Московский Государственный Технический Университет

Им. Н.Э. Баумана

Домашнее задание по материаловедению: п-14

Выполнил: Петренко А.Г.

Группа: МТ2-51

П-14

Для изготовления рессор и пружин подвески автомобилей в тракторостроении широко используются легированные стали 50ХГА, 55ХГР, 60С2А, 60С2ГФ и др.

1. Укажите и обоснуйте режим термической обработки рессор легковых автомобилей, изготовленных из стали марки 55ХГР, обеспечивающий σ_0,2≥1400 МПа, δ≥8%. Постройте график термообработки в координатах температура-время с указанием: критических точек стали, температуры нагрева, времени выдержки, среды охлаждения.

2. Опишите структурные превращения, происходящие в стали на всех стадиях термической обработки.

3. Приведите основные сведения об этой стали: химический состав по ГОСТу, область применения, требования, предъявляемые этому виду изделий, механические свойства после выбранного режима термической обработки, технологические свойства, влияние легирующих элементов, достоинства и недостатки и др.

Отчет

Для изготовления упругих элементов, в том числе рессор, применяются легированные рессорно-пружинные стали. Пружины, рессоры машин и упругие элементы приборов характеризуются многообразием форм, размеров, различными условиями работы. Особенность их работы состоит в том, что при больших статических, циклических и ударных нагрузках в них не допускается остаточная деформация. В связи с этим пружинные сплавы кроме механических свойств, характерных для конструкционных материалов (прочности, пластичности, вязкости разрушения, выносливости), должны обладать высоким сопротивлением малым пластическим деформациям.

Стали поступают в виде проволоки и ленты, а также горяче- и холоднокатаного проката или катанки, из которых изготовляют пружины. Стали для пружин (ГОСТ 14959-79) должны обладать высокими сопротивлением малым пластическим деформациям (σ_0,005, σ_0,2), пределом выносливости (σ_-1) и релаксационной стойкостью при достаточной пластичности и вязкости.

Для получения этих свойств стали должны содержать более 0,5% С и быть подвергнуты термической обработке — закалке и отпуску или деформационному упрочнению после патентирования.

Путем легирования можно повысить температуру отпуска (выше интервала развития необратимой отпускной хрупкости), что позволяет наряду с высоким сопротивлением малым пластическим деформациям получить хорошие пластичность и вязкость.

Стали должны обладать хорошей закаливаемостью и прокаливаемостью. После закалки мартенситная структура должна быть по всему объему. Присутствие после закалки немартенситных продуктов превращения аустенита (бейнита, ферритно-карбидной структуры, феррита), а также остаточного аустенита ухудшает все пружинные свойства. Чем мельче зерно, тем выше сопротивление стали малым пластическим деформациям. Наличие обезуглероженного слоя на готовых пружинах резко снижает пределы упругости и выносливости.

Более часто для изготовления пружин и рессор используют легированные стали, содержащие 1,5-2,8% Si; 0,6-1,2% Mn; 0,2-1,2% Cr; 0,1-0,25% V; 0,8-1,2% W и 1,4-1,7% Ni. Эти элементы обеспечивают необходимую закаливаемость и прокаливаемость, повышают релаксационную стойкость сталей и предел упругости.

В машиностроении кроме пружинных сталей общего назначения широко применяются пружинные стали и сплавы специального назначения. Кроме высоких механических свойств и сопротивления релаксаций напряжений они должны обладать хорошей коррозионной стойкостью, немагнитностью, теплостойкостью и другими особыми свойствами. К этим сталям относятся высоколегированные мартенситные (высокохромистые коррозионно-стойкие стали), мартенситно стареющие, аустенитные (коррозионно-стойкие, немагнитные и жаропрочные) стали и др.

В соответствии с заданием необходимо подобрать режим термической обработки рессор легковых автомобилей, изготовленных из стали марки 55ХГР, обеспечивающий σ_0,2≥1400 МПа, δ≥8%. Этих свойств можно достичь, применив термическую обработку, состоящую в закалке и среднем отпуске (t_отп=350…520°С). По данным ГОСТ 14959-79, температура закалки для стали составляет 830°С (А_С3=790°С). В качестве охлаждаемой среды используется масло. Последующих отпуск назначаем при температуре 450°С.

Закалка – термическая обработка, в результате которой в сплавах образуется неравновесная структура. Для этого сплав нагревают выше температуры фазового превращения в твердом состоянии, после чего быстро охлаждают, чтобы предотвратить равновесное превращение при охлаждении.

Отпуском называют нагрев закаленных сталей до температур, не превышающих А₁

Зависимость механических свойств пружинной стали от температуры.

Получаемая структура троостита отпуска обеспечивает высокое сопротивление малой пластической деформации при HRC=35…45, при этом σ_0,2/σ_в>0,85.

Указанный режим термической обработки обеспечивает получение следующих свойств (минимальные значения):

σ_0,2>1420 МПа; δ>9%

σ_в>1570 МПа; ψ>41%

HRC ≈ 45