04 семестр / Домашние задания / Готовые ДЗ варианты Остальные / трёхзначные / трёхзначные / 4200. Термообработка стали шх15

420C

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

им. Н. Э. БАУМАНА

по материаловедению

Студентка Буторова А.О.

группа РК6-41

вариант 420С

г.Москва

2003

Задание 420С

1) Подберите легированную сталь для изготовления крупногабаритных колец шарикоподшипников, укажите оптимальный режим ее термической обработки, постройте графики термообработки этой стали в координатах: температура–время.

2) Опишите структурные превращения, происходящие в процессе термической обработки стали.

3) Приведите основные сведения об этой стали: ГОСТ, химический состав, свойства и т.п.

ОТВЕТ

1) Материалы, устойчивые к усталостному виду изнашивания предназначены для таких изделий массового производства, как подшипники качения и зубчатые колеса.

Подшипники качения работают, как правило, при низких динамических нагрузках, что позволяет изготовлять их из сравнительно хрупких высокоуглеродистых сталей после сквозной закалки и низкого отпуска. Для изготовления шариков, роликов и колец подшипников применяют недорогие технологичные хромистые стали ШХ4, ШХ15, ШХ15ГС и ШХ20ГС, содержащие примерно 1% С.

Прокаливаемость сталей увеличивается по мере повышения концентрации хрома. Сталь ШХ15 предназначена для изготовления деталей подшипников поперечным сечением 10-20 мм, более легированные стали ШХ15СГ и ШХ20СГ- для деталей, прокаливающихся на большую глубину (свыше 30 мм). Сталь поставляют после отжига со структурой мелкозернистого перлита (НВ 1790-2170) и повышенным требованием к качеству металла. В стали строго регламентированы карбидная неоднородность и загрязненность неметаллическими включениями, так как, выходя на рабочую поверхность, они служат концентраторами напряжений и способствуют более быстрому развитию усталостного выкрашивания.(Усталостное выкрашивание на рабочих поверхностях вызывают циклические контактные напряжения сжатия. Они создают в поверхностном слое мягкое напряженное состояние, которое облегчает пластическое деформирование поверхностного слоя деталей и, как следствие, развитие в нем процессов усталости ).

Термической обработкой называют технологические процессы, состоящие из нагрева и охлаждения металлических изделий с целью изменения их структуры и свойств.

TC

закалка

8500

Изготовление заготовки

800

отпуск

низкий

отпуск

100

шлифовка

2)

при нагреве до температуры 750-770 С – зернистый перлит

При нагреве до температуры лишь немного превышающей критическую в сталях сохраняются мелкие карбидные частицы, которые при охлаждении или изотермической выдержке выполняют роль центров кристаллизации сфероидального цементита.

после нормализации (как и после отжига) – ферритно-перлитная структура

Нормализация позволяет несколько уменьшить анизотропию свойств, вызванную наличием в горячедеформированной стали вытянутых неметаллических включений. Свойства нормализованных горячекатаных полуфабрикатов существенно зависят от сечения: чем меньше сечение, тем быстрее произойдет охлаждение на спокойном воздухе и тем выше будет прочность стали.

при закалке – мартенсит

При последующем отпуске мартенсита можно понизить твердость и повысить пластичность стали. При полной закалке сталь переводят в однофазное аустенитное состояние, т. е. нагревают выше критических температур.

при отпуске - распад мартенсита, распадается остаточный аустенит, совершаются карбидное превращение и коагуляция карбидов, уменьшаются несовершенства кристаллического строения и остаточные напряжения.

Сталь должна иметь высокую прокаливаемость для получения мартенсита и максимальной твердости подшипников. При пониженных или повышенных температурах и времени выдержки прокаливаемость подшипниковой стали понижается. Исходная структура, полученная в результате предварительной обработки (нормализации или высокого отпуска), также оказывает большое влияние на прокаливаемость. Причем нормализация повышает прокаливаемость стали более заметно, чем высокий отпуск.

