Упрочнение углеродистых конструкционных и инструментальных сталей термической (химико-термической) обработкой

Изменение механических, физических и химических свойств углеродистых конструкционных и инструментальных сталей в результате химико–термической обработки. Марки сталей, их назначение и свойства. Структурные превращения при нагреве и охлаждении стали.

Рубрика Производство и технологии
Вид контрольная работа
Язык русский
Дата добавления 06.04.2015
Размер файла 769,1 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Тема: Упрочнение углеродистых конструкционных и инструментальных сталей термической (химико-термической) обработкой

Введение

Материаловедение изучает закономерности, определяющие строение и свойства материалов в зависимости от их состава и условий обработки, и является одной из основных дисциплин, определяющих подготовки инженеров-машиностроителей.

Несмотря на все более широкое использование неметаллических материалов, металлы и сплавы останутся и в ближайшем будущем основным конструкционным и инструментальным материалом. В последнее время широкое применение нашли композиционные материалы на основе металлов, полимеров и керамики.

Теория термической обработки является частью металловедения. Главное в металловедении это учение о связи между строением и технически важными свойствами металлов и сплавов. при нагреве их охлаждении изменяется структура металлического материала, что обусловливаем изменение механических, физических и химических свойств и влияет на его повеление при обработке и эксплуатации.

1. Расшифруйте марку стали У12, укажите температуру критических точек, химический состав, механические и технологические свойства, виды поставки и назначение стали

Сталь У11 ГОСТ 1435-90 - углеродистая инструментальная сталь. Цифра показывает содержание углерода в десятых долях (1,1 %).

Температура критических точек, °С

Ас1

Асm

Ar1

Mн

730

800

700

210

Химический состав

Содержание, %

C

Mn

Si

S

P

Cr

Ni

Cu

Не более

1,16-1,23

0,17 -0,33

0,17-0,33

0,028

0,030

0,20

0,25

0,25

Механические свойства

Термообработка, состояние поставки

sB, МПа

d5, %

Лента холоднокатаная отожженная

0,1-1,5

650

1,5-4,0

Лента холоднокатаная нагатованная

Класс прочности Н1

0,1-4,0

750-900

Класс прочности Н2

0,1-4,0

900-1050

Класс прочности Н3

0,1-4,0

1050-1200

Лента холоднокатаная отожженная высшей категории качества

0,1-4,0

650

Технологические свойства

Температура ковки

Начала 1180, конца 800. Охлаждение заготовок сечением до 100 мм на воздухе, 101-300 мм - в яме

Свариваемость

не применяется для сварных конструкций.

Обрабатываемость резанием

В отожженном состоянии при НВ 187 и sB = 620 МПа Ku тв.спл. = 1.2, Ku б.ст. = 1.1

Склонность к отпускной способности

не склонна

Флокеночувствительность

не чувствительна

Шлифуемость

хорошая

Виды поставки - сортовой прокат, в том числе фасонный: ГОСТ 1435-74, ГОСТ 2590-71, ГОСТ 2591-71, ГОСТ 2879-69. Калиброванный пруток ГОСТ 1435-74, ГОСТ 7417-75, ГОСТ 8559-75, ГОСТ 8560-78. Шлифованный пруток и серебрянка ГОСТ 1435-74, ГОСТ 14955-77. Лента ГОСТ 2283-79, ГОСТ 10234-77, ГОСТ 21997-76. Полоса ГОСТ 103-76, ГОСТ 4405-75. Поковки и кованые заготовки ГОСТ 1435-74, ГОСТ 4405-75, ГОСТ 1133-71.

Назначение - инструмент, который работает в условиях, не вызывающих разогрева рабочей кромки: зубила, долота, бородки, молотки, лезвия ножниц для резки металла, топоры, колуны, стамески, плоскогубцы комбинированные, кувалды.

2. Вычертите диаграмму состояния Fe-Fe3C и нанесите вертикальную линию, соответствующую содержанию углерода в стали

Рисунок 1 Диаграмма состояния системы железо-цементит

Линия АВСD -- линия ликвидус, линия AHJECF -- солидус. Точка А соответствует температуре плавления железа (1 536?С), точка D -- температура плавления цементита (1 252?С). Точки N и G соответствуют температурам полиморфного превращения железа.

