2333

В сплаве с содержанием углерода 0,4 % в соответствии с диаграммой «железоцементит» (рисунок Б1, Приложение Б) имеются 5 точек, характеризующих фазовые превращения при понижении температуры.

До точки 1 сплав находится в жидком состоянии (Ж). В точке 1 при t = 1500 °C начинается кристаллизация жидкого раствора с выделением из него феррита. Кристаллизация происходит в интервале температур. При охлаждение сплава до точки 2 при t =1499 °C феррит (Ф) превращается в аустенит (А), процесс происходит во времени и это отражено участком 2–2' на кривой охлаждения. Процесс протекает при постоянной температуре, вследствие выделения тепла при превращении феррита в аустенит.

Ниже точки 2 сплав будет двухфазным: А+Ж. Кристаллизация закончится при достижении температур, соответствующих линии солидус JE (точка 3). После затвердевания сплав приобретает однофазную структуру аустенит (А). Точка 3 на диаграмме – температура конца кристаллизации – 1450 °С.

Охлаждение сплава до точки 4 при t = 820 °C приводит к измельчению зерен аустенита без изменения химического состава. С дальнейшим понижением температуры по границам зерен аустенита образуются зародыши феррита, которые растут, превращаясь в зерна. Количество аустенита (А) уменьшается, а содержание в нем углерода увеличивается, так как феррит (Ф) почти не содержит углерода.

На линии перлитных превращений РSК находится точка 5 при t = 727 °C. Аустенит, распадается с одновременным выделением из него феррита и цементита вторичного (ЦII), которые образуют механическую смесь называемую перлитом (П). Процесс протекает при постоянной температуре, вследствие выделения тепла при распаде аустенита (горизонтальная площадка 5 – 5' на кривой охлаждения).

Ниже точки 5 сплав имеет структуру «феррит+перлит». Эта структура сохраняется до температуры окружающей среды (комнатной температуры). Сплав такого фазового состава называется доэвтектоидной сталью и содержит углерода 0,4 %.

Вопрос № 2

Расшифруйте химический состав стали 36Х2Н2МФА, механические и технологические свойства, укажите ее назначение.

Ответ (Используется марочник сталей [3]).

Заданный материал является легированной сталью марки 36Х2М2МФА. Буква «А» в конце марки обозначает, что сталь высококачественная. Сплав содержит углерода 0,36 % , хрома около 2 %, никеля около 2 %, молибдена около 1 %, ванадия около 1 %.

Классификация: сталь конструкционная легированная улучшаемая.

Применение: используется для крупных ответственных деталей, а также дисков, крепежных болтов и т.д.

По качеству: высококачественная.

По структуре: феррит+перлит мартенситного класса.

Химический состав сплава:

C	Si	Mn	Ni	S		P	Cr	Mo	V		Cu
							1,3 - 1,7
0,33 - 0,4	0,17- 0,37	0,25 - 0,5	1,3 - 1,7	до 0,025		до 0,025		0,3 - 0,4	0,1 - 0,18	до	0,3
					21

Хром – повышает твердость, коррозионностойкость.

Никель – повышает прочность, пластичность, коррозионностойкость.

Вольфрам – увеличивает твердость и красностойкость, т.е. способность сохранять износостойкость при высоких температурах.

Молибден – увеличивает красностойкость, прочность, коррозионностойкость при высоких температурах.

Марганец – при содержании свыше 1 % увеличивает твердость, износоустойчивость, стойкость против ударных нагрузок.

Медь – уменьшает коррозию.

Кремний – увеличивает прочность, износостойкость и придаёт упругие и антифрикционные качества.

Механические свойства: σв=1150 МПа, δ=17 %, HB = 269.

Термическая обработка: закалка при 850 °С и охлаждение в масле; высокий отпуск при 600 °С с последующим охлаждением на воздухе.

Структура после термообработки: сорбит отпуска.

Вопрос № 3

Для детали (рессора) из углеродистой стали 65 по диаграмме «железо-цементит» выберите необходимые режимы термообработки и обоснуйте их.

