В результате обработки шестерни должны получить твердый износостойкий поверхностный слой при вязкой сердцевине. Для их изготовления выбрана сталь 12ХН3А. Указать ее состав, назначить термообработку, позволяющую получить необходимые свойства. Определить структуру поверхности и сердцевины.
Критические точки железа и стали в диаграмме Fe-c. Явление полиморфизма. Влияние легирующих элементов на критические точки а3, а4.
В реальных условиях охлаждения углерод в железоуглеродистых сплавах находится в метастабильной фазе в виде цементита Fe3C. Диаграмма Fe-Fe3C соответствует метастабильному равновесию системы железо-углерод.
Рис. 5.1. Диаграмма состояния железо-цементит (метастабильная)
Основные критические точки и линии диаграммы (рис. 19):
точка А – температура плавления чистого железа 1539°С;
точка D – температура плавления цементита 1250°С;
точка G – 910°С (А3) – температура полиморфного α↔γ превращения железа;
точка N – 1392°С (А4) – температура полиморфного γ↔δ превращения железа;
ABCD – линия ликвидус;
AJECF – линия солидус;
ES – линия переменной растворимости углерода в аустените;
PQ – линия переменной растворимости углерода в феррите;
точка Е – предельная растворимость углерода в аустените (2,14% С);
точка Р – предельная растворимость углерода в феррите (0,02% С);
Полиморфное превращение АФ происходит в сплавах с содержанием углерода менее 0,8%С. Начало превращения соответствует линии GS (А3), конец превращения – линиям GP и PS.
Влияние легирующих элементов на распад аустенита
Легирующие элементы влияют на диффузионные процессы и на полиморфное превращение:
в присутствии легирующих элементов снижается диффузионная подвижность углерода,
диффузионная подвижность самих легирующих элементов мала,
легирующие элементы замедляют превращение.
Таким образом, легирующие элементы, находящиеся в твердом растворе, увеличивают устойчивость аустенита к распаду, т.е. сдвигают С-кривую вправо. Кроме того, легирующие элементы понижают точки начала и конца мартенситного превращения, увеличивая количество остаточного аустенита.
Улучшение и нормализация. Режимы. Получаемые структуры и свойства.
ОТВЕТ. Нормализация – это нагрев доэвтектоидных сталей на 40…50 °С выше АС3, заэвтектоидных – на 40..50°С выше АСm, выдержка и последующее охлаждение на спокойном воздухе (Рис.38, 40).
Рис. 40. «Стальной угол» диаграммы состояния Fe-Fe3C с нанесенными температурами нагрева при нормализации
При нагреве происходит полная фазовая перекристаллизация, в результате охлаждения получают высокодисперсные феррито-цементитные смеси. Структуры:
доэвтектоидных сталей - С+Ф,
эвтектоидной – С,
заэвтектоидных – С+ЦII.
После нормализации сталь имеет более высокую прочность, твёрдость, сопротивление хрупкому разрушению, по сравнению с отжигом.
Цель нормализации - устранение крупнозернистой структуры, полученной при предшествующей обработке (литье, горячей прокатке, ковке или штамповке, диффузионном отжиге). Нормализацию применяют:
для низкоуглеродистых сталей - вместо отжига,
для среднеуглеродистых – вместо закалки с высоким отпуском,
для высокоуглеродистых (заэвтектоидных) – для частичного устранения цементитной сетки,
для некоторых легированных сталей – вместо закалки.
Улучшаемые стали – среднеуглеродистые, содержат 0,3…0,5% С. Применяются для деталей, работающих при ударных и циклических нагрузках: коленчатые и карданные валы, валы редукторов, оси, шатуны, шестерни и др.
Основная термообработка: улучшение (закалка + высокий отпуск). Структура: зернистый сорбит, который оптимально сочетает высокую прочность с высокой ударной вязкостью и выносливостью. Для малонагруженных деталей вместо улучшения проводится нормализация. Для деталей, работающих в условиях повышенного износа, после улучшения или нормализации проводят поверхностную закалку ТВЧ или азотирование.
Углеродистые стали 30, 35, 40, 45, 50. Термообработка: улучшение (нормализация), структура сорбит отпуска зернистый (сорбит пластинчатый+феррит). Обладают малой прокаливаемостью, применяются для осей шестерен, фланцев, крепежных деталей.