67677

Сталь 40ХНМА и прочая полезная информация

Курсовая

Производство и промышленные технологии

При выборе термической обработки необходимо представлять себе сущность изменений, происходящих в стали при этой обработке. Для этого необходимо знать основные положения металловедения, в частности строение стали и механизм протекания фазовых превращений.

Русский

2014-09-13

1.66 MB

25 чел.

Сталь 40ХНМА и прочая полезная информация

Оглавление.

Введение………………………………………………………………………..3

§1 Конструкционные стали

.1 Общая характеристика…………………………………………………….4

.2 Улучшаемые стали…………………………………………………………6

.3 Конструкционные стали применяемые для изготовления валов……….9

§2  Термическая обработка сталей

.1 Основы теории термической обработки…………………………………11

.2 Классификация видов термической обработки сталей…………………13

.3 Влияние вида отпуска на структуру стали………………………………17

§3 Выбор термической обработки стали марки 40ХНМА……………….…21

Заключение…………………………………………………………………….24

Список литературы……………………………………………………………25

Введение.

  Прежде чем приступить к основному вопросу, то есть разработке выбора термической обработки и методов улучшения заданного материала, надо рассмотреть ряд теоретических аспектов необходимых для детального анализа данного вопроса.

Правильно подобранный режим термической обработки обуславливает целый ряд физико-химических, механических и технологических свойств получаемых изделий.

При выборе термической обработки необходимо представлять себе сущность изменений, происходящих в стали при этой обработке. Для этого необходимо знать основные положения металловедения, в частности строение стали и механизм протекания фазовых превращений. Кроме того, необходимы конкретные представления о структуре стали и ее изменениях.

Контроль микроструктуры является одним из наиболее эффективных способов оценки качества изделий. С его помощью можно обнаружить дефекты структуры изделий и выявить причины их возникновения. Так, например, низкая твердость может быть обусловлена или низкой или слишком высокой температурой закалки, недостаточной скоростью охлаждения, высокой температурой отпуска, обезуглероживанием поверхности. Металлографическое исследование позволяет не только выявить все эти дефекты, но обнаружить также и те нарушения режима термической обработки, которые, не влияя на окончательную твердость, вызовут появление трещин непосредственно после закалки или во время эксплуатации.

Основной целью данной работы является проработка теоретического материала по теме “Термическая обработка сталей” и изучение методов повышения эксплутационных характеристик конструкционных сталей.

§1.  КОНСТРУКЦИОННЫЕ СТАЛИ

1.1  ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

Для того чтобы правильно назначить необходимый режим термообработки

надо расшифровать марку заданной стали.

Сталь 40ХНМА –конструкционная хромоникельмолибденовая легированная

сталь, содержащая 0,4% С, и менее 1% Cr, Ni и Mo.

Конструкционные стали должны обладать высокой конструктивной прочностью, обеспечивать длительную и надежную работу конструкции в условиях эксплуатации. Поэтому особенность требований, предъявляемых к конструкционным материалам, состоит в необходимости обеспечения комплекса высоких механических свойств, а не одной какой-либо характеристики.

Материалы, идущие на изготовление конструктивных элементов, деталей машин и механизмов, должны наряду с высокой прочностью и пластичностью хорошо сопротивляться ударным нагрузкам, обладая запасом вязкости. При знакопеременных нагрузках конструкционные материалы должны обладать высоким сопротивлением усталости, а при трении сопротивлением износу. Во многих случаях необходимо сопротивление коррозии. Учитывая, что в деталях всегда имеются дефекты, являющиеся концентраторами напряжений, конструкционные материалы должны обладать высоким сопротивлением хрупкому разрушению и распространению трещин.

Помимо высокой надежности и конструктивной прочности конструкционные материалы должны иметь высокие технологические свойства - хорошие литейные свойства, обрабатываемость давлением, резанием, хорошую свариваемость. Конструкционные материалы должны быть дешевы и не должны содержать дефицитных легирующих элементов.

Из всех материалов, применяемых в настоящее время и прогнозируемых в будущем, только сталь позволяет получать сочетание высоких значений различных механических характеристик и хорошую технологичность при сравнительно невысокой стоимости. Поэтому сталь является основным и наиболее распространенным конструкционным материалом. Легирование позволяет повысить уровень механических свойств.

