ДЗ П-6. Отчет Стали и сплавы с высокими упругими свойствами находят широкое применение в машино и приборостроении. В машиностроении их используют для изготовления рессор,
 Скачать 108 Kb.
|
Московский Государственный Технический Университет имени Н. Э. Баумана Домашнее задание по Материаловедению Вариант П-6 Группа РК 4-42 Студент: Святенко Д.С. Преподаватель: Гресс М.А. 2005 год Задание № П-6 Для изготовления крупных пружин особо ответственного назначения, работающих в условиях динамических и знакопеременных нагрузок применяют легированные стали 65C2ВА, 60С2ХФА, 60С2Н2А и др. Укажите и обоснуйте Режим термической обработки ответственной пружины, изготовленной из стали марки 60С2ХА , обеспечивающей σ0,2 > 1600 МПа, δ > 6%. Постройте график термообработки в координатах температура – время с указанием: критических точек стали, температуры нагрева, времени выдержки, среды охлаждения. Опишите структурные превращения, происходящие в стали на всех стадиях термической обработки Приведите основные сведения об этой стали: химический состав по ГОСТу, область применения, требования, предъявляемые к этому виду изделий, механические свойства, влияние легирующих элементов, достоинства и недостатки и др. Отчет Стали и сплавы с высокими упругими свойствами находят широкое применение в машино- и приборостроении. В машиностроении их используют для изготовления рессор, амортизаторов, силовых пружин различного назначения Пружины, рессоры машин и упругие элементы приборов характеризуются многообразием форм, размеров, различными условиями работы. Особенность их работы состоит в том, что при больших статических, циклических или ударных нагрузках в них не допускается остаточная деформация.. Для обеспечения работоспособности силовых упругих элементов рессорно-пружинные стали должны иметь высокие пределы упругости, выносливости и релаксационную стойкость. Этим требованиям удовлетворяют стали с повышенным содержанием углерода (0,5 - 0,7%), которые подвергают закалке и отпуску при 420 - 520 °С. Режим термообработки стали. В соответствии с заданием необходимо выбрать режим термообработки стали. Сталь 60С2ХА содержит 0,6% C и является конструкционной доэвтектоидной сталью. Наиболее оптимальным режимом термообработки является закалка и средний отпуск. П  о Данным ГОСТ 14959-79 для стали 60С2ХА составляет 830 °С (AC3 =780 °С) в качестве охлаждающей среды выбираем масло. Отпуск производим при температуре 420°С (средний отпуск), выше температуры необратимой отпускной хрупкости, охлаждающая среда – вода. Получаемая структура троостита отпуска обеспечивает высокое сопротивление малой пластической деформации при HRC = 35…45, при этом σ0,2/σв > 0,85. С  труктурные превращения при термической обработке Сталь 60С2ХА – сталь перлитного класса. Критические точки стали AC1 = 765 ± 10°С AC3 = 780 ± 10°С Сталь подвергают полной закалке при этом ее нагревают до образования однородной мелкозернистой аустенитной структуры. Последующее охлаждение в масле со скоростью большей, чем Vкр (наименьшая скорость охлаждения, при которой аустенит превращается в мартенсит), обеспечивает получение мелкозернистого мартенсита. Рассмотрим превращения, происходящие в стали 60С2ХА при нагреве исходной равновесной структуры Ф+Ц .На практике при обычных скоростях нагрева (электропечи) под закалку перлит сохраняет своё пластинчатое или зернистое строение до температуры АС1 (765 °С для стали 60С2ХА). При температуре АС1 в стали происходит превращение перлита в аустенит. Кристаллы (зерна) аустенита зарождаются в основном на границах фаз феррита и цементита. При этом параллельно развиваются 2 процесса: полиморфный переход Feα →Feγ и растворение цементита в аустените. Представим общую схему превращения: П(Ф+Ц) →Ф+Ц+А→А+Ц→А(неоднородный) →А(гомогенный) . Образование зерен аустенита происходит с большей скоростью, чем растворение цементита перлита, поэтому необходима выдержка стали при температуре закалки для полного растворения цементита и получения гомогенного аустенита. При этом, чем выше дисперсность структуры перлита (Ф+Ц) и скорость нагрева стали, тем больше возникает центров зарождения аустенита, а следовательно, возрастает дисперсность продуктов его распада. Увеличение дисперсности продуктов распада аустенита приводит к увеличению пластичности, вязкости, уменьшению чувствительности к концентраторам напряжений.  