Задание № 129 п

Для пружин особо ответственного назначения применяют легированную сталь, в которую дополнительно вводится вольфрам, ванадий, никель. Эту сталь характеризующуюся высокими пределами упругости и выносливости применяют для изготовления рессор, пружин, буферов и деталей, работающих в условиях динамических и знакопеременных нагрузках и при повышенных температурах, например: 50ХФА, 50ХГФА, 65С2ВА, 70С8ХВМА и др.

1. Укажите оптимальный режим термической обработки ответственной высоконагруженной рессоры, изготовленной из полосовой стали 60С2ВА; построить график термообработки для этой стали в координатах t - t, сек.

2. Опишите структурные превращения, происходящие при термообработке.

3. Приведите основные сведения об этой стали: ГОСТ, химический состав, механические свойства, область применения, требования, предъявляемые к этому виду изделий.

Термообоаботка

Сталь 65С2ВА относят к категориям: 3, 3А, 3Б, 3В, 3Г, 4, 4А, 4Б. Для данной стали оптимальным режимом термической обработки является закалка при 850С. Закаливание производят в масло, с последующим отпуском при 350С. На самом деле отметка в 350С не является фиксированной и на практике встречается некоторый «разброс» отпускных температур. Это связано с тем, что в зависимости от температуры испытаний наблюдаются различия в релаксационной стойкости. Так, например, максимальная релаксационная стойкость стали 65С2ВА при 20°С достигается после отпуска при 300˚С. При повышении темпе­ратуры релаксационных испытаний, соответственно возрастает и температура отпуска, отвечающая достижению максимальной стойкости: максимальная релаксационная стойкость при 100˚С соответствует отпуску при 400˚С, а при 200˚С — отпуску при 450˚С.

Рис. 1. Режим термообработки стали 65С2ВА.

Структурные изменения

Сталь 65С2ВА относится к сталям перлитного класса. Для нее характерны два критических температурных перехода – А_с1 = 750˚С и А_с3 = 820˚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.

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 избежании этого после закалки проводят продседуру отпуска. Именно после закалки и отпуска при 350-450˚С достигаются максимумы предела упругости и релаксационной стойкости. Эта температура отпуска отве­чает практически полному превращению остаточного аустенита и выделению значительного количества карбидов типа М₃С (рис. 71).

В составе этих карбидов, если температура от­пуска ниже 400°С, не содер­жится вольфрама, который та­ким образом сосредоточен в твердом растворе. Только после отпуска при более повышенных температурах в кар­бидах увеличивается содержание вольфрама, поэтому ско­рость коагуляции карбидов должна замедляться и соответственно уменьшаться степень разупрочнения при повышенных температу­рах отпуска, что и наблюдается в действительности.

Вследствие повышенной устойчивости против отпуска сталь 65С2ВА применяют для изготовления пружин, работающих при повышенной температуре. На рис. 4 показана релаксация напря­жений в стали 65С2ВА в зависимости от температуры отпуска и температуры испытаний. Эти данные свидетельствуют о том, что пружины из стали 65С2ВА после отпуска при 350—500 °С могут работать при нагреве до 200— 250 °С.

Таким образом, наибо­лее высокий комплекс свойств стали 65С2ВА при нормальных температурах достигается после изотермической закалки на нижний бейнит и отпуска.

Рис. 4 Влияние температуры отпуска на свойства стали 65С2ВА

t отп., °С	0,2, МПа	B, МПа	5, %	, %	KCU, Дж/м2
Изотермическая закалка с выдержкой при 270 °С.
	1750	2110	8	38	44
150	1810	2010	9	38	44
280	1830	1930	11	38	51
310	1830	1930	10	40	53
400	1790	1860	11	40	50