Основными преимуществами легированных конструкционных сталей перед углеродистыми являются более высокая прочность за счет упрочнения феррита и большей прокаливаемоемостью меньший рост аустенитного зерна при нагреве и повышенная ударная вязкость, более высокая прокаливае-мость и возможность применения более мягких охладителей после закалки, устойчивость против отпуска за счет торможения диффузионных процессов. Отпуск при более высокой температуре дополнительно снижает закалочные напряжения. Легированные стали обладают более высоким уровнем механических свойств после термической обработки. Поэтому детали из легированных сталей, как правило, должны подвергаться термической обработке.

Различают следующие виды конструкционных сталей: 1) углеродистые, в том числе автоматные стали; 2) строительные; 3) цементуемые; 4) улучшаемые; 5) высокопрочные; 6) рессорно-пружинные; 7) подшипниковые;

8) износостойкие.

Автоматные стали применяют для массового изготовления крепежа на станках-автоматах. Основное требование к ним - хорошая обрабатываемость резанием, достигаемая за счет увеличения содержания серы и фосфора до 0,1 - 0,2 %, а также добавления селена и свинца. Маркируются автоматные стали буквой А и двумя цифрами, показывающими среднее содержание углерода в сотых долях процента: А12, А20, АЗО.

1.2  УЛУЧШАЕМЫЕ СТАЛИ

Улучшаемыми конструкционными сталями называют среднеуглеродистые стали, содержащие 0,3 - 0,5% С и легирующие элементы обычно в количестве не более 5 %, которые используют после операции так называемого улучшения, состоящей из закалки и высокого отпуска. Закалку таких сталей обычно проводят в масле. Температура отпуска составляет 550 - 650 °С.  После термообработки улучшаемые стали имеют структуру сорбита,  хорошо воспринимающего ударные нагрузки.

 Улучшаемые стали имеют высокую прочность, вязкость, малую чувствительность к концентраторам напряжений и хорошую прокаливаемость.  В случае сквозной прокаливаемости после одинаковой термообработки свойства различных марок улучшаемых сталей близки между собой. Поэтому выбор той или иной марки улучшаемой стали в каждом конкретном случае обусловлен  прокаливаемостью стали, сечением детали и сложностью ее конфигурации, наличием концентраторов напряжений. Улучшаемые стали могут быть условно разбиты на 5 групп. С увеличением номера группы растет степень легирования и размер сечения, в котором достигается сквозная прокаливаемость (табл.1). В этой таблице порог хладноломкости указывает температура, при которой в изломе ударных надрезанных образцов не менее 50 % волокнистой составляющей. Обычное содержание кремния в улучшаемых сталях составляет 0,17 -0,37 %, марганца 0,5 - 0,8 %, фосфора и серы менее 0,035 %.  К группе I относятся углеродистые стали марок 35, 40, 45, имеющие критический диаметр D95 до 10 мм, при котором достигается сквозная прокаливаемость, и содержащие в структуре не менее 95 % мартенсита. Группа П представлена хромистыми сталями марок ЗОХ, 40Х. Критический диаметр D95=15-20 мм. Недостатком сталей этой группы является склонность к отпускной хрупкости второго рода. Для них необходимо быстрое охлаждение после отпуска.

В группу III входят хромистые стали, дополнительно легированные еще

одним или двумя элементами: ЗОХМ, 40ХГ, ЗОХГТ (D95 =20-25 мм).

Для увеличения прокаливаемости в хромистые стали дополнительно вводят марганец (40ХГ) и бор (40ХР); молибден (ЗОХМ) вводят для снижения отпускной хрупкости второго рода.