Изменения структуры при закалке в масло При непрерывном охлаждении 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 необходимо учитывать, что с увеличением содержания углерода в стали температуры Мн и Мк понижаются (точки Мн и Мк изменяют свое положение на графике). Введение легирующих элементов также изменяет положение точек Мн и Мк .В результате закалки стали 60С2ХА ее структура может иметь кроме мартенсита и некоторое количество остаточного аустенита.  Полученный мартенсит представляет собой пересыщенный твердый раствор углерода в α – железе и имеет тетрагональную кристаллическую решетку. Атомы углерода занимают в основном октаэдрические поры. Образование в результате закалки мартенсита приводит к большим остаточным напряжениям, повышению твердости, прочности, однако при этом возрастает склонность к хрупкому разрушению, что требует проведения дополнительного последующего отпуска. Превращения в закаленной стали при среднем отпуске (420°С) Нагрев закаленной стали до температуры AC1 принято называть отпуском. Отпуск должен обеспечить получение необходимых эксплуатационных свойств стали. Структура стали 60С2ХА после закалки состоит из мартенсита и остаточного аустенита. Рассмотрим последовательность процессов при отпуске с повышением температуры. До 80 °С диффузионная подвижность мала и распад мартенсита идет медленно. Первое превращение при отпуске развивается в диапазоне 80…200°С и приводит к формированию структуры отпущенного мартенсита - смеси пересыщенного углеродом α раствора и когерентных с ним частиц ε – карбида. В результате этого существенно уменьшаются степень тетрагональности мартенсита ( часть углерода выделяется в виде метастабильного ε карбида), уменьшается его удельный объем, снижаются остаточные напряжения. Второе превращение при отпуске развивается в интервале температур 200…260 °С (300 °С) и состоит из следующих этапов: Превращение остаточного аустенита в отпущенный мартенсит. Распад отпущенного мартенсита: степень его пересыщенности уменьшается до 0,15…0,2% , начинается преобразование ε – карбида в Fe3C – цементит и его обособление, разрыв когерентности. Снижение остаточных напряжений Некоторое увеличение объема, связанное с переходом Аост → Мотп. Третье превращение развивается в интервале 300…400°С.При этом заканчивается распад отпущенного мартенсита и процесс карбидообразования. Формируется Феррито – карбидная смесь, существенно снижаются остаточные напряжения; повышение температуры отпуска выше 400 °С активизирует процесс коалесценции карбидов, что приводит к уменьшению дисперсности феррито – цементитной смеси. В стали 60С2ХА после полной закалки в масле и среднего отпуска образуется структура троостита отпуска. Основные сведения о стали 60С2ХА. ГОСТ 14959-79.Рессорно-пружинные стали. Зарубежные аналоги: 1,7108 (DIN 17221, Германия), 9262 (AISI, США).
Влияние легирующих элементов: Кремний и марганец сильно упрочняют феррит и способствуют повышению характеристик прочности стали после термической обработки. Влияние дополнительного легирования хромом, ванадием, никелем проявляется в уменьшении критической скорости охлаждения и повышении прокаливаемости. Карбидообразующие элементы -хром и ванадий – предупреждают обезуглероживание пружин при нагреве под закалку Применение: рессоры, пружины, торсионные валы, пневматические зубила. Прокаливаемость достигает 18 мм. Механические свойства при t = 20°С
Обозначения:σв –предел временной прочности σт – предел текучести δ5 – относительное удлинение при разрыве ψ – относительное сужение при разрыве Е – модуль упругости первого рода. HB – Твердость по Бриннелю. . Список литературы. Материаловедение. Учебник для ВУЗов /Б.Н. Арзамасов, В.И. Макарова, Г.Г. Мухин и.др.; Под общей редакцией Б.Н. Арзамасова, Г.Г. Мухина. – 5-е изд., стереотип.-М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2003 – 684 с.: ил. Выбор материала и технологии термической обработки: Учебное пособие по курсу «Материаловедение» /А.А. Зябрев, Г.Г.Мухин, М.С.Павлов, Р.С.Фахуртдинов – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1999 20с., ил. Марочник сталей и сплавов / В.Г.Сорокин, А.В.Волосникова, С.А. Вяткин и др.; Под ред. В.Г.Сорокина. М.: Машиностроение 1981 640с. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||