материаловедение

Министерство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

ВОЛГОГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

(ВолгГТУ)

Кафедра материаловедения и композиционных материалов

Семестровая работа

по материаловедению

Вариант №28

Выполнил:

студент группы АТ-217

Бурдин А.Д.

Проверил: Агафонова Г.В.

Волгоград 2011 г.

1.Задание: “Ходовые винты металлорежущих станков обычно изготавливают из стали 8ХФ и подвергают индукционной закалке до твердости 56-62HRC, что часто приводит к перегреву вершин витка и их выкрашиванию. Предложите новые марку стали и технологию упрочнения, позволяющие повысить срок службы валов, учитывая, что длина ходового винта до 2 м, а диаметр 60-80 мм”.

2. Для изготовления ходовых винтов металлорежущих станков, работающих в условиях высокого износа и значительных механических нагрузок используем сталь 38ХВФЮ ГОСТ 4543-71, подвергаемую для получения необходимой твердости 61-65 HRC азотированию на глубину не менее 0,3 – 0,6 мм. Сталь 38ХВФЮ предназначена для улучшаемых или азотируемых деталей ответственного назначения, от которых требуется очень высокая твердость и износостойкость, а также повышенный предел усталости малой деформации, работающих под действием повторно-переменных нагрузок. В ее состав входят 0,35-0,43% С, 0,17-0,37% Si, 0,2-,0,4% Mn, 1,5-1,8% Cr, 0,2-0,4% W, 0,4-,0,6% Al, 0,1-0,2% V.

3. В качестве заготовки используется прокат(труба) обеспечивающий минимальный расход металла и высокие прочностные характеристики. Для обеспечения обрабатываемости резанием прокат поставляется в отожженном состоянии. Отжиг проводится при температуре 930-950ºС, твердость HB 630-755 МПа.

4. Технологический процесс упрочнения состоит из закалки, высокого отпуска и азотирования. Перед азотированием сталь 38ХВФЮ закаливают с 930-950ºС. Закалку для легированной стали 38ХВФЮ проводят в масле. Время нагрева детали толщиной 80 мм τН =0,1 × D × K 1× K2 × K3 ==0,1 × 80 × 2 × 2 × 1 = 32 мин, время выдержки τв для легированных сталей 2 мин. Общее время нагрева 34 мин. Нагрев под закалку проводится в защитной атмосфере. При нагреве до температуры закалки при переходе через линию Ас1 перлит превращается в аустенит, а при дальнейшем нагреве превращение по всему сечению перлита в аустенит, завершая превращение выше Ас3. Структура поверхностного слоя при нагреве под закалку – аустенит, структура сердцевины в зависимости от температуры закалки – аустенит или аустенит + феррит. Структура поверхностного слоя после закалки – мартенсит или мартенсит + карбиды, структура сердцевины – низкоуглеродистый мартенсит.

5. После закалки детали подвергаются высокому отпуску при температуре 650-670ºС. Структурные изменения при таких температурах заключаются в укрупнении (коагуляции) частиц цементита. В результате этого образуется феррито-цементитная смесь, называемая сорбитом отпуска. Структура характеризуется зернистым строением. Твёрдость стали после высокого отпуска снижается до 25…35 HRC, однако уровень прочности при этом ещё достаточно высок . В то же время обеспечивается повышенная пластичность и особенно ударная вязкость, практически полностью снимаются внутренние напряжения,, возникшие при закалке. Учитывая габариты, а также легированность данной марки стали, время операции увеличивается до 4-5 часов. При высоком отпуске большая часть растворенного в мартенсите углерода выделяется в виде карбидов, что приводит к уменьшению тетрагональности кристаллической решетки и внутренних напряжений. Структура поверхностного слоя после высокого отпуска – отпущенный сорбит + карбиды, структура сердцевины – отпущенный сорбит.

6. После закалки и высокого отпуска перед заключительной фазой обработки проводится механическая обработка детали, включая шлифовку, а также защиту участков, не подвергающихся азотированию.

Азотирование проводят при температуре 480-520°С в муфелях или контейнерах, через которые пропускается диссоциирующий аммиак с определенной скоростью. На стальной поверхности происходит реакция диссоциации аммиака с выделением ионов азота, которые адсорбируются поверхностью детали. А затем диффундируют вглубь. Процесс азотирования - весьма длительная операция. Так, при азотировании данной стали диффузионную зону около 0,5 мм получают при 480-520°С за 55 ч выдержки. На поверхности образуется слой — фазы толщиной 0,01…0,03 мм, который обладает высокой стойкостью против коррозии. ( E–фаза – твердый раствор на основе нитрида железа Fe3N, имеющий гексагональную решетку). При азотировании стали 38ХВФЮ получаем высокую твёрдость и износостойкость, а также сталь коррозионностойка в воде и в атмосферных условиях. Охлаждение после азотирования проводится до 100-150°С вместе с печью в потоке аммиака во избежании окисления. 

7.Твердость поверхности 61-65 HRC, сердцевины 25-35 HRC.

8.Механические свойства в сердцевине готового изделия: σт = 700 МПа; σВ = 900МПа; δ = 10%; ψ = 45%; KCU = 1,6МДж/м2.