Состав улучшаемых конструкционных сталей (по ГОСТ 4543—)

Сталь

Содержание элементов, %

Критичес-кий диа-метр, мм

Порог хладноломкости T50°С

С

Мп

Si

Cr

Ni

Другие

1

40

0,37-0,44

10

-20

45

0,42-0,49

12

-20

2

40Х

0,36-0,44

0,8-1,1

15

-50

40ХР

0,37-0,45

0,8-1,1

0,002-0,005В

20

-30

ЗОХМ

0,26-0,34

0.8-1,1

0.15-0,25 Мо

20

-60

40ХГ

0,36-0,45

0,9—,2

0,9-1,2

25

-20

3

40ХГР

0,37-0,45

0,7—,0

0,8-1,1

0.002-0,005В

30

-20

ЗОХГТ

0,24-0,32

0,8—,1

1,0-1.3

0,06-0,12 Ti

20

-20

30ХГС

0,28-0,35

0,8—,1

0,9—,2

0,8-1,1

25

-20

40ХН

0,36-0,44

0,17—,37

0,45-0,75

1,0-1,4

25

-60

40ХНР

0.35-0,42

,6-0,9

0,17—,37

0,6-0,9

0,4-0,8

0,002-0,005В

35

-40

4

40ХГНР

0,35-0,45

0,8—,1

0,17—,37

0,8-1,1

0,5-0,8

0.002-0,005В

40

-20

40ХНМ

0,37-0,44

0,17—,37

0,6-0,9

1,2-1,6

0,15-0,25 Мо

40

-80

42ХМФ

0.40-0,45

0,5—,8

0,17—.37

0,8-1,1

0,20-0,30 Мо, 0,08-0,14 V

40

-60

ЗОХНЗ

0,27-0,34

0,6-1,9

2,75-3,15

50

-100

 5

ЗОХН2ВФ

0,27-0,34

0,6-0,9

2,0-2,4

0,5-0.8 W. 0,15-0,30 V

100

-80

38ХНЗМФ

0,30-0,42

1,2-1,5

3,0-3,4

0,35-0,45 Мо, 0,1-0,2 V

100

-100

Высокими свойствами обладают принадлежащие к этой группе стали, называемые хромансилями: 20ХГС, ЗОХГС. Эти стали хорошо свариваются при высокой прочности     =1200 МПа и KCU = 0,4 МДж/м2. Их недостатком является склонность к отпускной хрупкости второго рода.

К группе IV относятся хромоникелевые стали, содержащие до 1,5 % Ni:

40ХН, 40ХНМ. Их критический диаметр D95 = 40 мм. Эти стали при пониженной температуре эксплуатации обладают большим запасом вязкости чем стали предыдущих групп.

   Группу V составляют комплексно-легированные стали, содержащие 3 -4 % Ni: 38XH3M, 38ХНЗМФА. Эти стали, хотя и сравнительно дороги, относятся к лучшим маркам улучшаемых сталей. Критический диаметр D95 составляет 100 мм и более при низкой склонности к хрупкому разрушению. Из сталей этой группы изготовляют сложные по конфигурации детали, подвергаемые ударным нагрузкам. Их недостаток состоит в склонности к флокенообразо-ванию и трудности обработки резанием.

1.3  Конструкционные стали применяемые для изготовления коленчатых и промежуточных валов

В зависимости от назначения и условий работы эксплуатационная стойкость валов определяется усталостной прочностью в условиях кручения и изгиба, контактной прочностью и износостойкостью.

Коленчатый  вал  двигателя  воспринимает  высокие  нагрузки  от  сил инерции  поступательного  и  вращательного  движения масс  и  силы инерции,  вызывают трение и износ  шеек  вала, а также усталостные явления по галтелям и в местах выходов масляных каналов. Их обычно изготовляют из стали, а в ряде случаев и из чугуна. Поковки коленчатых валов для получения необходимых механических свойств, подготовки структуры для окончательной поверхностной закалки и обеспечения хорошей обработки резанием подвергают нормализации  при (необходимости с отпуском) или улучшению. Улучшение также является и окончательной упрочняющей обработкой валов. Для повышения износостойкости шейки коленчатых валов подвергают закалке при индукционном нагреве и самоотпуску.

Основные стали и режимы окончательной термической обработки, рекомендуемые для изготовления валов, в зависимости от их конструктивной сложности и области применения представлены в табл.2.

