49023

Режим термической обработки пружин из стали 65Г

Курсовая

Производство и промышленные технологии

Основной целью курсовой работы по технологии конструкционных материалов является освоение принципов выбора конструкционных материалов для деталей машин, инструмента, основываясь на знании состава и строения металлических конструкционных материалов и методов придания материалам заданных форм.

Русский

2014-01-07

267.5 KB

206 чел.

Содержание.

Задание                                                                                      2   

Введение                                                                                    3

Цель курсовой работы

Тематика курсовой работы 

Разработка технологического процесса термической обработки стали                                                                     4

Описание структурных превращений при термической обработке                                                                                 6

Превращение в закаленной стали при среднем отпуске (4500С)                                                                                      9

Влияние легирующих элементов                                       11

Список используемой литературы                                   12

Задание.

Назначить режим термической обработки пружин из стали 65Г.

Опишите микроструктуру стали до и после термической обработки.

Введение.

Цель курсовой работы.

Основной целью курсовой работы по технологии конструкционных материалов является освоение принципов выбора конструкционных материалов для деталей машин, инструмента, основываясь на знании состава и строения металлических конструкционных материалов и методов придания материалам заданных форм.

Тематика курсовой работы.

Прогресс в современной машинной технике связан с созданием u освоением новых, наиболее экономичных материалов, развитием и внедрением в производство методов упрочнения металлов, расширении сортамента выпускаемых материалов.

Совершенство производства, выпуск современных разнообразных машиностроительных конструкций, инструмента, специальных приборов и машин невозможны без дальнейшего развития производства стали. В зависимости от назначения сталям предъявляют различные требования. Некоторые из них должны отличаться высокой прочностью другие - пластичностью, высокой износостойкостью и усталостной прочностью. Получение тех или иных свойств определяется структурой. В свою очередь строение  стали зависит от состава и характера предварительной обработки, следовательно, между всеми этими характеристиками  существует определённые связи: между составом и строением  (первая связь), между обработкой и строением (вторая связь), между строением и свойствами (третья связь).

Темой работы является разработка технологического процесса термической обработки стали различного состава применительно к условиям работы данной детали машин и инструмента. С помощью термической обработки можно придавать различные значения свойствам стали без изменения её химического состава.

Различные операции термической обработки характеризуются следующими элементами: скоростью нагрева, температурой максимального нагрева, продолжительностью выдержки при температуре нагрева, скоростью охлаждения. В свою очередь изменение значения свойств металлов при проведении термической обработки объясняется изменением внутреннего строения, которое испытывает сталь при её нагреве и охлаждении.

                                                                                                              

Разработка технологического процесса термической обработки стали.

Для изготовления упругих элементов общего назначения, применяются легированные рессорно-пружинные стали.

Особенность работы деталей типа упругих элементов состоит в том, что в них используются в основном упругие свойства стали и не допускаются при нагрузке (статической, динамической, ударной) возникновение пластической деформации. В связи с этим стали должны иметь высокое сопротивление малым пластическим деформациям, т.е. высокие пределы упругости (текучести) и выносливости при достаточной пластичности и в сопротивлении хрупкому разрушению. Важные характеристики сталей данного типа - релаксационная стойкость и прокаливаемость.

Для обеспечения этих требований сталь должна иметь однородную структуру, т. е. хорошую закаливаемость и сквозную прокаливаемость  (структуру мартенсита по всему сечению детали после закалки).

Наличие в структуре стали феррита, продуктов эвтектоидного распада, остаточного аустенита снижает упругие свойства детали. Известно, что сопротивление малым пластическим деформациям возрастает с уменьшением размера зерна в стали.

К группе рессорно-пружинных сталей общего назначения относятся стали перлитного класса с содержанием углерода 0,5...0,7%, которые для улучшения свойств (прокаливаемость, предел выносливости, релаксационная стойкость, мелкозернистая структура) дополнительно легируют кремнием (1,5...2,8%), марганцем (0,6... 1,2 %), хромом (0,2...1,2%), ванадием (0,1...0,25%), вольфрамом (0,8...1,2%), никелем (1,4...1,7).

Эксплуатационные свойства стали приобретают после термической обработки, состоящей в закалке и среднем отпуске (350...5200С) на тростит отпуска (рис.1а). Применение находит также изотермическая закалка на нижний бейнит (рис.1б).

В соответствии с заданием необходимо подобрать режим термической обработки стали 65Г. Сталь обладает стойкостью к росту зерна. Имеет высокие механические свойства.

