V. Пример оформления ответа на вопрос 1

Вопрос 1. Расшифруйте приведённые марки сплавов согласно данным к вопросу, укажите их состав и назначение. Для углеродистой стали с помощью диаграммы железо-цементит выберите и обоснуйте температуру нагрева для закалки и опишите превращения, происходящие в стали при нагреве, до температуры закалки, а затем при охлаждении со скоростью больше критической.

Марки сплавов: Г13ФЛ, У12, 38ХС, ЛМцС58-2-2.

Г13ФЛ – из стали литьём (Л) получают предохранитель замка автосцепного устройства. Состав: содержание углерода - 1% (справочник, ГОСТ), легирование марганцем – 13%, ванадием - 1%. Сталь аустенитного класса, высоколегированная, подвергается термической обработке (закалка), упрочняется наклепом в процессе эксплуатации.

У12 – сталь для режущих инструментов, работающих в условиях, не вызывающих разогрева режущих кромок: метчики, плашки, надфили, измерительный инструмент. Основная техническая характеристика – твердость после термической обработки.

Химический состав, %

Марка	C	Mn	Si	S	P	Cr	Ni	Cu
				Не более
У12	1,16-1,23	0,17-0,33	0,17-0,33	0,028	0,030	0,20	0,25	0,25
У12А	1,16-1,23	0,17-0,28	0,17-0,33	0,018	0,025	0,20	0,20	0,20

Инструмент из стали У12 (заэвтектоидная сталь) содержит углерода 1,2%, в равновесном состоянии имеет структуру П+Ц₁₁. При промышленных скоростях нагрева под закалку перлит вплоть до температуры нагрева А_с1 сохраняет пластинчатое строение. При температуре А_с1 в стали начинается превращение перлита в аустенит. Кристаллы аустенита зарождаются преимущественно на межфазных поверхностях перлита. Превра­щение состоит из двух параллельно идущих процессов: полиморфного Fe_→ Fe_γ перехода и растворения в образовавшемся Fe_γ кристаллов цементита. Полиморфное превращение идет с более высокой скоростью, аустенит сохраняет неоднородность по распределению углерода, для устранения которой требуется определенное время. На графике (рис. 2) показана площадка, соответствующая изотермической выдержке при t_зак. Превращение при температуре выше А₁ сопровождается измельчением зерна.

Сталь У12 подвергают только неполной закалке для сохранения цементита вторичного в структуре. Нагрев производят до температуры А_с1+(30÷50⁰С)=727+40=767⁰С, температура отмечена на стальном уголке диаграммы как t_зак (1 этап), рис.1.

Рис. 1. Стальной уголок диаграммы Fe- Fe₃С

Термическая обработка (ТО) включает операции (рис.2): неполная закалка (1 – нагрев, 2 – выдержка при t_зак, 3 – быстрое охлаждение) и низкий отпуск (4 – нагрев, 5 – выдержка при t=200⁰С, 6 – охлаждение).

Рис. 2. График термической обработки инструмента из стали У12

1 – нагрев приводит к изменению фазового состава сплава П+Ц_II→А+Ц_II;

2 – выдержка при t_зак необходима для получения однородного по распределению углерода аустенита;

3 – быстрое охлаждение со скоростью большей v_кр в специальной среде (соленая вода) обеспечивает формирование структуры М_зак+Ц_II+А_ост. Сохранение кристаллов Ц_II в структуре при неполной закалке заэвтектоидной стали способствует повышению твердости и износостойкости инструмента.

Для полного (или частичного) устранения внутренних напряжений, возникающих при закалке, и превращения А_ост в мартенсит производят нагрев закаленной стали до температуры ниже А_с1, выдерживают при заданной температуре нагрева и охлаждают. Такая ТО называется отпуском. Температура нагрева для углеродистых инструменталь­ных сталей составляет порядка 150-200⁰С, такой отпуск называют низким (низкотемпера­турный). Низкотемпературному отпуску подвергают режущий и измерительный инстру­мент. В результате этой операции сталь заэвтектоидная изменяет микроструктуру (М+Ц_II) и приобретает требуемые эксплуатационные и механические свойства.

38ХС – сталь, из которой обработкой давлением получают упорные плиты авто­сцепного устройства. Состав: углерод – 0,38%, легирована хромом - 1%, кремнием - 1%.

Хром – карбидообразующий элемент. Способствует получению твёрдых и износо­стойких рабочих поверхностей. Повышает склонность стали к отпускной хрупкости. Кремний – увеличивает прочность, износостойкость и придаёт упругие и антифрикцион­ные качества. При содержании более 2% снижает пластичность. Повышает прокаливае­мость, но увеличивает температуру нагрева при закалке, нормализации и отжиге.

Механические свойства после закалки и высокого отпуска для сечения 100мм

Марка	в, МПа	5 , %	НВ
40	590	18	174-217
38ХС	690	15	240-280

ЛМцС58-2-2 – латунь марганцево-свинцовая. Применяют для подшипников скольжения (двухслойный металл). Изделия из таких сплавов получают обработкой давлением. Состав: медь – 58%, марганец - 2%, свинец - 2%, остальное цинк.

Марганец повышает механические свойства и коррозионную стойкость. Свинец улучшает обрабатываемость резанием. По структуре латунь относится к однофазным, состоит из кристаллов -фазы.

Примерная прочность: _в = 400 МПа, _0,2 = 160 МПа. Пластичность 40%. Твёрдость НВ 85.

Хорошая пластичность в закалённом состоянии позволяет дополнительно упрочнять сплавы с помощью пластической деформации (перед старением). Обработка по схеме «закалка + пластическая деформация + старение» обеспечивает повышение _в.