Контрольная работа по «Материаловедение»

   τ

       Рис. 1. Режим термической обработки  стали 40ХНМА. 
 
 

  Структурные превращения при  термической обработке.

    Критические точки стали: Ас1 = 800°С, Ас3 = 865°С. Сталь подвергают полной закалке, при этом её 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  при нагреве исходной равновесной  структуры Ф + Ц. На практике при обычных  скоростях нагрева под закалку  перлит сохраняет своё пластинчатое или зернистое строение до температуры  Ас1 . При температуре Ас1    в стали происходит превращение  перлита в аустенит. Кристаллы  зерна аустенита зарождаются  в основном на границах раздела фаз  феррита и цементита. При этом параллельно развиваются два  процесса: полиморфный переход Fea®Feg и растворение цементита в аустените.

  Общая схема превращения: 

  П(Ф+Ц) ® Ф+Ц+А ®А+Ц ® А(неоднородный) ® А(гомогенный) 

  Образование зёрен аустенита происходит с  большей скоростью, чем растворение  цементита перлита, поэтому необходима выдержка стали при температуре  закалки для полного растворения  цементита и получения гомогенного  аустенита.

  Фазовая перекристаллизация приводит к измельчению  зерна стали. При этом, чем выше дисперсность структуры перлита  и вкорость 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 стали при закалке  в масло. При непрерывном охлаждении в стали аустенит превращается в  мартенсит. Мартенситное превращение  в сталях развивается с большой  скоростью в интервале температурМн…Мк. Полученный мартенсит представляет собой пересыщенный твёрдый раствор  углерода в  a-железе и имеет тетрагональную кристаллическую решётку.

   Образование в результате закалки  мартенсита приводит к большим остаточным напряжениям, повышению твёрдости, прочности, однако при этом возрастает склонность к хрупкому разрушению, что требует проведения дополнительного  последующего отпуска.

      Превращения в закалённой стали  при высоком отпуске (600°С). Отпуск должен обеспечить получение необходимых эксплуатационных свойств стали. Структура стали 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 идёт медленно. Первое превращение при отпуске развивается в диапазоне 80…200°С и приводит к формированию структуры отпущенного мартенсита - смеси пересыщенного углеродом a-раствора и когерентных с ним частиц e-карбида. В результате этого снижается степень тетрагональности мартенсита, уменьшается его удельный объём, снижаются остаточные напряжения.

  Второе  превращение при отпуске развивается  в интервале температур 200…260°С (300°С) и состоит из следующих этапов:

1. Превращение остаточного аустенита в отпущенный мартенсит;
2. Распад отпущенного мартенсита;
3. Снижение остаточных напряжений;
4. Некоторое увеличение объёма, связанное с переходом А_ост в     М_отп.
5. Третье превращение при отпуске развивается в интервале 300…400°С. При этом заканчивается распад отпущенного мартенсита и процесс карбидообразования. Формируется феррито-карбидная смесь, существенно снижающая остаточные напряжения; повышение температуры отпуска выше 400°С активизирует процесс коалесценций карбидов, что приводит к уменьшению дисперсности феррито-цементитной смеси.

  В стали 40ХНМА после полной закалки  в масле и высокого отпуска  образуется структура сорбит отпуска. 

  Сталь 40ХНМА. Основные данные.

  Назначение: коленчатые валы, шатуны, крышки шатунов, ответственные болты, шестерни, кулачковые муфты, диски и др. детали. Химический состав:

 

  Механические  свойства, в зависимости от температуры  отпуска:

 

  Технологические свойства.

  Температура начала ковки  1200, конца 800. Сечения  до 100 мм охлаждаются на воздухе, 101-350 мм - в яме.

  Трудносвариваемая. Способ сварки: РДС. Необходим подогрев и последующая термообработка.

  Не  склонна к отпускной способности. 

  Ударная вязкость, KCU, Дж/см2

 

  Прокаливаемость. Закалка 845 С.

 
 
 
 

3. Задание №3

Условие:Выбрать экономичный материал для литых деталей автомобилей (блоков цилиндров, картеров, тормозных барабанов) и подъемно-транспортных машин (корпусов редукторов, блоков, барабанов), не испытывающих при работе больших нагрузок (σ_в ≈  200...250 МПа). Привести марку сплава, описать его структуру и свойства. Указать пути повышения механических свойств сплавов этой группы. 

Ответ: Я выбрал СЧ20 - чугун серый, предел прочности при растяжении 200 МПа. Ферритно-перлитный чугун марки СЧ20 используют для изготовления отливок картеров, крышек, блоков цилиндров, тормозных барабанов, головок и гильз цилиндров и других деталей автомобиле- и тракторостроения; станин, станков, разметочных плит, гидроцилиндров, клапанов, оснований станков, салазок, столов в станкостроении; выхлопных труб, маховиков, фундаментальных рам картеров, крышек рабочих цилиндров, блоков и других ответственных деталей дизелестроения; зубчатых колес, шестерней, шкивов, рам редукторов, муфт сцепления, паровых цилиндров и других средненагруженных деталей химического машиностроения, и т.д.

Чугун СЧ 20.   ГОСТ 1412-85 

Химический  состав в % материала СЧ20

 
 

 

 

 

 

 

Механические  свойства:

Sв- Предел кратковременной прочности , [МПа]

sT- Предел пропорциональности (предел текучести для остаточной деформации), [МПа]

d5 - Относительное удлинение при разрыве , [ % ]

y - Относительное сужение , [ % ]

KCU - Ударная вязкость , [ кДж / м2]

HB - Твердость по Бринеллю , [МПа] 

Физические  свойства:

T - Температура, при которой получены данные свойства , [Град]

E - Модуль упругости первого рода , [МПа]

A - Коэффициент температурного  расширения (диапазон 20o - T ) , [1/Град]

L - Коэффициент теплопроводности (теплоемкость материала) , [Вт/(м·град)]