Примем первый вариант термической обработки (рис. 1а): закалку и средний отпуск. По данным ГОСТа 14959-79 температура закалки для 65Г составляет 840-8600С (АС3 = 7880С). В качестве охлаждающей среды применяем масло. Последующий отпуск проводим при температуре 420-4500С (выше температуры необратимой отпускной хрупкости). Получаемая структура тростита отпуска (мелкозернистая ферритоцементитная смесь) обеспечит высокое сопротивление малой пластической деформации при достаточных значениях пластичности и вязкости (рис.2а, б) с НRC = 40...50.

Указанный режим термической обработки (рис.3) обеспечивает получение следующих свойств (минимальных):

s 0,2 > 1270МПа; s в > 1470МПа; d > 12%; y > 42%;

НВ » 3900 - 4800 МПа (отпуск 4500 ).

Описание структурных превращений при термической обработке.

Сталь 65Г - сталь перлитного класса. Кремний несколько повышает точку А3 и снижает А4. Критические точки стали АС1 - 7520С , АС3 – 7880С.

Учитывая содержание углерода, сталь по структуре отжига относится к доэвтектоидным сталям, однако кремний сдвигает точку S диаграммы Fe -Fe3C до 0,7 % С, т. е. сталь становится почти эвтектоидной.

Поэтому необходимо проведение полной закалки (температура А3 - 30-500С, т.е. » 840-8600С). При полной закалке сталь нагревают до однофазной мелкозернистой аустенитной структуры (рис.4).

 

Последующее охлаждение в масле со скоростью большей чем V кр  (наименьшая скорость охлаждения, при которой аустенит превращается в мартенсит) обеспечивает получение мелкозернистого мартенсита (рис.5).

        

VК - наименьшая скорость охлаждения, при которой аустенит превращается в мартенсит.

Рассмотрим превращения, происходящие в стали 65Г при нагреве с исходной равновесной структуры Ф + Ц. На практике при обычных скоростях нагрева (электропечи) под закалку перлит сохраняет свое пластинчатое или зернистое строение до температуры АС1 (до 7520С для стали 65Г). При температуре АС1 в стали происходит превращение перлита в аустенит. Кристаллы (зерна) аустенита зарождаются в основном на границах фаз феррита и цементита. При этом параллельно развиваются два процесса:

  1.  полиморфный переход Fea ® Fe g ;
    1.  растворение  аустенита в цементите.

Представим общую схему превращения

П (Ф +Ц) ½ А1 ® (Ф + Ц + А)1 ® (А + Ц)2 ® ( А неоднородный )3 ®  (А гомогенный)4    

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.

Из рис.6 видно, что фазовая кристаллизация приводит к измельчению зерна в стали. При этом чем дисперснее структура перлита (Ф +Ц) и чем выше скорость нагрева стали, тем больше центров зарождения аустенита, а, следовательно, возрастает дисперсность продуктов его распада. Увеличение дисперсности продуктов распада аустенита приводит к увеличению пластичности, вязкости, уменьшение чувствительности к концентраторам напряжений.

Рассмотрим изменение структуры в стали при закалке в масле. При непрерывном охлаждении стали со скоростью большей чем критическая скорость (рис.5) аустенит превращается в мартенсит. Мартенситное превращение развивается в сталях с высокой скоростью (1000-7000м/с) в интервале температур Мн...Мк. При этом необходимо учитывать, что с увеличением % С точки Мн и Мк понижаются, в то время как введение кремния их повышает.

Из рис.7 видно, что температура Мн и Мк определяются в основном химическим составом стали.

В результате закалки стали 65Г структура может иметь кроме мартенсита и некоторое количество остаточного аустенита.

Возможность мартенситного превращения в стали объясняется наличием принципа структурного и размерного соответствия между аустенитом - плоскость (111) и мартенситом - плоскость (110), т.е. g ® a переход носит бездиффузионный характер. Превращение аустенита в мартенсит происходит путем кооперативного направленного сдвига только атомов железа на расстояние меньше межатомных. Полученный мартенсит представляет собой перенасыщенный твердый раствор углерода в a - железе и имеет тетрагональную кристаллическую решетку. Атомы углерода занимают в основном октаэдрические поры.

Образование в результате закалки мартенсита приводит к большим внутренним напряжениям, повышению твердости, прочности (фазовому наклепу), однако при этом возрастает склонность стали к хрупкому разрушению, что требует проведения дополнительно последующего отпуска.

Превращение в закаленной стали при среднем отпуске (4500С).

