Курсовая работа по материаловедению. Вариант №9
Подождите немного. Документ загружается.
Чтобы отличить критическую точку при нагреве от критической
точки при охлаждении, рядом с буквой А ставят букву с, в первом
случае и r – во втором.
Следовательно, критическая точка превращения аустенита в
перлит обозначается A
r1
, перлита в аустенит А
с1
; начало выделения
феррита из аустенита обозначается А
r3
; конец растворения феррита в
аустените А
с3
. Начало выделения вторичного цементита из аустенита
обозначается также А
r3
, а конец растворения вторичного цементита в
аустените -- А
с3
.
В данной работе нас интересуют такие виды термической
обработки как закалка и отпуск.
Закалка – нагрев выше критической точки фазовых превращений
А
с3
, выдержка и быстрое охлаждение со скоростью не ниже
критической для получения структурно не устойчивого состояния
сплава – мартенсита.
Отпуск – нагрев закаленной стали ниже температуры фазовых
превращений А
с1
для получения более устойчивого структурного
состояния сплава – смягчение закалки.
Разработаем для данного сплава конкретный режим термической
обработки.
Выберем температуру закалки. Для данного сплава температура
закалки определяется из диаграммы железо – углерод. Для
доэвтектоидных сталей она должна на 30 - 50°С превышать А
с1
(рис
20
2.3). Так как если температура закалки будет лежать в интервале ниже
А
с3
и выше А
с1
в структуре
наряду с мартенситом
сохраняется часть феррита,
который снижает твердость в
закаленном состоянии и
ухудшает механические
свойства после отпуска.
Оптимальной
температурой закалки для
рассматриваемого сплава является температура 850°С, закалка
должна производиться в масле. Закалка в масле увеличивает
прокаливаемость детали. Притом что толщина стенок втулки должна
быть меньше критического диаметра сплава (30 мм). Увеличение
содержания легирующих элементов в сталях приводит к увеличению
устойчивости переохлажденного аустенита, что позволяет проводить
закалку в масле.
Также важно для получения нужной структуры сплава и формы
зерна время нагрева детали. Общее время нагрева складывается из
времени нагрева до заданной температуры (τ
Н
) и времени выдержки
при этой температуре (τ
В
), следовательно
τ
ОБЩ
= τ
Н
+ τ
В
.
21
Рис 2.3. Интервал закалочных температур
углеродистой стали.
Величина τ
Н
зависит от нагревающей способности среды, от
размеров и формы деталей; τ
В
зависит от скорости фазовых
превращений, которая определяется степенью перенагрева выше
критической точки и дисперсностью исходной структуры.
Практически величина τ
В
может быть принята равной 2 минутам
для легированных сталей, так как в них карбиды медленнее переходят
в твердый раствор.
Примерное значение величины τ
Н
можно получить исходя из
формулы
τ
Н
= 0,1D
1
K
1
K
2
K
3
,
где D
1
– размерная характеристика изделия (мм) – минимальный
размер максимального сечения. K
1
– коэффициент среды (для газа 2,
соли, масла 1, металла 0,5); K
2
– коэффициент формы (для шара 1,
цилиндра 2, параллелепипеда 2,5, пластины 4); K
3
– коэффициент
нагрева (всесторонний нагрев 1, односторонний 4).
Для рассматриваемой втулки общее время закалки будет равно
примерно 8 минутам.
После закалки стали на мартенсит, она приобретает низкую
пластичность и значительные внутренние напряжения. Поэтому
необходимо произвести отпуск, повышающий пластичность и вязкость
и уменьшающий внутренние напряжения.
В результате закалки мы получили сплав твердость около 55HRC
22
Важно при разработке режима термообработки правильно
выбрать температуру отпуска. Отпуск стали, делится на
Низкий – осуществляется с температур 120 - 250°С.
Средний -- осуществляется с температур 300 - 450°С.
Высокий -- осуществляется с температур 500 - 650°С.
Отличие сталей по температурам отпуска проявляется в их
механических свойствах. Так при повышении температуры отпуска
твердость и прочность падают, а пластичность возрастает.
Основным условием выбора температуры отпуска для данной
детали является требование повышенной прочности и значения
твердости HB250-280. что соответствует 24-28HRC±3.
Оптимальной температурой отпуска для получения
вышеперечисленных механических свойств сплава является
температура 500 - 550°С. Отпуску при этой температуре соответствует
высокий отпуск с получаемой структурой сорбита. Обычно такой
режим термической обработки называют улучшением.
При высоком отпуске происходит полный распад мартенсита с
образованием зернистой высокодисперсной структуры феррито-
карбидной смеси – сорбита. Механические свойства данного
легированного среднеуглеродистого сплава после отпуска:
σ
В
= 1200 – 1300 МПа, ψ = 50 – 60%, δ = 20 – 25%, твердость 250-
280HB.
23
Для получения большей ударной вязкости следует произвести
медленное охлаждение.
Тогда режимом термической обработки для втулок из стали 40ХГР
является:
Закалка в масле с нагревом до температуры 850°С в течении 6
минут и выдержка при этой температуре в течении 2 минут и
последующее быстрое охлаждении. Затем высокий отпуск с
нагревом до температуры 500 - 550°С с последующим медленным
охлаждением.
Такой режим термообработки для среднеуглеродистых
высоколегированных сталей называется – улучшение.
24
Список литературы.
Материаловедение. Б.Н. Арзамасов. М.: Изд-во МГТУ им.
Н.Э.Баумана, 2001.
Металловедение. А.П. Гуляев. М.: Металлургия, 1986.
Материаловедение. Методы анализа, лабораторные работы и
задачи. Ю.А. Геллер. М.: Металлургия, 1983.
25