 Для повышения усталостной прочности галтели коленчатого вала иногда упрочняют обкаткой роликами или, реже, дробеструйной обработкой. Долговечность коленчатых валов из легированных сталей может быть повышена жидким  или газовым азотированием. Усталостная прочность коленчатых валов в результате жидкого азотирования повышается на 60—%.

                           Таблица валов

§2  ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА СТАЛИ

2.1   ОСНОВЫ ТЕОРИИ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

Термической обработкой называется технологический процесс, состоящий из совокупности операций нагрева, выдержки и охлаждения изделий из металлов и сплавов, целью которого является изменение их структуры и свойств в заданном направлении.

Теория термической обработки рассматривает и объясняет изменения строения и свойств металлов и сплавов при тепловом воздействии, а также при тепловом воздействии в сочетании с химическим, деформационным, магнитным и другими воздействиями.

 Термическая обработка является одним из наиболее распространенных в современной технике способов получения заданных свойств металлов и сплавов. Термическая обработка применяется либо в качестве промежуточной операции для улучшения обрабатываемости давлением, резанием и др., либо в качестве окончательной операции для придания металлу или сплаву такого комплекса механических, физических и химических свойств, который сможет обеспечить заданные эксплуатационные характеристики изделия. Чем ответственнее изделие (конструкция), тем, как правило, в нем больше термически обработанных деталей.

Так как основными факторами любого вида термической обработки являются температура и время, то любой процесс термической обработки можно описать графиком, показывающим изменение температуры во времени (рис.1). Постоянная скорость нагрева или охлаждения изображается на графике прямой линией с определенным углом наклона, при этом угол наклона характеризует скорость нагрева или охлаждения (, ). Общая

длительность термической обработки металла складывается из времени собственно нагрева до заданной температуры 1 времени выдержки при этой температуре (1 - 2) и времени охлаждения до комнатной температуры                

(3- 2).

Рис.1 График термической обработки сплавов.

В результате термической обработки в сплавах происходят структурные изменения. После термообработки металлы и сплавы могут находиться в равновесном (стабильном) и неравновесном (метастабильном) состоянии. При охлаждении деталей (изделий) вместе с печью в них практически полностью проходят процессы вторичной кристаллизации и связанные с ними диффузионные превращения в металле или сплаве, и металл оказывается в состоянии, близком к равновесному (стабильному). При охлаждении на воздухе в металле происходят превращения, близкие к равновесным. При быстром охлаждении (масло, вода и др.) в металле не успевают проходить диффузионные процессы и связанные с ними превращения, поэтому он оказывается в неравновесном (частично неравновесном) состоянии.

.2  КЛАССИФИКАЦИЯ ВИДОВ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ СТАЛИ

 Современная классификация видов термообработки, определяемая типом фазовых и структурных изменений в металле охватывает все  многочислен-ные разновидности термической обработки черных и цветных металлов и сплавов.  Классификация основных видов термической обработки наглядно представлена на рис.2.

Термическая обработка, заключающаяся в нагреве металла, находящегося в результате каких-либо предшествующих воздействий в неравновесном состоянии, и приводящая его в более равновесное состояние, называется отжигом. Охлаждение после отжига производится вместе с печью.

Нагрев при отжиге может производиться ниже и выше температур фазовых превращений в зависимости от целей отжига.

Отжиг, при котором нагрев и выдержка металла производятся с целью приведения его в однородное (равновесное) состояние за счет уменьшения (устранения) химической неоднородности, снятия внутренних напряжений и рекристаллизации, называется отжигом первого рода. Его проведение не связано с прохождением фазовых превращений. Он возможен для любых металлов и сплавов.

В зависимости от того, какие отклонения от равновесного состояния устраняются существуют следующие разновидности отжига 1-го рода: гомогени-зационный, рекристаллизационный и уменьшающий напряжения отжиг.

Гомогенизационный (диффузионный) отжиг - это термическая обработка, при которой главным процессом является устранение последствий дендритной ликвации (химической неоднородности).

Рекристаллизационный отжиг - это термическая обработка деформированного металла, при которой главным процессом является рекристаллиза-

ция металла.

Классификация термообработки.

Отжиг, уменьшающий напряжения, - это термическая обработка, при которой главным процессом является полная или частичная релаксация остаточных напряжений.

