Свойства конструкционных материалов: стали и стекла
Контрольная работа - Разное
Другие контрольные работы по предмету Разное
Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Северо-Западный государственный заочный технический университет
Практическая работа
по дисциплине Материаловедение
Свойства конструкционных материалов: стали и стекла
Выполнила:
Фетисова Анастасия Викторовна
Санкт-Петербург
г
Часть 1
Вариант 5
Определить по диаграмме железо-цементит, до какой области температур была нагрета сталь марки 45, если после закалки со скоростью выше критической ее структура состояла из феррита и мартенсита. Описать превращения, которые совершились в стали при охлаждении, и указать является ли выбранная температура нагрева стали удачной с точки зрения получения высоких механических свойств. Какова должна быть температура нагрева этой стали, чтобы при охлаждении со скоростью выше критической ее структура не содержала феррита?
Решение
Сталь марки 45 - доэвтектоидная сталь. Закалка доэвтектоидной стали заключается в нагреве стали до температуры на 30-50С выше критической (А3), в выдержке и последующем охлаждении со скоростью, превышающей критическую.
Температура точки А3 для стали 45 составляет 755С, а А1 равна 730С. Структура доэвтектоидной стали при нагреве её до критической точки А1 состоит из зерен перлита и феррита. В точке А1 происходит превращение перлита в мелкозернистый аустенит. Структура стали после закалки, состоящая из феррита и мартенсита может быть получена при неполной закалке, т.е., если сталь нагреть выше А1, но ниже А3, примерно, 740С.
(Температура нагрева стали 45 под неполную закалку составляет 730 - 755С)
При нагреве до температуры, примерно, 740С структура стали 45: аустенит + феррит. При охлаждении со скоростью выше критической структура обратные процессы (распад аустенита на смесь Ф+Ц) не успевают произойти полностью, но наличие полиформизма вызывает ?>? превращение аустенита бездиффузионным мартенситным путем. В результате закалки ?-фаза оказывается пересыщенной углеродом (мартенсит). После охлаждения со скоростью выше критической структура стали - мартенсит + феррит.
Рисунок 1 - Стальной угол диаграммы Железо-цементит
Присутствие феррита как мягкой составляющей снижает твердость стали после закалки. Неполная закалка обеспечивает хорошие механические свойства и штампуемость.
Для того, чтобы при охлаждении со скоростью выше критической структура стали не содержала феррита температура нагрева этой стали должна быть нагрета на (30 - 50), С выше точки А3, т.е.
зак = А3 + (30 - 50)С = 755С + (30 - 50)С =785 - 805С
Часть 2
Вариант 10
. Некоторые шестерни редукторов автомобилей изготавливают из стали 55ПП. Расшифровать марку, дать определение основной характеристики такой стали. Назначить режим термической обработки. Привести окончательную структуру и твердость в различных сечениях детали. Обосновать использование сталей этого типа, сравнив их со сталями, обычно применяемыми для подобных целей.
Решение
Cталь 55ПП - качественная конструкционная сталь пониженной прокаливаемости, содержащая 0,55 - 0,63% С и минимальную концентрацию примесей, увеличивающих прокаливаемость (0,2% Мп, не более 0,30% Si, не более 0,15% Сг и не более 0,25% Cu и Ni)
Назначение - детали с тонкими сечениями упрочняемых элементов: шестерни среднего модуля, втулки, пластины и другие детали; после поверхностного упрочнения с нагревом током высокой частоты (ТВЧ) - детали, к которым предъявляются требования высокой износостойкости при вязкой сердцевине, работающие при больших скоростях и средних удельных давлениях.
Температура критических точек: Ac1 = 720С, Ac3 = 785С
Режим термической обработки: закалка 850 С (скорость индукционного нагрева 30 град/с), охлаждение водяным душем. Процесс охлаждения после нагрева должен быть очень интенсивным, так как критическая скорость закалки стали 55ПП равна 1000-2000/сек. Отпуск 180С, выдержка 1,5 ч.
При глубинном индукционном нагреве и интенсивном охлаждении водой детали из этой стали получают только поверхностную закалку. Закаленный слой имеет структуру - мартенсит, толщину 1-2 мм и высокую твердость (HRC - 58-62) c плавным переходом к сердцевине. Структура сердцевины - троостит или сорбит, твердость - HRC - 30-40 при достаточной вязкости).
После закалки при индукционном нагреве сталь марки 55ПП имеет более высокий предел прочности при изгибе, чем цементуемая сталь марки I2X2H4A. Максимальный предел прочности при изгибе цементуемой стали 12Х2Н4А равен 260 кГ/мм2, а у стали 55ПП он достигает 300 кГ/мм2 в закаленном состоянии.
При одинаковой твердости поверхности сталь 55ПП обладает большей ударной вязкостью, чем стали, содержащие никель. При твердости HRC 56-58 хромоникелевая сталь 20Х2Н4А в цементованном состоянии имеет ударную вязкость 4-5 кГм/см2, а сталь марки 55ПП при той же твердости имеет ударную вязкость 8-14 кГм/см2.
Применение этой дешевой стали дает большой экономический эффект.
. Выбрать марку стали для роликовых подшипников (диаметр роликов не более 10 мм). Указать химический состав стали и роль легирующих элементов. Объяснить критерий выбора стали в зависимости от размера деталей подшипников. Назначить режим термической обработки, пр