Ответ Сталь 65 (доэвтектоидная сталь) содержит углерода 0,65 %, в равновесном

состоянии имеет структуру П+Ф (рисунок Б1, Приложение Б). Детали из стали 65 подвергают полной закалке (рисунок В2, Приложение В) для получения структуры «аустенит». Нагрев производят до температуры t1 + (30-50 °C, где t1 – температура, соответствующая процентному содержанию углерода в стали в точке на линии АС3 (рисунок 1).

t, °C

АСm

Аустенит

АС3

Диапазон температур

закалки

tВ=t1+50

А+ЦII

tН=t1+30

АС1

t1

А+Ф

Ф+П

Ф+ЦII

0

Сзад

0,8

2,14 С, %

Рис. 1. Схема определения диапазона температуры закалки сталей по диаграмме FеFe3C

22

По диаграмме «железо-углерод» для стали с содержанием углерода 0,65 % (рисунок Б1, Приложение А) имеем

tзак = 790 + (30 – 50) = 820 – 840 °C.

Согласно [1, 2], для деталей типа рессор, из стали 65, необходимо проводить полную закалку – для повышения механических свойств материала, а затем средний отпуск – для обеспечения достаточной вязкости, снижения внутренних напряжений. Термическая обработка стали 65 (рисунок 2) включает следующие операции: полная закалка (1 – нагрев, 2 – выдержка при tзак, 3 – быстрое охлаждение) и средний отпуск (4 – нагрев, 5 – выдержка при t=300 – 500 °C, 6 – охлаждение).

t, ºС
820 – 840			2
		1	3
300 – 500				5
			4	6

Полная закалка

Средний отпуск

время

Рис. 2. График термической обработки инструмента из стали У12

Нагрев при закалке приводит к изменению фазового состава сплава Ф+П→ А; Выдержка при tзак необходима для получения однородного аустенита. Быстрое

охлаждение при закалке со скоростью большей υкр в специальной среде (вода) обеспечивает формирование структуры мартенсит (М).

После среднего отпуска материал имеет структуру троостит отпуска.

23

Библиографический список

1.Берлин В.И. Транспортное материаловедение : учеб. для вузов ж.-д. тр-та / В.И. Берлин, Б.В. Захаров, П.А. Мельниченко. – М. : Транспорт, 1982. – 287 с.

2.Дриц М.Е. Технология конструкционных материалов и материаловедение : учеб. для вузов / М.Е. Дриц, М.А. Москалев. – М. : Высш. шк., 1990. – 447 с.: ил.

3.Марочник сталей и сплавов / В.Г. Сорокин, А.В. Волосникова, С.А. Вяткин и др. – М. : Машиностроение, 1989. – 640 с.

5.Задания на контрольные работы № 1, № 2 с методическими указаниями по дисциплине «Материаловедение. Технологии конструкционных материалов» для студентов заочной формы обучения спец. Л, ЭТ, В, СДМ. Часть I. Материаловедение / Т.П. Лукоянчева. – Самара, СамГАПС, 2003. – 31 с.

24

Приложение А

Пример оформления титульного листа пояснительной записки расчетно-графической работы

Министерствотранспорта Российской Федерации Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Государственноеобразовательное учреждениевысшегопрофессионального образования

Самарский государственный университет путей сообщения

Кафедра «Строительные, дорожные машины и технология машиностроения»

Расчетно-графическая работа № 1

по дисциплине«Материаловедение. Технология конструкционных материалов», раздел «Материаловедение»

Вариант 12

Выполнил: студент гр. 1021 В.В. Петров Проверил: к.т.н., доцент Самохвалова Ж.В.

Самара 2009

25

Приложение Б

Рисунок А1 – Диаграмма состояния сплавов железо-цементит и кривая охлаждения

26

Приложение В

Рисунок В1 – Интервалы рекомендуемых температур нагрева при различных видах отжига и нормализации

Рисунок В2 – Интервал рекомендуемых температур нагрева стали при закалке

27

28