислоты в 50, 60 и 5 раз соответственно; в водных растворах щелочей KOH и NaOH - в 5 и 4,6 раза и в водном растворе NaCl - в 1,9 раза (таблица 13). Таблица 13 - Влияние борирования на коррозионную стойкость стали 45 [10]
Методики исследований Объекты исследований Объектами исследований являлись поверхности диффузионных покрытий на углеродистой стали марки 45.Сталь 45 подвергалась борированию при режимах: температура насыщения - 950 0C; время выдержки - 4 часа. Исследование обусловлено стремлением определить влияние диффузии на физическое и структурно-фазовое состояние стали 45, а также изучить изменение механических свойств данного материала. Изучали элементный и структурный состав диффузионных комплексных боридных покрытий, их строение, механические и эксплуатационные свойства. Структурный состав и строение диффузионных покрытий изучали с помощью оптического микроскопа Carl Zeiss Axio Observer Z1m, входящего в состав аналитического комплекса Thixomet Pro. Механические свойства изучали с помощью микротвердомера МН-6, входящего в аналитический комплекс Thixomet Pro. Подготовка объектов для исследований Подготовку для исследования методами оптической микроскопии осуществляли с помощью прецизионного отрезного станка MICRACUT-201. Далее образцы для оптической микроскопии запрессовывали в бакелитовый компаунд с помощью автоматического программируемого пресса METAPRESS, после чего осуществляли шлифовку на автоматическом шлифовально-полировальном станке DIGIPREP. Травление приготовленных шлифов осуществляли следующими реактивами: 5 % спиртовой раствор йода: позволяет идентифицировать боридные фазы (высокобористая фаза FeB не травится, оставаясь светлой, низко- бористая фаза Fe2B окрашивается в темный цвет); 5 % спиртовой раствор азотной кислоты («Ниталь») - выявление общей микроструктуры, идентификация фазового состава боридных покрытий и основного материала. Методика микроскопических исследований С помощью оптической микроскопии исследовали поверхностное строение, а также морфологию диффузионных покрытий на косых и поперечных шлифах. Исследования на оптическом микроскопе AxioObserverZlm проводили по методикам светлого и темного полей, поляризованного света, а также по методике кругового дифференциально-интерференционного контраста - C-DIC. Методика C-DIC позволяет получать высококонтрастные изображения микроструктуры и дополнительно путем изменения угла «закручивания» плоскости поляризации производить идентификацию фаз без применения методов специального травления образцов [11]. Результаты исследований Для выявления микроструктуры и фазового состава было проведено специальное цветное пленочное травление, результаты которого видны на рисунке 4. Синий цвет присущ фазе FeB, которая имеет высокие показатели твердости, но крайне низкие показатели пластичности. Фаза Fe2B окрашена в кирпичный цвет. Ее твердость практически не уступает твердости FeB, но пластичность значительно выше. Из практики известно, что оптимальная тол - щина боридного слоя на стали 45 находится в пределах 100-150 мкм. В данном случае, при толщине 150 мкм могут наблюдаться микротрещины и ми- кросколы покрытия (горизонтальные темные черточки на рисунке 4). При работе возможен рост микротрещин и, как результат, самоповреждение покры | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||