3) Сталь конструкционная подшипниковая ШХ15.

Заменитель - стали ШХ9, ШХ12, ШХ15СГ.

ГОСТ 801-78

Назначение - шарики диаметром до 150мм, ролики диаметром до 23мм, кольца подшипников с толщиной стенки до 14 мм, втулки плунжеров, плунжеры, нагнетательные клапаны, корпуса распылителей, ролики толкателей и другие детали, от которых требуется высокая твердость, износостойкость и контактная прочность.

Химический состав*, %

Температура критических точек (°С)

Предел выносливости при n=106

Теплостойкость

Технологические свойства

Примечание. Стали флокеночувствительны, имеют низкую коррозионную стойкость, склонны к отпускной хрупкости, свариваются КТС.

Механические свойства.

Типовые режимы отжига, нормализации и отпуска шарикоподшипниковых сталей

studfiles.net

04 семестр / Домашние задания / Готовые ДЗ варианты Остальные / трёхзначные / трёхзначные / 4200

МГТУ им. Н.Э. Баумана

Домашнее задание

по курсу

«Материаловедение»

студентка: Ярутина И.В.

группа: Э4-73

Москва 2003 г.

Задание №4200

1. Подберите легированную сталь для изготовления крупногабаритных колец шарикоподшипников, укажите оптимальный режим термической обработки в координатах температура-время.

2. Опишите все структурные превращения, происходящие при термической обработке стали.

3. Приведите основные сведения о выбранной вами стали: ГОСТ, химический состав, требования в отношении чистоты и карбидной ликвации, влияние легирующих элементов и другое.

Отчет.

1. Для изготовления подшипников качения: шариков, роликов и колец, применяют легированные подшипниковые стали.

Особенности работы таких элементов заключаются в том, что усталостное выкрашивание на их рабочих поверхностях вызывается циклическими контактными напряжениями сжатия. В связи с этим высокая контактная выносливость может быть обеспечена лишь при высокой твердости поверхности, высокая твердость необходима также и для затруднения истирания контактных поверхностей при их проскальзывании.

Обычно подшипники качения работают при низких динамических нагрузках, что позволяет изготавливать их из сравнительно хрупких высокоуглеродистых сталей после закалки и низкого отпуска.

Для изготовления колец подшипников применяют недорогие технологические хромистые стали ШХ4, ШХ15, ШХ15СГ и ШХ20СГ, содержащие примерно 1% С (углерода).

В обозначении марок буква

Ш означает шарикоподшипниковую сталь,

Х наличие хрома, цифра - его массовую долю в процентах (0.4;0.5;1.5;2.0)

СГ легирование кремнием (до 0.85%) и марганцем (до 1.7%)

Прокаливаемость стали увеличивается по мере повышения концентрации Хрома. Сталь ШХ15 предназначена изготовления деталей подшипников поперечным сечением (10-20мм), более легированные стали ШХ15СГ и ШХ20СГ-для деталей прокаливающихся на большую глубину (свыше 30мм)

Т.к в задании нужно подобрать сталь для крупногабаритных колец шарикоподшипников, то выбираем сталь ШХ15СГ

Детали подшипников подвергают типичной для заэвтектоидных сталей термической обработке: неполной закалке и низкому отпуску.

Нагрев под закалку осуществляется в электрических печах с применением защитной атмосферы (рис. 1) или в соляных ваннах, содержащих цианистые соли; охлаждающей средой при закалке является масло при 30-60 до 80 ºС или 3-5%-ный раствор Na2CO3. Отпуск обычно при температуре 150-160 ºС, иногда 2-3 кратный, осуществляется в электрических печах с циркуляцией атмосферы (рис 2) или в селитровых печах-ваннах. С целью снижения остаточного аустенита применяется низкотемпературная обработка холодом.