Отжиг, при котором нагрев производится выше температур фазовых превращений с последующим медленным охлаждением для получения структурно равновесного состояния, называется отжигом второго рода или перекристаллизацией.

Если после нагрева выше температур фазовых превращений охлаждение ведется не в печи, а на воздухе, то такой отжиг называется нормализацией которая является переходной ступенью от отжига к закалке.

Существует два вида закалки: закалка без полиморфного превращения и закалка с полиморфным превращением. Закалка без полиморфного превращения заключается в нагреве металла или сплава до температур растворения избыточной фазы, выдержке при этой температуре с целью получения однородного пересыщенного твердого раствора и в фиксации полученного пересыщенного твердого раствора за счет быстрого охлаждения в сильном охладителе (вода, масло и др.). В результате этого сплав имеет структурно неустойчивое состояние. Этот вид закалки характерен для сплавов алюминия с медью - дуралюминов.

Термическая обработка, заключающаяся в нагреве металла выше температур фазовых превращений с последующим быстрым охлаждением для получения структурно неравновесного состояния, называется закалкой с полиморфным превращением. Этот вид закалки характерен для сплавов железа с углеродом (стали). После закалки в стали образуется структура пересыщенного твердого раствора углерода в -железе, которая называется мартенситом.

Состояние закаленного сплава характеризуется особой неустойчивостью. Процессы, приближающие его к равновесному состоянию, могут идти даже

при комнатной температуре и резко ускоряются при нагреве. Термическая обработка, представляющая собой нагрев закаленного сплава ниже температур фазовых превращений (ниже Ac1) для приближения его структуры к структуре более устойчивого состояния, называется отпуском, Отпуск является операцией, проводимой после закалки стали (закалки с полиморфным превращением).Между отпуском и отжигом 1-го рода много общего. Разница в том, что отпуск - всегда вторичная операция после закалки. Самопроизвольный отпуск, происходящий после закалки без полиморфного превращения в результате длительной выдержки при комнатной

температуре, или отпуск при сравнительно небольшом подогреве называется старением. При рассмотрении разных видов термообработки железоуглеродистых сплавов (стали, чугуны) используются следующие условные обозначения критических точек этих сплавов (рис.3).

Критические точки А1 лежат на линии PSK (727 °С). Критические точки А2 находятся на линии MО (768 °С). Критические точки Аз лежат на линии GS, а критические точки Аcm- на линии SE. Вследствие теплового гистерезиса превращения при нагреве и охлаждении проходят при разных температурах. Поэтому для обозначения критических точек при нагреве и охлаждении используются дополнительные индексы: буквы “с” в случае нагрева и “r”  в случае охлаждения. Например, Ac1, Ac3, Ar1, Ar3. 

Рис.3   Обозначение критических точек стали

2.3  Влияние вида отпуска на структуру стали

При закалке охлаждение сталей, предварительно нагретых до аустенитного состояния, со скоростью равной или более критической, приводит к резкому повышению предела прочности, предела текучести и снижению относительного изменения, ударной вязкости, что обусловлено образованием в материале структуры мартенсита.

Процесс образования данной структуры, сопровождающийся неравномерностью охлаждения поверхностных и внутренних слоев материала, возрастанием удельного объема структуры до максимального , искажением кубической решетки -железа из-за пересыщения углеродом до тетрагональной, вызывает появление высоких внутренних остаточных напряжений разного рода, что при значительной твердости мартенсита приводит к нежелательной хрупкости закаленных сталей. Поэтому для улучшения свойств закаленных сталей применяют последующую термическую обработку - отпуск, которая позволяет неравновесные структуры мартенсита и остаточного аустенита перевести в более устойчивое состояние - мартенситно-карбидные или феррито-цементитние смеси.

Таким образом, целью отпуска является получение более равновесной, необходимой структуры стали с требуемыми механическими свойствами и низкими внутренними напряжениями.

Отпуском  называется вид термической обработки, заключающийся в нагреве закаленной стали до температур, лежащих ниже критической точки Ас1, в выдержке стали при заданной температуре и последующем охлаждении на воздухе.

