Для изготовления крупных пружин особо ответственного назначения, работающих в условиях динамических и знакопеременных нагрузок применяют легированные стали 65C2ВА, 60С2ХФА, 60С2Н2А и др.
Укажите и обоснуйте Режим термической обработки ответственной пружины, изготовленной из стали марки 60С2ХА , обеспечивающей σ0,2 > 1600 МПа, δ > 6%. Постройте график термообработки в координатах температура – время с указанием: критических точек стали, температуры нагрева, времени выдержки, среды охлаждения.
Опишите структурные превращения, происходящие в стали на всех стадиях термической обработки
Приведите основные сведения об этой стали: химический состав по ГОСТу, область применения, требования, предъявляемые к этому виду изделий, механические свойства, влияние легирующих элементов, достоинства и недостатки и др.
Отчет
Стали и сплавы с высокими упругими свойствами находят широкое применение в машино- и приборостроении. В машиностроении их используют для изготовления рессор, амортизаторов, силовых пружин различного назначения
Пружины, рессоры машин и упругие элементы приборов характеризуются многообразием форм, размеров, различными условиями работы. Особенность их работы состоит в том, что при больших статических, циклических или ударных нагрузках в них не допускается остаточная деформация.. Для обеспечения работоспособности силовых упругих элементов рессорно-пружинные стали должны иметь высокие пределы упругости, выносливости и релаксационную стойкость. Этим требованиям удовлетворяют стали с повышенным содержанием углерода (0,5 - 0,7%), которые подвергают закалке и отпуску при 420 - 520 °С.
Режим термообработки стали.
В соответствии с заданием необходимо выбрать режим термообработки стали. Для образца возьмем пружины с диаметром поперечного сечения 2 мм. Сталь 60С2ХА содержит 0,6% C и является конструкционной доэвтектоидной сталью. Наиболее оптимальным режимом термообработки является полная закалка и средний отпуск.
По Данным ГОСТ 14959-79 температура закалки для стали 60С2ХА составляет 870 °С (AC3 =780 °С) .Выдерживаем при заданной температуре 3 минуты, исходя из того что пружину будем закалять в печи со всех сторон и время нагрева изделия до заданной температуры составляет 40-50 сек/мм (толщина сечения 2 мм) и изотермическая выдержка 1.5 минуты для завершения фазовых превращенийи обеспечения необходимой концентрации углерода и легирующих элементов в аустените. В качестве охлаждающей среды выбираем масло, т.к. оно характеризуется пониженной по сравнению с водой и водными растворами скоростью охлаждения в интервале температур мартенситного превращения и применяется для сталей с пониженной критической скоростью закалки, т.е. при при термической обработке легированной стали Отпуск производим при температуре 450°С (средний отпуск), выше температуры необратимой отпускной хрупкости, что необходимо для повышения пластичности и вязкости, а так же при данной температуре данная марка стали имеет наивысшую усталостную прочность (58 кгс/мм^2). Охлаждающая среда – вода. Получаемая структура троостита отпуска обеспечивает высокое сопротивление малой пластической деформации при HRC = 35…45, при этом σ0,2/σв > 0,85.
Структурные превращения при термической обработке
Сталь 60С2ХА – сталь перлитного класса. Критические точки стали AC1 = 765 ± 10°С
AC3 = 780 ± 10°С Сталь подвергают полной закалке при этом ее нагревают до образования однородной мелкозернистой аустенитной структуры.
Последующее охлаждение в масле со скоростью большей, чем Vкр (наименьшая скорость охлаждения, при которой аустенит превращается в мартенсит), обеспечивает получение мелкозернистого мартенсита.
Рассмотрим превращения, происходящие в стали 60С2ХА при нагреве исходной равновесной структуры Ф+Ц .На практике при обычных скоростях нагрева (электропечи) под закалку перлит сохраняет своё пластинчатое или зернистое строение до температуры АС1 (765 °С для стали 60С2ХА). При температуре АС1 в стали происходит превращение перлита в аустенит. Кристаллы (зерна) аустенита зарождаются в основном на границах фаз феррита и цементита. При этом параллельно развиваются 2 процесса: полиморфный переход Feα →Feγ и растворение цементита в аустените.
Представим общую схему превращения:
П(Ф+Ц) →Ф+Ц+А→А+Ц→А(неоднородный) →А(гомогенный) .
Образование зерен аустенита происходит с большей скоростью, чем растворение цементита перлита, поэтому необходима выдержка стали при температуре закалки для полного растворения цементита и получения гомогенного аустенита.
При этом, чем выше дисперсность структуры перлита (Ф+Ц) и скорость нагрева стали, тем больше возникает центров зарождения аустенита, а следовательно, возрастает дисперсность продуктов его распада. Увеличение дисперсности продуктов распада аустенита приводит к увеличению пластичности, вязкости, уменьшению чувствительности к концентраторам напряжений.