Температура закалки для стали ШХ15СГ составляет 820 ºС (АС3 = 910 ºС)

В качестве охлаждающей среды выбираем масло. Последующий отпуск назначаем при температуре 160 ºС.

Режим термической обработки для стали ШХ15СГ выглядит так:

2. Структурные превращения при термообработке.

Сталь ШХ15СГ –это сталь с критическими точками:

Эту сталь подвергают неполной закалке (рис. 3), последующее охлаждение в масле со скоростью большей чем Vкр (наименьшая скорость охлаждения, при которой аустенит превращается в мартенсит, для углеродистых сталей она составляет от 1400 до 400 ºС/сек), обеспечивает получение структуры, состоящей из мартенсита и цементита. Кристаллы цементита тверже кристаллов мартенсита, поэтому при неполной закалке заэвтектоидные стали имеют более высокую твердость, чем при полной.

При нагреве ШХ15СГ исходной равновесной структуры П + ЦII происходят следущие превращения: при промышленных скоростях нагрева (электропечи) при закалке перлит вплоть до температуры АС1 сохраняет пластинчатое строение. При достижении температуры АС1 в стали начинается превращение перлита в аустенит. Кристаллы аустенита зарождаются преимущественно на межфазных поверхностях раздела перлита и цементита вторичного. После перехода перлита в аустенит в структуре сохраняются избыточная структурная составляющая – цементит. Дальнейший нагрев до температуры АС3 не целесообразен, т.к. при нагреве от АС1 до АС3 в заэвтектоидных сталях происходит растворение продуктов распада избыточного цементита в аустените, что приводит к снижению твердости.

Общая схема превращения:

П(Ф + Ц) + ЦII → Ф + Ц +А + ЦII → А + ЦII

Изменения структуры стали при погружении в масло:

При непрерывном охлаждении в масле с Vохл > Vкр с стали происходит превращение аустенита в мартенсит. Мартенситное превращение развивается в сталях с высокой скоростью в интервале температур МН… МК. Полученный мартенсит представляет собой пересыщенный раствор внедрения углерода в α-железе и имеет тетрагональную пространственную решетку.

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

Превращения в закаленной стали при низком отпуске (160 ºС).

Нагрев закалённых сталей до температур, не превышающих А1, называют отпуском. Структура стали ШХ15СГ после закалки состоит из мартенсита и остаточного аустенита.

Рассмотрим структурные превращения в стали при низком отпуске (160 ºС).В этом интервале температур развиваются первое превращение ( диапазон изменения температуры 80…200 ºС)и первый этап второго. Из мартенсита выделяется часть углерода в виде метастабильного ε-карбида, имеющего гексагональную решетку и химический состав, близкий к Fe2C. В результате этого существенно уменьшаются степень тетрагональности мартенсита, его удельный объём, снижаются остаточные напряжения. Затем происходит превращение остаточного аустенита в отпущенный мартенсит.

В инструментальных сталях с высоким содержанием углерода эффект твердения вследствие выделения ε-карбида преобладает, поэтому твердость при отпуске до 100-120 ºС несколько увеличивается. Изменение твердости углеродистых сталей в интервале температур второго превращения в большой степени зависит от количества остаточного аустенита (рис.4).

После низкого отпуска структуру стали называют отпущенным мартенситом. В стали ШХ15СГ после неполной закалки и низкого отпуска образуется структура мартенсита отпуска.

3. Основные данные.

Химический состав

Прокаливаемость

Технологические свойства

Влияние легирующих добавок:

Г(Mn) – марганец:

Влияние на свойства аустенита: понижает все критические точки, сдвигает точку S влево, расширяет -область, увеличивает склонность к росту зерна, увеличивает прокаливаемость, замедляет превращения аустенита, уменьшает Vз.кр­, резко понижает точку МН (при 4% до 0С), резко увеличивает Аост. Влияние на прочие свойства: противодействует красноломкости при повышении в стали содержания серы, увеличивает износостойкость, особенно при высоком содержании углерода, повышает вр стали в равновесном состоянии, увеличивает склонность к отпускной хрупкости, в инструментальной стали содействует уменьшению деформации при закалке.