Нагрев закаленной стали до температуры АС1 принято называть отпуском. Отпуск должен обеспечить получение в стали необходимые эксплуатационных свойств. Структура стали 65Г после закалки состоит из мартенсита и остаточного аустенита.

При отпуске будет проходить одновременно несколько процессов:

1. Распад перенасыщенного твердого раствора мартенсита, при котором углерод выделяется в виде карбидов ( e - карбид, Fe3C ).

2. Распад остаточного аустенита, который превращается в мартенсит отпуска.

3. Выделение карбидной фазы Fe3C и ее последующая коагуляция.

4. Уменьшение плотности дефектов кристаллического строения.

5. Снимаются внутренние напряжения .

Рассмотрим последовательность процессов при отпуске с повышением температуры:

До 800С диффузионная подвижность атомов мала и распад аустенита идет медленно.

Первое превращение при отпуске развивается в диапазоне 80...2000С и приводит к формированию структуры отпущенного мартенсита - смеси пересыщенного углеродом a - раствора и когерентных с ними частиц e - карбида. В результате этого существенно меняется тетрагональность мартенсита ( часть углерода выделяется в виде метастабильного e - карбида ), удельный объем, снижаются внутренние напряжения (рис.8).

                          

Второе превращение при отпуске развивается в интервале температур 200...2600С (3000С) и состоит: 1) в превращении остаточного аустенита в отпущенный мартенсит; 2) в дальнейшем распаде отпущенного мартенсита: уменьшается степень его перенасыщенности до 0,15...0,2% С, начинается преобразование e - карбида в цементит и его обособление, разрыв когерентности; 3) в снятии внутренних напряжений; 4) в связи с переходом остаточного аустенита в отпущенный мартенсит имеет место некоторое увеличение объема.

Третье превращение при отпуске развивается в интервале 300...4000С. При этом заканчивается распад отпущенного мартенсита и процесс карбидообразования. Формируется карбидоферритная смесь, существенно снимаются внутренние напряжения; повышение температуры отпуска выше 4000С активизирует процесс коагуляции карбидов, что приводит к уменьшению дисперсности ферритоцементитной смеси.

Структуру стали после низкого отпуска (до 2500С) называют отпущенным мартенситом. Структуру стали после среднего отпуска 350...5000С называют троститом отпуска. Структуру стали после высокого отпуска 500...6000С называют сорбитом отпуска.

В стали 65Г после полной закалки в масле и среднего отпуска при 4500С образуется структура тростита.

                                Влияние легирующих элементов.

                                Химический состав стали 65Г

C

Si

Mn

Ni

S

P

0.62 - 0.70

0.17 - 0.37

0.90 - 1.20

до   0.3-04

до   0.03-0,04

до   0.03-0,04

Кремний и марганец положительно влияют на структуру, механические и технологические свойства стали: снижают критическую скорость охлаждения увеличивают прокаливаемость, уменьшают скорость распада мартенсита, сильно упрочняют феррит, повышают прочность, твердость и прежде всего упругие свойства стали (s в; s 0,2; s -1), увеличивают сопротивление коррозии, снижают вязкость. Такое влияние кремния на свойство связано с его воздействием на матричную фазу (a - раствор) и карбиды, а именно, кремний способен создавать в твердом растворе направленные ионные связи, которые должны увеличивать напряжения трения в кристаллической решетке и тем самым повышать сопротивление движению дислокаций, особенно при малых пластических деформациях (упрочняющий эффект).

Влияние никеля - повышает s в, d , прокаливаемость, склонность к отпускной хрупкости, снижает V кр , способствует графитообразованию.

Список используемой литературы.

1.Лахтин Ю. М., Леонтьева В. П., “Материаловедение”, 492 стр., “Машиностроение”, 1980 г.

2.Гуляев А. П., “Металловедение”, 646 стр., “Металлургия”, 1977 г.

3.Рахштадт А. Г., Брострем В. А., “Справочник металлиста”, том 2, 717 стр., “Машиностроение”, 1976 г.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