В системе Fe-Fe3C на разных ярусах происходят эвтектичекое и эвтектоидное превращения. По линии ECF при температуре 1 147?С происходит эвтектическое превращение: ЖС - АЕ + ЦF. Образующаяся эвтектика называется ледебуритом.

Ледебурит (Л) -- механическая смесь аустенита и цементита, содержащая 4,3% углерода.

По линии PSK при температуре 727?С происходит эвтектоидное превращение: АС - ФР + ЦК, в результате которого из аустенита, содержащего 0,8% углерода, образуется механическая смесь феррита и цементита. Эвтектоидное превращение происходит аналогично кристаллизации эвтектики, но не из жидкого, а из твердого раствора. Образующийся эвтектоид называется перлитом.

Перлит (П) -- механическая смесь феррита и цементита, содержащая 0,8% углерода. Перлит состоит из пластинок цементита в ферритной основе, на травленном шлифе имеет блеск перламутра, отсюда и название -- перлит. Зерно перлита состоит из параллельных пластинок цементита и феррита. Чем грубее и крупнее выделения цементита, тем хуже механические свойства перлита.

Аустенит, входящий в состав ледебурита, при температуре 727?С также испытывает эвтектоидное превращение. Поэтому ниже температуры 727?С ледебурит состоит из механической смеси перлита и цементита.

3. Опишите структурные превращения при нагреве и охлаждении стали

Рисунок 2 Кривая охлаждения с содержанием углерода 1,2 %

углеродистая сталь термическая обработка

В сплаве с содержание углерода 1 % образование кристаллов аустенита происходит в интервале температур 1-2. В точке 2 кристаллизация аустенита заканчивается, и от точки 2 до точки 3 структурных изменений не происходит, аустенит просто охлаждается. При охлаждении в диапазоне температур между точками 3-4 из кристаллической решетки аустенита выделяется избыточный углерод с образованием вторичного цементита ЦII. При этом содержание углерода в аустените изменяется по линии ES. На линии PSK при температуре 727?С происходит эвтектоидное превращение, при котором аустенит превращается в перлит. Поэтому при комнатной температуре структура сплава состоит из перлита и вторичного цементита. Такой сплав называется углеродистой заэвтектоидной сталью.

4. Выбрать способ термической (химико-термической) обработки стали для получения твердости поверхностного слоя более 60 НRC

Заэвтектоидные стали подвергают неполной закалке. Оптимальная температура нагрева углеродистых сталей - температура Ас1 + (30-50 °С), т.е. до температуры 750?С.

После закалки заэвтектоидная сталь приобретает структуру, состоящую из мартенсита и цементита. Кристаллы цементита твёрже кристаллов мартенсита, поэтому при неполной закалке заэвтектоидные стали имеют более высокую твёрдость, чем при полной закалке.

5. Вычертите график термической (химико-термичекой) обработки с указанием температур нагрева, времени выдержки и скорости охлаждения стальной детали или инструмента

Отжиг инструментальной углеродистой стали (У10--У12) проводится с непрерывным охлаждением, изотермический, маятниковый, по режимам, приведенным на рис.3, а, б и в.

Выдержка при температуре отжига и изотермическая выдержка при 680--700oC составляет 1--2 ч. При маятниковом отжиге выдержка на каждой ступени 0,5--1 ч. Структура после отжига -- зернистый перлит.

Перед повторной закалкой, а также для снятия внутренних напряжений от обработки резанием и снятия наклепа после холодной пластической деформации производится низкотемпературный отжиг (рис. 3, г) с выдержкой 2 - 3 ч.

Для устранения цементной сетки и измельчения зерна применяется нормализация (рис. 3, д).

Для получения повышенной чистоты поверхности (при нарезании резьбы и т.п.) применяют улучшение (рис. 3, е).

Рисунок 3 Графики рекомендуемых режимов предварительной термической обработки сталей У10, У11 и У12

а -- отжиг с непрерывным охлаждением; б -- изотермический отжиг; в -- маятниковый отжиг; г -- низкотемпературный отжиг; д -- нормализация; е -- улучшение

6. Опишите предполагаемую структуру стали после термической (химико-термической) обработки

Структура сталей, содержащих больше 0,8% углерода, состоит из зерен перлита и зерен цементита.