С(Si) –кремний:

Влияние на свойства аустенита: повышает критические точки А­1 и А3, сдвигает точку S влево; сужает -область, выклинивает ее при 10% (с повышенным содержанием углерода -область расширяется) увеличивает склонность к росту зерна, резко увеличивает прокаливаемость, замедляет превращения аустенита, уменьшает Vз.кр­, не оказывая влияния на точку МН (при 4% до 0С), несколько увеличивает Аост.

Влияние на прочие свойства: активно раскисляет, является легирующим элементом стали со специальными электрическими и магнитными свойствами, у чугуна повышает износостойкость и является основным графитизующим элементом, повышает вр и снижает aH и δ стали в равновесном и высокоотпущенном состоянии, увеличивает склонность к отпускной хрупкости.

Список используемой литературы:

1.Материаловедение.Учебник для вузов / Б.Н.Арзамасов, И.И.Сидорин, Г.Ф.Косолапов; Под ред. Б.Н.Арзамасов.2-е изд.,испр. и доп. М.: Машиностроение, 1986. 384 с.

2.Геллер Ю.А. Инструментальные стали. 5-е изд. перераб. И доп. М.: Металлургия, 1983. 527 с.

3.Выбор материала и технологии термической обработки: Учебное пособие по курсу «Материаловедение» / А.А.Зябрев, Г.Г.Мухин, М.С.Павлов, Р.С.Фахуртдинов. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 1999. 20 с., ил.

studfiles.net

04 семестр / Домашние задания / Готовые ДЗ варианты Остальные / трёхзначные / трёхзначные / 666

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

им. Н. Э. БАУМАНА

Домашнее задание

по материаловедению

Студент Федонин А.А.

группа ИУ1-31

г.Москва

2002

Задание 207С

1)Приведите марку шарикоподшипниковой стали для изготовления шариков и роликов диаметром 10-13,5 мм, укажите рациональный режим ее термической обработки, постройте графики термообработки этой стали в координатах: температура–время.

2)Опишите структурные превращения, происходящие в процессе термической обработки стали.

3)Приведите основные сведения об этой стали: ГОСТ, химический состав, свойства, требования в отношении чистоты и карбидной ликвации и т.п.

1) Материалы, устойчивые к усталостному виду изнашивания предназначены для таких изделий массового производства, как подшипники качения и зубчатые колеса. Усталостное выкрашивание на их рабочих поверхностях вызывают циклические контактные напряжения сжатия. Они создают в поверхностном слое мягкое напряженное состояние, которое облегчает пластическое деформирование поверхностного слоя деталей и, как следствие, развитие в нем процессов усталости.

Подшипники качения работают, как правило, при низких динамических нагрузках, что позволяет изготовлять их из сравнительно хрупких высокоуглеродистых сталей после сквозной закалки и низкого отпуска. Для изготовления шариков, роликов и колец подшипников применяют недорогие технологичные хромистые стали ШХ4, ШХ15, ШХ15ГС и ШХ20ГС, содержащие примерно 1% С.

Прокаливаемость сталей увеличивается по мере повышения концентрации хрома. Сталь ШХ15 предназначена для изготовления деталей подшипников поперечным сечением 10-20 мм, более легированные стали ШХ15СГ и ШХ20СГ- для деталей, прокаливающихся на большую глубину (свыше 30 мм). Сталь поставляют после отжига со структурой мелкозернистого перлита (НВ 1790-2170) и повышенным требованием к качеству металла. В стали строго регламентированы карбидная неоднородность и загрязненность неметаллическими включениями, так как, выходя на рабочую поверхность, они служат концентраторами напряжений и способствуют более быстрому развитию усталостного выкрашивания.

Термической обработкой называют технологические процессы, состоящие из нагрева и охлаждения металлических изделий с целью изменения их структуры и свойств.