Характер и скорость распада мартенсита и остаточного аустенита, конечная структура и свойства стали, уменьшение внутренних напряжений обусловлены конкретными температурами, определяющими четыре основных превращения в стали при отпуске, на основании которых

разработаны и применяются в практике машиностроения при термо-обработке закаленных сталей три вида отпуска: низкотемпературный (низкий), среднетемпературный (средний) и высокотемпературный (высокий).

Низкий отпуск, проводимый при температурах 150-250°С, несколько улучшает вязкость закаленной стали без заметного снижения твердости в результате изменения тетрагональности решетки -железа за счет частич-ного выхода элементарного углерода с последующим образованием мельчайших частичек карбидов железа Fe2С, еще полностью необосо-бившихся от решетки мартенсита - когерентная связь. Для этого вида связи характерно наличие общих отдельных кристаллографических плоскостей, принадлежащих решетке мартенсита и решетке карбидов.                   

Образовавшаяся структура называется отпущенным мартенситом, который отличается от мартенсита закалки меньшей концентрацией углерода и наличием пластинчатых карбидных частиц, когерентно связанных с решеткой мартенсита.                             

Низкий отпуск обеспечивает твердость порядка 60НRС и высокую износостойкость поверхностных слоев стали; при этом  имеет место частичное снижение внутренних остаточных напряжении, повышение ударной вязкости, что уменьшает склонность стали к хрупкому разрушению.                                          

Низкому отпуску подвергают режущий и измерительный инструмент; детали, прошедшие поверхностную обработку - закалку, цементацию; изделия, работающие в условиях трения сопряженных деталей.

При температуре 250-350°С происходит превращение остаточного аустенита в отпущенный мартенсит, что приводит к значительному снижению ударной вязкости - появлению нежелательной хрупкости материала. Поэтому в интервале этих температур отпуск сталей, как правило, не производят.

Средний отпуск проводится в интервале температур 350-480 (500)С.

С повышением температуры до 400°С в углеродистой закаленной стали полностью завершается процесс выделения углерода из мартенсита. Мелкодисперсные частицы карбида –Fe2С преобразуются в Fe3С ; их когерентная связь с решеткой мартенсита нарушается. Структура стали будет состоять из феррита и цементита.

Последующий нагрев до максимальных температур этого вида отпуска приводит к росту частиц цементита и изменению их формы (начало процесса коагуляции и сфероидизации). Одновременно начиная с 400°С начинается укрупнение пластинок феррита. В результате среднего отпуска структура закаленной стали  будет представлять мелкодисперсную смесь феррита и цементита, которая называется троостит отпуска.

Полное выделение углерода из мартенсита обусловливает снятие внутренних напряжений, связанных со структурными превращениями при закалке, а начавшийся процесс укрупнения цементита и феррита, сопровождающийся снижением твердости (40-50 НRС) и, следовательно, повышением пластичности, предопределяет высокие пределы упругости и выносливости, релаксационную стойкость стали.

Средний отпуск применяют для деталей, работающих в режиме изменяющихся нагрузок: рессоры, пружины, торсионы, штампы.

Высокий отпуск выполняют при 500-680°С. Нагрев выше 500°С усиливает коагуляцию и сфероидизацию частиц цементита; образования феррита еще больше укрупняются и становятся равноосными. В результате образуется смесь сорбита отпуска. Для полученной структуры характерно еще большее снижение твердости (30-45 НRС), существенное повышение предела прочности при растяжении, относительного сужения и особенной ударной, вязкости, почти полное (90-95%) устранение всех внутренних напряжений (1-2 часа выдержки при 550-600°С).

Высокому отпуску подвергается большое количество наиболее нагруженных деталей машин, испытывающих знакопеременные и ударные нагрузки - валы, оси, зубчатые колеса, шатуны, элементы теплосилового оборудования.Высокий отпуск обеспечивает одновременно значительную пластичность конструкционной стали при повышенной, по сравнению с нормализацией и отжигом, прочности. Поэтому термическую обработку состоящую из закалкии и последующего высокого отпуска называют улучшением, которому подвергают среднеуглеродистые стали для уменьшения чувствительности к концентраторам напряжений, снижения температуры порога хладноломкости.