81031. История создания и устав ООН. Структура ООН 41.01 KB
  Структура ООН Организация Объединённых Наций международная организация созданная для поддержания и укрепления международного мира и безопасности развития сотрудничества между государствами. История создания ООН во многом определяется именно этими факторами. Предшественником ООН была Лига Наций Вторая мировая война дала сильный толчок общественной и правительственной инициативе по организации безопасности и мира.
81032. Реформы ООН 47.61 KB
  Соответственно растёт востребованность ООН как механизма коллективного поиска путей преодоления вызовов XXI века. С другой стороны реформа нужна потому что без неё ООН постепенно будет утрачивать нынешние позиции окажется отодвинутой на обочину мировой политики превратится в статиста беспомощно взирающего на то как группы государств или отдельные страны решают спорные вопросы по своему усмотрению. 2 декабря 2004 года был обнародован доклад ldquo;Более безопасный мир: наша общая ответственностьrdquo;[1] который подготовила Группа...
81033. Миротворческие операции ООН 45.56 KB
  На практике такие операции осуществлялись до недавнего времени главным образом в рамках ООН по решениям СБ в отдельных случаях – ГА ООН. Силы действуют под руководством СБ ООН но находятся под командованием Генерального секретаря выступающего от имени ООН и имеющего политические установки от Совета Безопасности. Что касается состава сил то они комплектуются за счет персонала из состава вооруженных полицейских сил и гражданских представителей различных государств на основе соглашений достигнутых правительствами этих стран с Генеральным...
81034. Международный валютный фонд (МВФ). Всемирная торговая организация (ВТО) 43.14 KB
  Всемирная торговая организация ВТО Международный валютный фонд МВФ англ. ВТО является преемницей Генерального соглашения по тарифам и торговле ГАТТ заключенного в 1947 году и на протяжении почти 50 лет фактически выполнявшего функции международной организации. ВТО отвечает за разработку и внедрение новых торговых соглашений а также следит за соблюдением членами организации всех соглашений подписанных большинством стран мира и ратифицированных их парламентами. ВТО строит свою деятельность исходя из решений принятых в 1986 1994 годах в...
81035. Организация Североатлантического договора (НАТО) 42.5 KB
  Тогда государствамичленами НАТО стали США Канада Исландия Великобритания Франция Бельгия Нидерланды Люксембург Норвегия Дания Италия и Португалия. Одной из декларированных целей НАТО является обеспечение сдерживания любой формы агрессии в отношении территории любого государствачлена НАТО или защиту от неё. Главная цель НАТО гарантировать свободу и безопасность всех своих членов в Европе и Северной Америке в соответствии с принципами Устава ООН.
81036. Парламентская ассамблея Совета Европы (ПАСЕ). Организация по безои сотрудничеству в Европе(ОБСЕ). Европейский суд по правам человека 41.43 KB
  Европейский суд по правам человека ОБСЕ Организация по безопасности и сотрудничеству в Европе крупнейшая в мире региональная организация занимающаяся вопросами безопасности.Верховный комиссар по делам национальных меньшинств Бюро по демократическим институтам и правам человека ОБСЕ Парламентская ассамблея ОБСЕ Представитель по вопросам свободы СМИ наблюдает за развитием положения в области средств массовой информации в 56 государствах-участниках ОБСЕ. Третья корзина или человеческое измерение...
81037. Организация стран-экспортеров нефти (ОПЕК). Организация Исламская Конференция (ОИК). Лига Арабских Государств (ЛАГ) 40.44 KB
  Организация странэкспортеров нефти основана в 1960 году рядом стран Алжир Эквадор Индонезия Ирак Иран Кувейт Ливия Нигерия Саудовская Аравия Объединенные Арабские Эмираты и Венесуэла с целью координации действий по объему продаж и установления цен на сырую нефть. Внимание к интересам странпроизводителей нефти и необходимости обеспечения: устойчивых доходов странпроизводителей нефти; эффективного рентабельного и регулярного снабжения странпотребителей; справедливых доходов от инвестиций в нефтяную промышленность; охраны...
81038. Азиатско-Тихоокеанское экономическое сотрудничество (АТЭС). Евразийское экономическое сообщество (ЕврАзЭс). Ассоциация государств Юго-Восточной Азии. (АСЕАН) 39.91 KB
  АСЕАН. Задачи Завершение оформления в полном объёме режима свободной торговли формирование общего таможенного тарифа и единой системы мер нетарифного регулирования Обеспечение свободы движения капитала Формирование общего финансового рынка Согласование принципов и условий перехода на единую валюту в рамках ЕврАзЭС Установление общих правил торговли товарами и услугами и их доступа на внутренние рынки Создание общей унифицированной системы таможенного регулирования Разработка и реализация межгосударственных целевых программ Создание...
81039. Внешняя политика США 1991-2000 годах 39.62 KB
  На фоне разнообразных и зачастую противоречивых тенденций в американской политической и научной элите в 1990-е гг. формировалась внешняя политика. Ее целью, как и целью внешней политики любой страны, являлось формирование оптимального внешнеполитического курса