Типовые режимы отжига, нормализации и отпуска шарикоподшипниковых сталей

Типовые режимы закалки

T, C

закалка

8500

Изготовление заготовки

800

отпуск

низкий

отпуск

100

шлифовка

t, ч

2) Зернистый перлит получают путем нагрева сталей до температуры 750-770 С и последующего медленного охлаждения. При нагреве до температуры лишь немного превышающей критическую в сталях сохраняются мелкие карбидные частицы, которые при охлаждении или изотермической выдержке выполняют роль центров кристаллизации сфероидального цементита.

После нормализации, так же как и после отжига, образуется ферритно-перлитная структура. Нормализация позволяет несколько уменьшить анизотропию свойств, вызванную наличием в горячедеформированной стали вытянутых неметаллических включений. Свойства нормализованных горячекатаных полуфабрикатов существенно зависят от сечения: чем меньше сечение, тем быстрее произойдет охлаждение на спокойном воздухе и тем выше будет прочность стали.

При закалке желательно получить структуру наивысшей твердости, т. е. мартенсит, при последующем отпуске которого можно понизить твердость и повысить пластичность стали. При полной закалке сталь переводят в однофазное аустенитное состояние, т. е. нагревают выше критических температур.

Сталь должна иметь высокую прокаливаемость для получения мартенсита и максимальной твердости подшипников. Применительно к подшипниковым сталям под критическим расстоянием понимают не расстояние до полумартенсuтной зоны, а расстояние до зоны, начиная с которой твердость становится ниже HRC 61. Поэтому и температура закалки, и время нагрева под закалку, и продолжительность отпуска должны быть в строго определенном интервале. При пониженных или повышенных температурах и времени выдержки прокаливаемость подшипниковой стали понижается. Исходная структура, полученная в результате предварительной обработки (нормализации или высокого отпуска), также оказывает большое влияние на прокаливаемость. Причем нормализация повышает прокаливаемость стали более заметно, чем высокий отпуск.

Твердость сталей ШХ15 и ШХ15СГ в зависимости от температуры отпуска

При отпуске стали происходит несколько процессов. Основной распад мартенсита, состоящий в выделении углерода в виде карбидов, кроме того, распадаются остаточный аустенит, совершаются карбидное превращение и коагуляция карбидов, уменьшаются несовершенства кристаллического строения и остаточные напряжения.

3) Сталь конструкционная подшипниковая ШХ15.

Заменитель - стали ШХ9, ШХ12, ШХ15СГ.

Вид поставки - сортовой прокат, в том числе фасонный: ГОСТ 801-78, ГОСТ 2590-71, ГОСТ 2591-71. Калиброванный пруток ГОСТ 7417-75. Шлифованный пруток и серебрянка: ГОСТ 14955-77. Полоса ГОСТ 103-76. Проволока ГОСТ 4727-83.

Назначение - шарики диаметром до 150мм, ролики диаметром до 23мм, кольца подшипников с толщиной стенки до 14 мм, втулки плунжеров, плунжеры, нагнетательные клапаны, корпуса распылителей, ролики толкателей и другие детали, от которых требуется высокая твердость, износостойкость и контактная прочность.

Химический состав*, %

Температура (°С) критических точек

Предел выносливости при n=106

Теплостойкость

Технологические свойства

Механические свойства.

Механические свойства в зависимости от температуры отпуска

Механические свойства в зависимости от температуры испытаний

Прокаливаемость

studfiles.net

• 
  Провод стальной
• 
  Свариваемость стали 45
• 
  Трубы тонкостенные из нержавеющей стали
• 
  Как в домашних условиях расплавить сталь
• 
  Марки сталей и их применение
• 
  Сталь р9
• 
  Гнутый профиль стальной
• 
  Таблица расчета веса трубы стальной
• 
  Сталь и латунь отличия
• 
  Сталь 3 содержание углерода
• 
  Стальные толстостенные трубы гост