38

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ДОНЕЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Кафедра "Фізичне матеріалознавство"

КУРСОВА РОБОТА

по дисципліні "Термічна обробка"

на тему "Фазові і структурні перетворення

при термічній обробці сталей 5ХНВ і 20Г"

Виконала:

студентка гр. МТ – 06 Артеменко Тетяна

Перевірив

проф. каф. ФМ Алімов В.І.

Донецьк

2010

ЗМІСТ

ВСТУП…….………………………………………………………………………...	4
1. ФАЗОВІ І СТРУКТУРНІ ПЕРЕТВОРЕННЯ ПРИ ТЕРМІЧНІЙ ОБРОБЦІ СТАЛІ 5ХНВ ……………………………...............................................................	5
1.1 Загальна характеристика сталі 5ХНВ ………………………………..……..	5
1.2 Режими термічної обробки напівфабрикатів і готових виробів із сталі 5ХНВ ………………………………………………………………………………	8
Фазові і структурні перетворення при аустенітизації сталі 5ХНВ........... Фазові і структурні перетворення при охолодженні сталі5ХНВ.................. Фазові і структурні перетворення при нагріві загартованої стали 5ХНВ (при відпуску)............................................................................................................ Вдосконалення технологічних процесів сталі 5ХНВ на основі аналізу фазово-структурних перетворень............................................................................. Висновки і рекомендації....................................................................................	11 14 18 19 20
2. ФАЗОВІ І СТРУКТУРНІ ПЕРЕТВОРЕННЯ ПРИ ТЕРМІЧНІЙ ОБРОБЦІ СТАЛІ 20Г……………………………………………………................................. 2.1 Загальна характеристика сталі 20Г ................................................................. 2.2 Режими термічної обробки напівфабрикатів і готових виробів із сталі 20Г ………………………………………………..................................................... 2.3 Фазові і структурні перетворення при аустенітизації сталі 20Г............... 2.4 Фазові і структурні перетворення при охолодженні сталі 20Г.................... 2.5 Фазові і структурні перетворення при нагріві загартованої стали 20Г (при відпуску)............................................................................................................ 2.6 Вдосконалення технологічних процесів сталі 20Г на основі аналізу фазово-структурних перетворень............................................................................. Висновки і рекомендації..................................................................................... ВИСНОВКИ………………………………………………………………………...	21 21 25 27 30 33 34 35 36
ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ…………………………………………………………….	37

РЕФЕРАТ Пояснювальна записка: 37 с., 27 рис., 9 табл. Об'єкт дослідження - термічна обробка сталей 20Г і 5ХНВ. Мета роботи – вивчення фазових і структурних перетворень при термічній обробці сталей. Матеріал і методика дослідження – огляд наукової літератури, учбових посібників, журналів, довідників. Розглянуто загальну характеристику даних сталей, їх переділ з рідкого стану до готового виробу. Приведені режими термічної обробки сталей. Описано фазові і структурні перетворення при нагріві і охолодженні із зазначенням структур сталей, які при цьому втримуються. Запропоновано вдосконалення технологічних процесів. Виявлено вплив температур на фазові і структурні перетворення, вплив легуючих елементів Результати роботи можуть бути використані при розробці режимів термічної обробки близьких за хімічним складом сталей ВІДПУСК, ГАРТУВАННЯ, ВІДПАЛ, ЗЕРНО, СТАЛЬ, ПЕРЕТВОРЕННЯ, ТВЕРДІСТЬ, МІКРОСТРУКТУРА, ДІАГРАМА, ФАЗА
					КР 005.035.090101.310 ПЗ
Изм	Лист	№ Докум.	Подп.	Дата
Разработала		АртеменкоТ.А.			Курсова робота	Литера			Лист	Листов
Руковод.		Алімов В.І.							2
Консульт.						ДонНТУ, каф. ФМ гр. МТ – 06

ВСТУП

Термічна обробка викликає істотні зміни структури, фізико-механічних, технологічних, службових властивостей металевих виробів – напівфабрикатів, готових виробів і інструменту. Теплова дія при термічній обробці посилюється і видозмінюється при одночасних хімічних деформаційних, магнітних і інших діях, поєднання яких лежить в основі комплексних обробок. Їх роль і значущість різна не тільки у зв'язку з хімічним складом сплаву, але і у зв'язку з етапом переділу початкової сировини в кінцеву продукцію.

