МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИМ. Н.Э.БАУМАНА

Домашнее задание по курсу ”Материаловедение” Вариант ир-4

Выполнил: студент гр. РКТ1-31

Ронжин И.В.

Москва –2014г.

Условие задачи

Для изготовления средненагруженного режущего инструмента небольшого размера (метчики, свёрла, развёртки, протяжки, фрезы и др.) применяют низколегированные инструментальные стали повышенной прокаливаемости марок: Х, 9ХС, ХВГ, Х6ВФ и др.

1. Сверло диаметром 45 мм изготовлено из стали ХВГ. Назначьте и обоснуйте режим упрочняющей термической обработки сверла, обеспечивающий твёрдость не менее 62 HRC прни теплостойкости 150° С. Постройте графики термообработки в координатах температура-время с указанием: критических точек стали, температуры и скорости нагрева, времени выдержки, среды охлаждения. Как увеличится теплостойкость сверла, изготовленного и этой стали? Сохранится ли при этом заданная твёрдость?

2.Опишите структурные превращения, происходящие при термической обработке этой стали.

3.Укажите требования, предъявленные к сталям режущего инструмента. Приведите основные сведения об этой стали:

- ГОСТ,

- химический состав,

- свойства,

- область применения,

- достоинства и недостатки,

- требования, предъявляемые к измерительному инструменту,

- влияние легирующих элементов,

- другие стали, применяемые для изготовления измерительного инструмента.

Термообработка

Сталь ХВГ, характеризуется малой деформацией при закалке и применяется для длинных стержневых инструментов (свёрла, развёртки, протяжки и т. п.)  Недостатком стали является повышенная склонность к образованию карбидной сетки по границам зёрен в результате выделения карбидов в процессе замедленного охлаждения после горячей пластической деформации или высокотемпературного нагрева.

Для уменьшения термических напряжений и коробления у инструментов сложной формы целесообразно подвергать сталь неполной изотермической закалке или ступенчатой закалке. Продолжительность выдержки при аустенизации выбирают из расчёта 50-70 с/мм при нагреве в воздушной печи и 35-40 с/мм при нагреве в соляной ванне.

Для резьбового калибра, который не допускает коробления при термообработке, оптимальным является режим ступенчатой закалки:

1. Нагрев до температуры аустенизации 820-840°С выдержка 60 с в воздушной печи или 40 с при нагреве в соляной ванне

2. Охлаждение в масле до температуры 260-300°C

3. Окончательное охлаждение на воздухе

4. Отпуск при 160-180°С в течение 1.5 часа

При данном режиме обработки достигается максимальная твёрдость калибра.

График зависимости T(τ) для ступенчатой закалки и отпуска:

Структурные изменения

Сталь ХВГ относится к заэвтектоидным сталям перлитного класса. Для нее характерны два критических температурных перехода – А_с1 = 750˚С и А_с3 = 940˚С. При температуре А_с1 структура стали претерпевает изменение с образованием аустенитной структуры. Зерна аустенита образуются на границе фаз феррита и цементита. При этом помимо растворения цементита в аустените происходит еще и аллотропное модифицирование раствора железа α в раствор железа γ. Поскольку процесс растворения цементита происходит медленнее, нежели образование аустенитных кристаллов, то по достижению закалочных температур необходима некоторая выдержка.

При дальнейшем охлаждении в масле, благодаря очень высокой скорости охлаждения (превышающей V_кр) происходит образование структуры мелкозернистого мартенсита. Это не что иное, как пересыщенный твердый раствор углерода в железе α.

При этом наличие марганца значительно снижает интервал температур мартенситного превращения. Благодаря этому количество остаточного аустенита достигает 15-20%. Этого вполне достаточно, чтобы частично или полностью скомпенсировать увеличение объёма в результате образования мартенсита.

Влияние углерода очень значительно при неравновесной структуре стали. После закалки на мартенсит временное сопротивление сталей интенсивно возрастает по мере увеличения содержания углерода. При увеличении содержания углерода снижается способность сталей деформироваться в горячем и особенно в холодном состояниях, затрудняется свариваемость.

Поскольку мартенсит представляет собой очень твердую структуру, то как правило на поверхности закаленной детали образуются очень сильные остаточные напряжения. Это может привести к образованию трещин, сколов и прочих хрупких разрушений. Во избежание этого после закалки проводят процедуру отпуска. Именно после закалки и отпуска при 160-180˚С достигаются максимумы предела твёрдости. Хром заметно замедляет процесс распада мартенсита. Это связано с тем, что процессы при отпуске имеют диффузионный характер, а большинство элементов замедляют карбидное превращение. Легированные стали сохраняют структуру мартенсита отпуска до температуры 400…500oС. Так как в легированных сталях сохраняется значительное количество остаточного аустенита, то превращение его в мартенсит отпуска способствует сохранению твердости до высоких температур.

Низкий отпуск заключается в нагреве стали до температуры ниже 250 С охлаждении для получения мартенсита отпуска и частичного снятия внутренних напряжений. В результате низкого отпуска сталь становится менее хрупкой, твердость и износостойкость сохраняются высокими. Структура мартенсита отпуска обеспечивает стали твёрдость и высокую износостойкость. Низкому отпуску подвергают также режущий и измерительный инструмент из углеродистых и низколегированных сталей, детали подшипников качения, основными требованиями к которым являются высокая твердость и износостойкость.

Максимальная растворимость углерода в аустените наиболее резко уменьшается под влиянием хрома, замыкающего гамма-область в безуглеродистых сплавах.

Основные сведения

Вид поставки:

1. Сортовой прокат, в т.ч. фасонный ГОСТ 5950-73, ГОСТ 5950-71, ГОСТ 2591-71

2. Калиброванный пруток ГОСТ 5950-73, ГОСТ 7417-75, ГОСТ 8559-75, ГОСТ 8560-75

3. Шлифованный пруток и серебрянка ГОСТ 5950-73, ГОСТ 14995-77

4. Полоса ГОСТ 4405-75

5. Поковки и кованые заготовки ГОСТ 5950-73, ГОСТ 1133-71, ГОСТ 7831-78.

Химический состав

Химический состав материала ХВГ в % по ГОСТ 5950-73

C	Si	Mn	Cr	W	S	P	Ni	Cu	Mo
					Не более
0.9-1.05	0.10-0.40	0.80-1.10	0.90-1.20	1.2-1.6	0.030	0.030	0.35	0.30	0.30

Свойства