При температурах, близких к Ас1(650-700°С), частицы цементита настолько укрупняются, что образуется крупнозернистая феррито-цементитная смесь –перлит отпуска (зернистый перлит). Для структур среднего и высокого отпуска (троостит, сорбит), с округлой зернистой формой цементита, характерна повышенная вязкость при почти одинаковой прочности с подобными структурами, которые сформировались в результате распада переохлажденного аустенита и имеют пластинчатую форму цементита.

Отпуск является единственным окончательным видом термообработки закаленной стали, температурные интервалы которого, обуславливая особенности превращения мартенсита и остаточного аустенита при нагреве, создают в материале комплекс свойств практической целенаправленности.

§3  Выбор режима термической обработки стали марки 40ХНМА

Итак, на основании вышеизложенного можно сделать вывод, что для достижения необходимой твердости (260-300 HB), выбранной конструкционной стали марки 40ХНМА, предназначенной для изготовления крупных деталей (коленчатые валы, муфты, промежуточные валы и др.) подходит следующий вид термообработки: закалка с последующим высоким отпуском. Причем после термообработки целесообразно будет произвести один из видов химико-термической обработки –азотирование.

Азотированием называется процесс насыщения поверхностного слоя азотом. Целью азотирования является создание поверхностного слоя с особо высокой твердостью, износостойкостью, повышенной усталостной прочностью и сопротивлением коррозии в водной среде, паровоздушной и влажной атмосфере.

Процесс азотирования состоит в выдержке в течение довольно длительного времени (до 60 ч) деталей в атмосфере аммиака при 500 - 600 °С. При более высокой температуре образуются более крупные нитриды, и твердость уменьшается. Азотирование проводят в стальных, герметически закрытых

ретортах, в которые поступает аммиак. Реторту помещают в нагревательную печь. Поступающий из баллонов аммиак при нагреве разлагается на азот и водород: NН3     ЗН + N.

Активные атомы азота проникают в решетку -железа и диффундируют в ней. Образующиеся при этом нитриды железа еще не обеспечивают достаточно высокой твердости. Высокую твердость азотированному слою придают нитриды легирующих элементов, прежде всего хрома, молибдена, алюминия. Благодаря высокой твердости нитридов легирующих элементов азотированию обычно подвергают легированные среднеуглеродистые стали.

Азотированию обычно подвергают готовые изделия, прошедшие механическую и окончательную термическую обработку (закалку с высоким отпуском 600 - 675°С, температура которого выше максимальной температуры азотирования).Напомню, что до термообработки заданная имела структуру феррит + перлит. После такой термической обработки металл приобретает структуру сорбита, имеющую высокую прочность и вязкость. Эта структура сохраняется в сердцевине детали и после азотирования. Высокая прочность металлической основы необходима для того, чтобы тонкий и хрупкий азотированный слой не продавливался при работе детали. Высокая твердость азотирования достигается сразу и не требует последующей термической обработки. Это важное преимущество процесса азотирования.

Участки, не подлежащие азотированию, защищают нанесением тонкого слоя олова (10 - 15 мкм) электролитическим методом или жидкого стекла. Глубина азотированного слоя достигает 0,3 - 0,6 мм. Из-за сравнительно низких температур скорость азотирования значительно меньше, чем скорость цементации и составляет всего 0,01 мм/ч и менее.

По сравнению с цементацией азотирование имеет ряд преимуществ и недостатков. Преимуществами азотирования являются более высокая твердость и износостойкость поверхностного слоя, сохранение их высоких свойств при нагреве до 500°С, а также высокие коррозионные свойства. В азотированном слое создаются остаточные напряжения сжатия, что повышает усталостную прочность. Кроме того, после азотирования не требуется закалки, что позволяет избежать сопутствующих закалке дефектов.

Недостатками азотирования по сравнению с цементацией являются более высокая длительность процесса и необходимость применения дорогостоящих легированных сталей. Поэтому азотирование применяют в случае изготовления более ответственных деталей, от которых требуется особо высокое качество поверхностного слоя.

