Контрольная работа по "Металлургии"

Вариант 4.

Задание 2.В результате термической  обработки пружины должны получить высокую упругость. Для изготовления их выбрана сталь 60С2ХФА. Укажите  состав, обоснуйте и назначьте  режим термической обработки , объясните  влияние легирования на превращения, при термической обработке данной детали. Опишите структуру и свойства пружин после термической обработки

Характеристики  материала 60С2ХФА

Марка:	60С2ХФА
Классификация:	Сталь конструкционная  рессорно-пружинная
Применение:	ответственные и высоко нагруженные пружины и рессоры, изготовляемые из круглой калиброванной стали

 

Механические  свойства при Т=20 °С материала 60С2ХФА

Сортамент	Размер	Напр.	sв	sT	d5	y	KCU	Термообр.
-	мм	-	МПа	МПа	%	%	кДж / м2	-
Сталь			1670	1470	6	25		Закалка 870 °C, масло, Отпуск 470 °C

Твердость материала 60С2ХФА после отжига	HB 10 -1 = 285 МПа
Твердость материала 60С2ХФА без термообработки	HB 10 -1 = 321 МПа

 

Физические свойства материала 60С2ХФА

T	E 10- 5	a 106	l	r	C	R 109
Град	МПа	1/Град	Вт/(м·град)	кг/м3	Дж/(кг·град)	Ом·м
20	1.91

 

Технологические свойства материала 60С2ХФА

Свариваемость:	не применяется  для сварных конструкций
Склонность  к отпускной хрупкости:	малосклонна

 

 

Химический состав в % материала 60С2ХФА

C	Si	Mn	Ni	S	P	Cr	V	Cu
0.56 - 0.64	1.4 - 1.8	0.4 - 0.7	до 0.25	до 0.025	до 0.025	0.9 - 1.2	0.1 - 0.2	до 0.2

 

Механические  свойства:

sв	- Предел кратковременной  прочности , [МПа]
sT	- Предел пропорциональности (предел текучести для остаточной  деформации), [МПа]
d5	- Относительное  удлинение при разрыве , [ % ]
y	- Относительное  сужение , [ % ]
KCU	- Ударная вязкость , [ кДж / м2]
HB	- Твердость  по Бринеллю , [МПа]

 

Физические свойства :

T	- Температура,  при которой получены данные  свойства , [Град]
E	- Модуль упругости  первого рода , [МПа]
a	- Коэффициент  температурного (линейного) расширения (диапазон 20° - T ) , [1/Град]
l	- Коэффициент  теплопроводности (теплоемкость материала) , [Вт/(м·град)]
r	- Плотность  материала , [кг/м3]
C	- Удельная теплоемкость  материала (диапазон 20° - T ), [Дж/(кг·град)]
R	- Удельное электросопротивление, [Ом·м]

 

Магнитные свойства :

Hc	- Коэрцитивная  сила (не более), [ А/м ]
Umax	- Магнитная  проницаемость (не более), [ МГн/м  ]
P1.0/50	- Удельные потери (не более) при магнитной индукции 1.0 Тл и частоте 50 Гц, [ Вт/кг ]
B100	- Магнитная  индукция Tл (не менее) в магнитных  полях при напряженности магнитного  поля 100, [ А/м ]

 

Свариваемость :

без ограничений	- сварка производится  без подогрева и без последующей  термообработки
ограниченно свариваемая	- сварка возможна  при подогреве до 100-120 град. и последующей  термообработке
трудносвариваемая	- для получения  качественных сварных соединений  требуются дополнительные операции: подогрев до 200-300 град. при сварке, термообработка после сварки

 

60С2ХФА -ответственные и высоко нагруженные пружины и рессоры, изготовляемые из круглой калиброванной стали.

 

Легирование пружинной  стали необходимо для улучшения прокаливаемости. Кроме того, легирующие элементы Si, Mn, Cr, V, W и Mo повышают предел упругости. Кремний способствует образованию фаз, вытягивающихся в направлении деформирования, и обуславливает анизотропию свойств. В пружинных сталях это положительное явление, т.к. повышается ударная вязкость в направлении деформирования. Однако кремний вызывает также обезуглероживание и графитизацию (получение черного излома). При небольших концентрациях кремния (до 0,6 %) предел упругости повышается, особенно при содержании 0,4 % С, вероятно, это связано с нестабильностью остаточного аустенита.

Марганец не способствует обезуглероживанию и графитизации, но усиливает чувствительность стали к укрупнению зерна.

Хром повышает релаксационную стойкость пружин, а в сочетании  с кремнием (при содержании 2,5–3,0 %) уменьшает или устраняет опасность графитизации. Широко используют сталь марки 55ХГ.

Большое влияние на свойства стали оказывает структура и  условия термообработки. Наиболее благоприятна трооститная структура (после закалки и среднего отпуска).

Вреден в пружинной  стали остаточный аустенит, поэтому его содержание должно быть минимальным. Это достигается средним отпуском и обработкой холодом.

Для стали 60С2ХФА проводят закалку от 870 ^оС в масле и отпуск при 470 ^оС.

Предел кратковременной  прочности составляет 1670МПа. Предел пропорциональности (предел текучести для остаточной деформации) 1470 МПа. Относительное удлинение при разрыве 6%. Относительное сужение 25%.

Твердость материала   60С2ХФА   после отжига HB 10^-1 = 285   МПа. Твердость материала   без термообработки HB 10^-1 = 321 МПа.

К отпускной хрупкости малосклонна.

Необходимо следить  за обезуглероживанием ферритного слоя при термообработке, т.к. это приводит к снижению предела усталости, образованию при эксплуатации поверхностных трещин и разрушению.

Горячая прокатка создает  в таких сталях структуру с сильно вытянутыми зернами феррита и перлита, а последующая термообработка способствует получению в стали волокнистого излома.

 

Задание 3. В турбиностроениии используют сталь 40Х12Н8Г8МФБ (ЭИ481). Укажите состав  и определите группу стали по назначению. Назначьте режим термической обработки и обоснуйте его. Опишите структуру после термической обработки. Как влияет температура эксплуатации на механические свойства данной стали.

 

 

Сталь легированная, аустенитного класса, жаропрочная, дисперсионно-тврдеющая.

 

Сталь 40Х12Н8Г8МФБ (ЭИ481) после низкотемпературного старения приобретает высокую твердость, но чувствительна к надрезу, а ее жаропрочные свойства нестабильны. Поэтому для этой стали применяется нагрев 1140 - 1160^oC, 1ч, охлаждение вода двоичное (или ступенчатое), старение 660 °С (16 ч) и 800 ⁰С (16 ч), воздух. Старение при повышенной температуре способствует снятию части напряжений, возникающих при низкотемпературном старении частичной коагуляция карбидных фаз[5, С.319].

Механические свойства:

Предел кратковременной прочности составляет 1000 МПа. Предел пропорциональности (предел текучести для остаточной деформации) 600 МПа. Относительное удлинение при разрыве 20%. Относительное сужение 25%. Ударная вязкость 350 кДж / м2.

Твердость материала после отжига HB 10 ^-1 = 269 МПа.

Физические свойства материала:

где:

T - Температура, при которой получены данные свойства , [Град]

E - Модуль упругости первого рода , [МПа]

a - Коэффициент температурного (линейного) расширения (диапазон 20^o - T ), [1/Град]

l - Коэффициент теплопроводности (теплоемкость материала), [Вт/(м·град)]

r - Плотность материала, [кг/м3]

C - Удельная теплоемкость материала (диапазон 20^o - T ), [Дж/(кг·град)]

R - Удельное электросопротивление, [Ом·м].