Контрольная работа по "Материаловедение"

Задание 1.

Назначьте температуру закалки, охлаждающую  среду, температуру отпуска напильников  из стали У13. Опишите микроструктуру и свойства.

 

Углеродистая сталь У13, не обладающая большой теплостойкостью, вследствии малой устойчивости переохлажденного аустенита, имеет небольшую прокаливаемость, поэтому эту сталь применяют для инструментов небольших размеров.

Для закалки стали У13, ее нагревают до температуры 760-770⁰С, выдерживают при этой температуре для завершения фазовых превращений, а затем резко охлаждают. Среда закалки - вода или водный раствор солей.

Отпуск является окончательной  операцией термической обработки, в результате которого сталь получает требуемые механические свойства. Кроме того, отпуск полностью или частично устраняет внутренние напряжения, возникающие при закалке.

Для напильников, метчиков, плашек и  т.п. проводят низкотемпературный отпуск при 150-200°С, что обеспечивает инструменту максимальную твердость (HRC62-64).

В результате закалки сталь получила мартенситную структуру, обладающую высокой твердостью и прочностью.

 

Задание 2.

Для изготовления деталей  штампов, обрабатывающих металл в холодном состоянии, выбрана сталь ХГ3СВ. Укажите  состав, назначьте режим термической  обработки стали. Опишите микроструктуру и свойства штампов после термической  обработки.

 

Сталь ХГ3СВ   - легированная штамповая  сталь, содержащая около 1 % углерода, 1% хрома, 3% марганца, 1% кремния, 1% вольфрама.

Стали для штампов холодного  деформирования должны иметь высокую  твердость, износостойкость при  достаточной вязкости. Заданные свойства соответствуют структуре мартенсита отпуска и могут быть получены в результате термообработки, включающей закалку и низкотемпературный отпуск.

 

 

Закалка

Закалкой называется термическая  операция, связанная с нагревом стали  выше температуры фазовых превращений, выдержкой и последующим быстрым  охлаждением.

Закалка опри температуре 860…880°С, охлаждение в масле. Оно не изменяет охлаждающей способности при нагреве, не образует «паровой рубашки». Перепад температуры между поверхностью и центром изделия при закалке в масле меньше, чем при охлаждении в воде, а следовательно, меньше термическое напряжение. Структура стали после закалки –  легированный мартенсит закалки.  Твердость стали HRC 53…58.

Отпуск

Отпуск – операция термической  обработки, связанная с нагревом закаленной стали ниже температуры  фазовых превращений, выдержкой  и охлаждением. Цель отпуска –  снижение или снятие внутреннего  напряжения, возникшего при закалке  стали, и получение структуры  с заданными свойствами (прочностью, твердостью, упругостью, вязкостью  и пластичностью).

Температура отпуска 400°С. Структура стали после отпуска –  легированный мартенсит отпуска. Твердость стали НВ 400…450.

 

Задание 3.

Гильзы цилиндров двигателей внутреннего сгорания должны иметь  высокую твердость и износоустойчивость поверхностного слоя 750...1000 НV. Для изготовления их выбрана сталь 38Х2МЮА. Укажите  состав и определите группу стали  по назначению. Назначьте и обоснуйте  режим термической и химико-термической  обработки. Опишите структуру и  свойства поверхностного слоя и сердцевины гильзы.

 

Состав  стали 38Х2МЮА: C 0.35 - 0.42; Si 0.2 - 0.45; Mn 0.3 - 0.6; Ni до 0.3;    S до 0.025; P до 0.025; Cr  1.35 - 1.65; Mo 0.15 - 0.25; Al 0.7 - 1.1; Cu до 0.3.

Группа: сталь жаропрочная релаксационностойкая.

 

Закалка

Сталь нагревают до температуры на 30..50 °С выше температуры АС3. Для данной стали температура нагрева под закалку составляет 920..940 °С. Выбранный режим нагрева должен обеспечить полное превращение исходной феррито-перлитной структуры в аустенит.

Последующее охлаждение материала  производится в масле, чтобы обеспечить скорость охлаждения больше, чем vкр (наименьшая скорость охлаждения, при которой аустенит превращается в мартенсит, т.е. в структуру закаленной стали). Как правило, при закалке не весь аустенит превращается в мартенсит, и структура закаленной стали представляет собой мартенсит и остаточный аустенит.

Отпуск

Образование в результате закалки  мартенсита приведет к большим остаточным напряжениям, повышению твердости, прочности, однако резко возрастает склонность материала к хрупкому разрушению, особенно при динамических нагрузках. В связи с этим проводится окончательная операция термической  обработки — высокотемпературный  отпуск, при котором снимаются  остаточные напряжения и обеспечиваются необходимые механические свойства материала.

Режим отпуска Т=660 °С в течение 1-6 часов в зависимости от габаритов  изделия. Охлаждающая среда —  масло. Структура стали после  высокого отпуска — сорбит отпуска. Высокий отпуск обеспечивает наилучшее соотношение прочности и вязкости.

 

Режим химико-термической обработки:

Химико-термической обработкой называют обработку, заключающуюся в сочетании  термического и химического воздействий  на металлы и сплавы для изменения  химического состава структуры  и свойств в поверхностных  слоях.

Для получения требуемых свойств  проводим химико-термическую обработку  — азотирование. Азотирование очень сильно повышает твердость поверхностного слоя, его износостойкость, предел выносливости и сопротивление коррозии в таких средах, как атмосфера, вода, пар и др. Износостойкость азотированной стали намного выше, чем износостойкость цементированной и закаленной.

 

 Обоснование выбора технологии термической обработки:

Сталь 38Х2МЮА  — среднеуглеродистая легированная. Наилучшее сочетание прочности  и пластичности, что обеспечивает хорошую работу материала при  динамических нагрузках, сталь приобретает  после динамической обработки, состоящей  из закалки и последующего высокотемпературного отпуска. Такой вид термообработки называется улучшением и обеспечивает в данной стали структуру сорбита, являющуюся носителем оптимальных эксплуатационных свойств.

Получение структуры сорбита для данной стали можно достичь и просто отжигом ее при тех же температурах, при которых материал нагревается  под закалку, с последующим охлаждением  на воздухе. Такой технологический  процесс называется нормализацией. Однако улучшение этих сталей в отличии  от нормализации обеспечивает повышенный предел текучести в сочетании  с хорошей пластичностью и  вязкостью, высоким сопротивлением развитию трещины, снижает порог  хладноломкости.