На рис 4. представлен график  влияния температуры и продолжительности азотирования на твердость и толщину азотированного слоя:

Рис.4

  1.  сталь 38ХМЮА
  2.  легированные конструкционные стали (40Х, 40ХНМА, 18Х2Н4ВА и др.)
  3.  углеродистые стали.

Заключение.

 Таким образом, после заданной термической обработки: закалки с последующим высоким отпуском сталь будет обладать повышенной твердостью (порядка  300-370 HB), что для нашего случая (изготовлению из данной стали промежуточных, коленчатых валов, муфт и других деталей) является приемлемым. Дальнейшее азотирование позволяет повысить усталостную прочность концентраторов напряжения ( шейки вала, сужения, галтели, места выходов масляных каналов, шпоночные соединения), и общую долговечность детали.

Выбор данного метода термической обработки обусловлен тем, что высокий отпуск обеспечивает одновременно значительную пластичность конструкционной стали при повышенной, по сравнению с нормализацией и отжигом, прочности. Поэтому термическую обработку состоящую из закалки и последующего высокого отпуска называют улучшением, которому подвергают среднеуглеродистые стали для уменьшения чувствительности к концентраторам напряжений, снижения температуры порога хладноломкости.

 Также не следует забывать о немаловажной роли легирующих элементов:

никель обеспечивает необходимый запас вязкости, а в сочетании с хромом большую прокаливаемость, а его сочетание с молибденом сильно снижает порог хладноломкости, молибден также вводят для предотвращения явления отпускной хрупкости.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

7547. Основы теории коммуникации 73 KB
  Основы теории коммуникации Учебные цели: изучить сущность информационного и коммуникативного пространства ознакомиться с видами и типами коммуникации, выделить свойства и закономерности коммуникативного пространства охарактеризовать символич...
7548. Субъекты и объекты в ПР-деятельности. Общественное мнение. Группы общественности 61 KB
  Субъекты и объекты в ПР-деятельности. Общественное мнение. Группы общественности Учебные цели: ознакомиться с основными субъектами, объектами, целями, способами коммуникации в системной деятельности Public Relations выделить пять основных целей Pub...
7549. Современные технологии внутреннего ПР 38.5 KB
  Современные технологии внутреннего ПР Когда мы говорим о технологиях Public Relations, связанных с деятельностью конкретного предприятия, благотворительной организации, некоммерческого фонда или коммерческой компании, в...
7550. Внешний ПР. Организация значимых событий 42.5 KB
  Внешний ПР. Организация значимых событий. Внешние Public Relations -технологии В качестве внешних Public Relations-технологий, как правило, могут использоваться: 1) устное сообщение (пресс-конференции, выступления перед различными с...
7551. Основные характеристики современных СМИ 93 KB
  Основные характеристики современных СМИ Системные характеристики СМИ Средства массовой информации как сложно организованный объект должны отвечать требованиям системного подхода: сохранять целостный характер, несмотря на существование разнообразных,...
7552. ПР технологии работы со СМИ 44.5 KB
  ПР технологии работы со СМИ Организация пресс-туров Пресс-тур - это мероприятие, подготовленное службой по связям с общественностью организации специально для журналистов, рассчитанное на достаточно продолжительное время с целью получить ...
7553. Спонсорство и фандрайзинг-технологии 44 KB
  Спонсорство и фандрайзинг-технологии Спонсорство или спонсоринг Очень важная технология Public Relations - организация и проведение филантропических мероприятий. Наряду с этикой ставятся и практически значимые причины такого...
7554. Контент-анализ и работа с текстами в ПР 48.5 KB
  Контент-анализ и работа с текстами в ПР Учебные цели: ознакомиться с основными методами анализа текстов в Паблик Рилейшенз, научиться проводить контент анализ СМИ, качественный анализ текста, освоить процедуру оценки читабельности текста. На аналити...
7555. Формирование имиджа организации 59.5 KB
  Формирование имиджа организации. Учебные цели: ознакомиться с понятием корпоративного имиджа, целями его создания и способами коррекции научиться выделять основные цели создания и коррекции имиджа изучить алгоритм действий по созданию корпор...