Основою технологічних процесів термічної і комплексної обробок є закономірності структурно-фазових перетворень при нагрівах і охолоджуваннях сплавів. Вони служать не тільки для пояснення процесів, що відбуваються, а і для розробки нових сплавів і технологій зміцнюючих обробок, більш економічних ніж існуючі і конкурентоздатних на світовому ринку.

Дана курсова робота присвячена розгляду фазово-структурних перетворень в сплавах на прикладі конструкційної сталі 34ХН3М і інструментальної сталі 5ХНВ, що відбуваються при аустенітизації, дифузійному і мартенситному перетворенні при охолоджуванні, розпаді пересиченого твердого розчину і встановленню шляхів подолання недоліків діючих технологічних процесів.

1 ФАЗОВІ І СТРУКТУРНІ ПЕРЕТВОРЕННЯ ПРИ ТЕРМІЧНІЙ ОБРОБЦІ СТАЛІ 5ХНВ

1.1 Загальна характеристика сталі 5ХНВ

Ця сталь відноситься до інструментальної штампової сталі.

Призначення сталі – молотові штампи пневматичних молотів з масою падаючої частини вище 3т, пресові штампи для гарячого пресування кольорових сплавів.

Хімічний склад даної сталі представлений в таблиці 1.1 [1]

Таблиця 1.1 -Химический склад сталі 5ХНВ по ГОСТ 4543-71 %

C	Mn	Si	Cr	Ni	W	P	S
						Не більше
0,50-0,60	0,50-0,80	0,17-0,37	0,50-0,80	1,40-1,80	0,50-0,80	0,030	0,035

Температура критичних точок приведена в таблиці 1.2

Таблиця 1.2 – Температура критичних точок сталі 5ХНВ, ^оС [1]

Ас1	Ас3	Аr1	Аr3	Мн
735	820	610	640	260

Для прикладу розглянемо такий виріб, як пуансон для гарячої деформації, ескіз виробу представлений на малюнку 1.1

Рисунок 1.1 – Эскиз пуансону

Маса виробу-0,8 кг

Основними вимогами до матеріалу пуансону є підвищена в'язкість в повздожному і поперечному напрямах перерізу. Основні причини виходу з буд штампів – знос, розпал, зминання. Тому окрім механічних властивостей важлива також теплостійкість, окалиностійкість і розпалостійкість, тобто опір термічній і термомеханічній втомі, високу прогартовуваність для досягнення рівномірності за перерізом [10].

Механічні властивості стали після ТО- гарту і відпустки приведені в таблиці 1.3

Таблиця 1.3 – Механічні властивості прокату із сталі 5ХНВ в залежності ось режиму зміцнюючої обробки [2].

Режим термообробки			σв, Н/мм2	σ0,2, Н/мм2	δ, %	ψ, %	KCU, Дж/см2
Операція	t, oC	Охолоджуюче середовище	не менш
Гартування Відпуск	850 - 870 500 - 550	масло повітря	1310	1180	12	36	57

Вид поставки- сортовий прокат, у тому числі фасонний: ГОСТ 5950-73, ГОСТ 2590-71, ГОСТ 2591-71. Пруток, що калібрується, ГОСТ 5950-73, ГОСТ 7417-75, ГОСТ 8559-75, ГОСТ 8560-78. Шліфований пруток і сріблянка ГОСТ 5950-73, ГОСТ 14955-77. Смуга ГОСТ 4405-75. Дріт ГОСТ 10543-82. Поковки і ковані заготовки ГОСТ 5950-74, ГОСТ 1133-71, ГОСТ 7831-78[1].

С хема технологічного переділу сталі 5ХНВ в готовий виріб (пуансон) наведена на рисунку 1.2.

