Порядок выполнения работы

1. Определить из литературных источников данные (коэффициенты теплоотдачи для воздуха, воды, масла; теплопроводность стали и др.), необходимые для выполнения расчетов с использованием программы «Термолаб» с целью определения температурного поля по сечению штампов изготовленных из стали 5ХНМ размерами 200х250х300мм и 350х400х450 мм в различных средах (которые предположительно могут обеспечить требуемую прокаливаемость металла детали).

2. Выполнить расчет температурного поля по сечению штампов изготовленных из стали 5ХНМ размерами 200х250х300мм и 350х400х450 мм при охлаждении с температуры аустенитизации в воде, масле, на воздухе (привести соответствующие графики).

3. Для выбора закалочной среды, обеспечивающей наилучшее распределение структуры по сечению металла изделия, полученные при расчете температурных полей кривые охлаждения в различных средах (вода, масло, воздух) поверхности и центра изделия нанести на термокинетическую диаграмму распада переохлажденного аустенита стали 5ХНМ.

4. На основании анализа температурного поля по сечению штампов определить скорости охлаждения металла центра и поверхности детали.

5. Рассчитать критическую скорость охлаждения стали 5ХНМ.

Результаты исследований

Таблица 2.3 – Структуры получаемые при охлаждении штампа из стали 5ХНМ размерами 200х250х300мм в различных средах

Охлаждающая среда	Структура на поверхности изделия	Структура в центре изделия
Вода
Масло
Воздух

Таблица 2.4 – Структуры получаемые при охлаждении штампа из стали 5ХНМ размерами 300х400х500мм в различных средах

Охлаждающая среда
Вода
Масло
Воздух

Штампы из стали 5ХНМ размером 200х250х300 мм:

V_{поверхн}.=

V_центра=

Штампы из стали 5ХНМ размером 350х400х450 мм:

V_{поверхн}.=

V_центра=

Критическая скорость охлаждения:

V_кр.=

Выводы:

Рассчитали скорости охлаждения поверхности и центра рассматриваемого изделия УКАЗАТЬ РАССЧИТАННЫЕ СКОРОСТИ ОХЛАЖДЕНИЯ.

Рассчитали критическую скорость охлаждения стали 5ХНМ УКАЗАТЬ.

Размеры изделия влияют на распределение температурного поля по сечению. Для штампа размером 350х400х450 мм характерен большей перепад температур между поверхностью и центром при охлаждении в рассматриваемых средах, чем для штампа размером 200х250х300 мм.

При охлаждении штампа из стали 5ХНМ размером 200х250х300 мм в воде на поверхности образуется структура УКАЗАТЬ, а в центре – УКАЗАТЬ. При охлаждении штампа размером и 350х400х450 мм в воде на поверхности образуется структура УКАЗАТЬ, а в центре – УКАЗАТЬ. Однако при таком охлаждении наблюдается значительный перепад температур между поверхностью и центром изделия, что вызывает высокий уровень закалочных напряжений. Возникновение термических напряжений при быстром охлаждении металлоизделий обусловлено разной скоростью охлаждения металла поверхностных слоев и центральных, из-за чего возникает температурный градиент (перепад температуры по сечению) и образование различного уровня напряжений и их знака.

Высокий уровень закалочных напряжений может привести к трещинообразованию в закаливаемом изделии.

При охлаждении изделия в масле на поверхности и центре образуется структура мартенсит и аустенит остаточный. Перепад температур между поверхностью и центром незначительный.

Охлаждение штампа из стали 5ХНМ на воздухе приводит к получению на поверхности металла изделия структуры УКАЗАТЬ, а в центре мартенсита, УКАЗАТЬ. На воздухе штамп не имеет сквозной прокаливаемости и его твердость ниже требуемой.

Следовательно для закалки штампа из стали 5ХНМ размерами 200х250х300мм и 350х400х450 мм в качестве охлаждающей среды следует использовать масло.