Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»

Контрольная работа

Материаловедение

Кафедра: Материаловедения и Технологии Художественных Изделий

Выполнил: студент

3 курса Афанасьев А.А

гр. ДТПз-10

1160031989

Проверил: Ст. пр. Ганзуленко О.Ю.

Санкт-Петербург

2013

Содержание

Содержание 3

Задание 1, вариант 9 4

Задание 1 Вариант 8 7

Задание 2 9

Задание 3 11

Задание 4 13

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ: 18

Задание 1, вариант 9

При закалке инструмента из углеродистых сталей температура в печи оказалась завышенной на 150о С по сравнению с оптимальной. Нарисовать в масштабе «стальной угол» диаграммы железо-цементит и показать на нем оптимальный вариант закалочных температур. Используя рисунок, объяснить, как указанное нарушение режима повлияет на структуру и свойства сталей У7 и У10.

Закалкой называют процесс термической обработки - нагрев стали до температуры выше критической и последующее охлаждение со скоростью, больше критической, с целью получения неравновесной структуры.

В результате закалки повышается прочность и твердость стали.

На результат закалки оказывают влияние следующие факторы: нагрев (температура нагрева при закалке и скорость нагрева до температуры закалки, выдержка при температуре закалки) и охлаждение от температуры закалки.

Нагрев. Выбор температуры нагрева при закалке углеродистых сталей проводится по левой нижней части диаграммы железо - цементит (рис. 98). При закалке доэвтектоидные стали нагревают до температуры на 30-50° выше верхней критической точки Ас3 [Ас3+(30-50°)], т.е. выше линии GS диаграммы железо - цементит. При таком нагреве исходная феррито-перлитная структура превращается в аустенит, а после охлаждения со скоростью больше критической образуется структура мартенсита.

При закалке заэвтектоидные стали нагревают до температуры на 30-50° выше нижней критической точки Ас1 [Ас1+(30-50°)], т.е. выше линии SK диаграммы железо - цементит. Так как эта линия горизонтальная и соответствует температуре 727° С, для заэвтектоидной стали можно указать интервал температуры нагрева для закалки 760-790° С. При таком нагреве перлит полностью превращается в аустенит, а часть вторичного цементита остается нерастворенной, структура состоит из аустенита и цементита. После охлаждения со скоростью больше критической аустенит превращается в мартенсит.

Структура закаленной стали состоит из мартенсита и цементита. Наличие в структуре закаленной заэвтектоидной стали, кроме мартенсита, еще и цементита повышает твердость и износостойкость стали.

При нагреве выше оптимальной температуры мелкие зерна аустенита начинают соединяться между собой и, чем выше температура нагрева, тем интенсивнее увеличиваются размеры. Крупнозернистая структура ухудшает механические свойства стали

Задание 1 Вариант 8

Выбрать марку стали для изготовления пружин подвески легковых автомобилей, а также опорных пружин вибрационных конвейеров. Привести химический состав, объяснить назначение легирующих элементов. Назначить режим термической обработки, указать окончательную структуру и механические свойства стали. Предложить способ обработки, значительно увеличивающий срок службы пружин.

ОТВЕТ:

Для изготовления пружин подвески легковых автомобилей, а также опорных пружин вибрационных конвейеров выбираем легированную конструкционную сталь марки 50ХФА перлитного класса (хромованадиевая).

Сталь содержит 0,5% углерода, хрома 1%, ванадий <0,5%. А – высокое качетсво стали.

Легирование пружинной стали необходимо для улучшения прокаливаемости. Кроме того, легирующие элементы Cr и V повышают предел упругости. Хром повышает релаксационную стойкость пружин, а сочетание хрома и ванадия повышает устойчивость против отпуска. Кроме этого, небольшая присадка к хромистой стали ванадия положительно влияет на структуру и пластичность стали, – уменьшает ее склонность к перегреву, вследствие чего значительно облегчается термическая обработка, поэтому хромованадиевая (50ХФА) сталь хорошо закаливаются в масле и малосклонна к росту зерна.

Применяют эту стали для изготовления пружин особо ответственного назначения, а также рессор и пружин легковых автомобилей.

Большое влияние на свойства стали оказывает структура и условия термообработки. Наиболее благоприятна трооститная структура (после закалки и среднего отпуска). Вреден в пружинной стали остаточный аустенит, поэтому его содержание должно быть минимальным. Это достигается средним отпуском и обработкой холодом.

Закалка должна обеспечить получение мартенситной структуры без участков троостита и минимальное количество остаточного аустенита. Можно после закалки провести обработку холодом. Нагрев пружин лучше осуществлять в защитной атмосфере, вакууме.

Критические точки стали 50ХФА: А₁=750 10 ⁰С, А₃=820 10 ⁰С.

Сталь доэвтектоидная, поэтому ее следует подвергнуть полной закалке, при этом ее нагревают до образования однородной структуры. Температура закалки 850-860 ⁰С в масло. Обработка холодом для устранения остаточного аустенита.

Температура отпуска: 470 ⁰С (средний отпуск).

Полученная структура троостит отпуска с механическими свойствами:

σ_0,2 = 1080 МПа; σ_В = 1270 МПа; δ = 8%; ψ = 35%

Существенное (до двух раз) повышение предела вы­носливости пружин можно достигнуть их поверхностным наклепом посредством дробе­струйной и гидроабразивной обработок, в процессе которых в поверхностном слое деталей наводятся остаточные напряжения сжатия (снижающие при экс­плуатации деталей общий уровень напряжений растяжения в указанном слое).