1.2 Режими термічної обробки для сталі 5хнв

Вивчивши схему переділу рідкого металу в пуансон видно|показний|, що термічній обробці піддаються злиток|зливок|, кований виріб і готова деталь. Деталь виготовлена із|із| сталі 5ХНВ-| инструментально-| штампова сталь.

Злиток|зливок| матиме литу структуру, а форма заготівки|заготівлі| при обробці тиском|тисненням| змінюється під дією зовнішніх сил унаслідок|внаслідок| пластичної деформації. Зміна форми кристалів полягає в тому, що вони витягуються у напрямі головної|чільної| деформації розтягування(наприклад, у напрямі плющення або волочіння). З|із| підвищенням міри|ступеня| холодної деформації зерна усе більш витягуються і структура стає волокнистою.

Злитки з легованих сталей перед подальшою обробкою піддають спеціальній термічній обробці. Внаслідок високої стійкості аустеніту навіть при сповільненому охолодженні вони мають структуру мартенситу або троостітомартенситу. Для зниження твердості їх треба нагріти вище А_с3. При нагріві відбуваються процеси розпаду мартенситу, коагуляція карбідів в трооститі, а потім аустенітизація й у результаті цього знижується твердість[3]. Тому для зниження твердості проводимо повний відпал. Повний відпал проводиться при температурі А_с3 + (20 – 30^оС), охолодження до 500 – 600^оС проводять зі швидкістю 20 – 60^оС/год., далі – на повітрі. Схема режиму повного відпалу злитка із сталі 5ХНВ наведена на рисунку 2.3.

Перед різанням на мірні довжини та чорновою обробкою на металорізальному верстаті необхідно провести термообробку для поліпшення оброблюваності різанням й зняття внутрішньої напруги. Для інструментальних сталей типу 5ХНВ застосуємо ізотермічний відпал – нагрів до температур А_с3 + (20 – 30°С), потім прискорене охолодження до температури А_r3 – (20 – 30°С), витримка при цій температурі, охолодження на повітрі. Режим ізотермічного відпалу поковки із сталі 5ХНВ приведений на рисунку 1.4.

Кінцевою термічною обробкою для даного виробу є гартування з високим відпуском (поліпшення), забезпечує найбільш високу конструктивну міцність. Схема режиму кінцевої термообробки пуансону представлена на рисунку 1.5.

При цьому охолодження при гартуванні проводимо в маслі, температура якого не повинна бути вищою за 70 – 75^оС. Структура після гартування складається з мартенситу гартування та незначної кількості залишкового аустеніту, отримувана твердість становить 43 – 45 HRC. Після гартування застосовуємо високий відпуск [6]

Термообробка розбивається на 3 рівні|ступені|:

-попередня (повний|цілковитий| відпал);

-проміжна (ізотермічний відпал);

- кінцева (гартування|гартування| з|із| відпуском|відпуском|).

При триступінчатій|триступінчастій| термообробці для моєї деталі попередню термообробку призначають для злитка|зливка|(повний|цілковитий| відпал), промежуточную-| для прокатаного|прокочувати| і обрізаного|обрізати| листа|листа|(ізотермічний відпал). Кінцева - для готового виробу (гартування|гартування| з|із| відпуском|відпуском|).

Нижче представлені|уявляти| режими термічної обробки для сталі 5ХНВ|.

Рис. 1.3. Режим повного|цілковитого| відпалу злитка із сталі 5ХНВ|

Рис. 1.4 Режим ізотермічного відпалу поковки із сталі 5ХНВ|

Рис. 1.5 Режим кінцевої|скінченної| термічної обробки пуансона із сталі 5ХНВ|

З|із| даних малюнків видно|показний|, що:

Повний|цілковитий| відпал проводиться при температурах 760-790 ^оС|, охолоджується з|із| піччю до 650-660 ^оС| потім на повітрі. Ізотермічний відпал здійснюється при температурах 840-850 ^оС|, охолодження|охолодження| до 530-590 ^оС| спочатку в маслі|мастилі| потім на повітрі. Після|потім| механічної обробки гартування|гартування| проводиться при температурах 850-870 ^оС|, охолоджується в маслі|мастилі| потім проводиться середній відпуск|відпуск| при температурі 480 ^оС [11] |.