Задание 45

Условие.

Расшифруйте марки сплавов СЧ28, У7, 18ХГТ и укажите их назначение. Из этих сплавов выберите углеродистую конструкционную или инструментальную сталь, определите для нее оптимальные температуры закалки и отпуска. Опишите превращения, происходящие в процессе нагрева до выбранной температуры, при охлаждении со скоростью больше критической и при отпуске.

Решение.

1. СЧ28 – серый чугун, имеющий минимальный предел прочности на растяжение 280 МПа и содержащий углерод в количестве 3,1 – 3,4 %. Применяется для изготовления отливок, работающих при статических нагрузках.

У7 – инструментальная углеродистая сталь с содержанием углерода 0,65 – 0,74 %. Применяется для изготовления инструмента, который работает в условиях, не вызывающих разогрева рабочей кромки: зубил, долот, бородков, молотков, лезвий ножниц для резки металла, топоров, стамесок, плоскогубцев, кувалд.

18ХГТ – низкоуглеродистая конструкционная легированная цементуемая сталь с содержанием углерода 0,17 – 0,23 %, хрома 1,0 – 1,3 %, марганца 0,8 – 1,1 %, титана 0,03 – 0,09 %. Применяется для изготовления цементуемых деталей ответственного назначения, от которых требуется повышенная прочность и вязкость сердцевины, а также высокая поверхностная твердость, работающих под действием ударных нагрузок.

2. Для определения режима закалки и отпуска инструментальной углеродистой стали У7 рассмотрим «стальной» участок диаграммы «железо – углерод» (рис. 7). Заданная сталь, как уже упоминалось, имеет в своем составе 0,65 – 0,74 % углерода. Проведем на диаграмме вертикальную красную линию, соответствующую этой стали и отметим температуры, соответствующие точкам пересечения вертикальной линии с линией GS (740 °С) и интервалом закалочных температур – 770 и 810 °С.

Рис. 7. «Стальной» участок диаграммы «железо – углерод».

Для закалки стали У7 необходимо нагреть ее выше температуры 740 °С, до закалочного интервала 770 - 810 °С, чтобы она состояла целиком из аустенита, и быстро охладить в масле.

Холодная незакаленная сталь состоит из феррита и перлита (рис. 8).

Рис. 8. Структура незакаленной стали У7.

При нагреве до 727 °С перлит начинает превращаться в аустенит, и в интервале 727 – 740 °С сталь состоит из аустенита и феррита. Выше 740 °С, в закалочном интервале 770 - 810 °С, сталь состоит целиком из аустенита (рис. 9).

Рис. 9. Структура аустенита в стали У7.

При быстром охлаждении в масле аустенит превращается в мартенсит – в этом заключается сущность закалки (рис. 10).

Рис. 10. Структура мартенсита в закаленной стали У7.

Для отпуска стали У7 необходимо нагреть ее не выше 727 °С (не выше линии PSK), а затем медленно охладить на воздухе. Цель этой операции - получение более устойчивой структуры закаленной стали. Структурных превращений при отпуске не происходит. Твердость поверхности стали после отпуска зависит от его температуры:

• при 200 °С – HRC 60…62;

• при 300 °С – HRC 52…56.

Опишем превращения, происходящие в процессе нагрева до выбранной температуры, при охлаждении со скоростью больше критической и при отпуске.

Термическая обработка стали состоит в нагреве до определенной температуры, выдержке и охлаждении с определенной скоростью.

При кажущейся простоте этих операций в процессе их выполнения в стали протекают сложные процессы, которые и определяют свойства после термической обработки.

Исходная структура: до нагрева под закалку – перлит + феррит.

При нагреве до 700ºС в стали не происходят аллотропические превращения и мы имеем ту же структуру – перлит + феррит, быстро охлаждая (т.к. закалка), имеем также после охлаждения перлит + феррит с теми же механическими свойствами (примерно), что и в исходном состоянии до нагрева под закалку.

Если доэвтектоидную сталь нагреть выше Ас1, но ниже Ас3, то в ее структуре после закалки наряду с мартенситом будут участки феррита. Присутствие феррита как мягкой составляющей снижает твердость стали после закалки. Такая закалка называется неполной. Она обеспечивает хорошие механические свойства и штампуемость.

При температуре нагрева структура – аустенит + феррит. При охлаждении со скоростью выше критической происходит мартенситное превращение: γМ. В результате получаем структуру феррит + мартенсит.