Рисунок 4 Микроструктура заэвтектоидной углеродистой стали

При нагреве углеродистой стали любой марки никаких изменений в ее структуре не происходит до температуры 720°. При температуре 720° в стали происходит первое очень глубокое изменение структуры: зерна перлита превращаются в зерна аустенита. Это превращение заключается в том, что пластинчатые зерна цементита, которые образовали как бы каркас внутри зерна перлита, растворяются в окружающем их железе и равномерно по нему распределяются. Получившееся из зерна перлита зерно аустенита представляет собой уже не сложное зерно чистого железа, внутри которого были заключены пластинчатые зерна цементита, а однородное зерно твердого раствора углерода в железе. Превращение зерен перлита в зерна аустенита происходит в углеродистой стали всех марок, когда температура металла достигает 720°. Эта очень важная для теории и практики термической обработки температура называется нижней критической температурой.

При нагреве углеродистых сталей выше 720° зерна аустенита будут увеличиваться, а зерна феррита уменьшаться, потому что зерна аустенита будут постепенно поглощать зерна феррита и растворять их в себе. Наконец, при какой-то температуре зерен феррита не останется вовсе -- структура металла будет состоять из одних зерен аустенита. Та температура, при которой заканчивается полностью процесс растворения зерен феррита в зернах аустенита, называется верхней критической температурой.

Список литературы

1 Арзамасов Б.Н., Макарова В.И., Музова Г.Г. материаловедение: Учебник для вузов - 3-е издание. М.: Изд-во МГТУ им. И. Э. Баумана, 2002.

2 Материаловедение и технология металлов. Фетисов Г.Л., Картман М.Г. М.: Высшая школа, 2000.

3 Справочник по конструкционным материалам. Справочник./ Б.Н. Арзамасов и др.: Под ред. Б. М. Арзамасова. - М.: изд-во МГТУ им. Баумана, 2005.

4 Углеродистая сталь обыкновенного качества (ГОСТ 380-94).

5 Сталь конструкционная (ГОСТ 1414-75).

6 Углеродистая качественная конструкционная сталь (ГОСТ 1050-88).

7 Инструментальная углеродистая сталь (ГОСТ 1435-90).

8 Сталь низкоуглеродистая качественная (ГОСТ 9045-80).

Размещено на Allbest.ru


Подобные документы

  • Теория термической обработки. Превращения в стали при нагреве и охлаждении. Отжиг и нормализация. Дефекты термической обработки. Дефекты при отжиге и нормализации. Дефекты при закалке. Химико-термическая обработка и поверхностное упрочнение стали.

    доклад [411,0 K], добавлен 06.12.2008

  • Расшифровка марки стали 25, температуры критических точек, химический состав, механические свойства и назначение. Построение графика химико-термической обработки стальной детали с указанием температуры нагрева, времени выдержки и скорости охлаждения.

    курсовая работа [444,5 K], добавлен 20.05.2015

  • Изготовление деталей из легированных сталей. Изучение их механических и химических свойств. Фазовый состав, структура и назначение сталей марки 30Г2 и 12Х2Н2. Режимы их термической обработки. Описание и анализ диаграмм изотермического распада аустенита.

    курсовая работа [964,9 K], добавлен 02.06.2014

  • Классификация углеродистых сталей по назначению и качеству. Направления исследования превращения в сплавах системы железо–цементит и сталей различного состава в равновесном состоянии. Определение содержания углерода в исследуемых сталях и их марки.

    лабораторная работа [1,3 M], добавлен 17.11.2013

  • Требования к свойствам инструментальных материалов. Перечень марок нескольких основных нетеплостойких сталей для режущего инструмента. Закалка доэвтектоидных сталей. Быстрорежущие стали: маркировка, структура, технология термической обработки и свойства.

    контрольная работа [19,8 K], добавлен 20.09.2010

  • Классификация инструментальных сталей. Влияние легирующих элементов на структуру и свойства штамповых сталей. Химический состав стали 4Х5МФ1С. Влияние температуры закалки на структуру и твердость материала. Оценка аустенитного зерна и износостойкости.

    дипломная работа [492,5 K], добавлен 19.02.2011

  • Определение классификации конструкционных сталей. Свойства и сфера использования углеродистых, цементуемых, улучшаемых, высокопрочных, пружинных, шарикоподшипниковых, износостойких, автоматных сталей. Стали для изделий, работающих при низких температурах.

    презентация [1,8 M], добавлен 14.10.2013

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.