Московский Государственный Технический Университет имени Н. Э. Баумана

Домашнее задание по Материаловедению

Вариант П-6

Группа РК 4-42

Студент: Святенко Д.С.

Преподаватель: Гресс М.А.

2005 год

Задание № П-6

Для изготовления крупных пружин особо ответственного назначения, работающих в условиях динамических и знакопеременных нагрузок применяют легированные стали 65C2ВА, 60С2ХФА, 60С2Н2А и др.

1. Укажите и обоснуйте Режим термической обработки ответственной пружины, изготовленной из стали марки 60С2ХА , обеспечивающей σ_0,2 > 1600 МПа, δ > 6%. 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 к этому виду изделий, механические свойства, влияние легирующих элементов, достоинства и недостатки и др.

Отчет

Стали и сплавы с высокими упругими свойствами находят широкое применение в машино- и приборостроении. В машиностроении их исполь­зуют для изготовления рессор, амортизаторов, силовых пружин различ­ного назначения

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 или ударных нагрузках в них не допускается остаточная дефор­мация.. Для обеспечения работоспособности силовых упругих элементов рес­сорно-пружинные стали должны иметь высокие пределы упругости, вы­носливости и релаксационную стойкость. Этим требованиям удовлетво­ряют стали с повышенным содержанием углерода (0,5 - 0,7%), которые подвергают закалке и отпуску при 420 - 520 °С.

Режим термообработки стали.

В соответствии с заданием необходимо выбрать режим термообработки стали. Сталь 60С2ХА содержит 0,6% C и является конструкционной доэвтектоидной сталью. Наиболее оптимальным режимом термообработки является закалка и средний отпуск.

П о Данным ГОСТ 14959-79 для стали 60С2ХА составляет 830 °С (A_C3 =780 °С) в качестве охлаждающей среды выбираем масло. Отпуск производим при температуре 420°С (средний отпуск), выше температуры необратимой отпускной хрупкости, охлаждающая среда – вода. Получаемая структура троостита отпуска обеспечивает высокое сопротивление малой пластической деформации при HRC = 35…45, при этом σ_0,2/σ_в > 0,85.

С труктурные превращения при термической обработке

Сталь 60С2ХА – сталь перлитного класса. Критические точки стали A_C1 = 765 ± 10°С

A_C3 = 780 ± 10°С Сталь подвергают полной закалке при этом ее нагревают до образования однородной мелкозернистой аустенитной структуры.

Последующее охлаждение в масле со скоростью большей, чем V_кр (наименьшая скорость охлаждения, при которой аустенит превращается в мартенсит), обеспечивает получение мелкозернистого мартенсита.

Рассмотрим превращения, происходящие в стали 60С2ХА при нагреве исходной равновесной структуры Ф+Ц .На практике при обычных скоростях нагрева (электропечи) под закалку перлит сохраняет своё пластинчатое или зернистое строение до температуры А_С1 (765 °С для стали 60С2ХА). При температуре А_С1 в стали происходит превращение перлита в аустенит. Кристаллы (зерна) аустенита зарождаются в основном на границах фаз феррита и цементита. При этом параллельно развиваются 2 процесса: полиморфный переход Fe_α →Fe_γ и растворение цементита в аустените.

Представим общую схему превращения:

П(Ф+Ц) →Ф+Ц+А→А+Ц→А_{(неоднородный)} →А_{(гомогенный)} .

Образование зерен аустенита происходит с большей скоростью, чем растворение цементита перлита, поэтому необходима выдержка стали при температуре закалки для полного растворения цементита и получения гомогенного аустенита.

При этом, чем выше дисперсность структуры перлита (Ф+Ц) и скорость нагрева стали, тем больше возникает центров зарождения аустенита, а следовательно, возрастает дисперсность продуктов его распада. Увеличение дисперсности продуктов распада аустенита приводит к увеличению пластичности, вязкости, уменьшению чувствительности к концентраторам напряжений.

Изменения структуры при закалке в масло

При непрерывном охлаждении в стали с V_охл > V_кр аустенит превращается в мартенсит. Мартенситное превращение развивается в сталях с высокой скоростью (~1000…7000 м/с) в интервале температур М_н …М_к . При этом необходимо учитывать, что с увеличением содержания углерода в стали температуры М_н и М_к понижаются (точки М_н и М_к изменяют свое положение на графике). Введение легирующих элементов также изменяет положение точек М_н и М_к .В результате закалки стали 60С2ХА ее структура может иметь кроме мартенсита и некоторое количество остаточного аустенита.

Полученный мартенсит представляет собой пересыщенный твердый раствор углерода в α – железе и имеет тетрагональную кристаллическую решетку. Атомы углерода занимают в основном октаэдрические поры.

Образование в результате закалки мартенсита приводит к большим остаточным напряжениям, повышению твердости, прочности, однако при этом возрастает склонность к хрупкому разрушению, что требует проведения дополнительного последующего отпуска.