выборе материала для проектируемой детали конструктор пользуется справочниками, где наряду с данными о механических свойствах, полученных при испытании стандартных образцов, указывается также название типичных деталей, для которых данный материал используют. Однако трудность при выборе материала по справочнику заключается в том, что для изготовления детали одного и того же наименования справочник рекомендует весьма различные марки материала.
При выборе материала учитывают следующие основные требования: материал должен обеспечить необходимую прочность и надежность детали в работе (конструктивную прочность), обладать оптимальными технологическими свойствами и обеспечить минимальную стоимость конструкции.
В представленных задачах сформулированы характерные свойства, которые должен иметь сплав в соответствующем изделии, а в некоторых задачах уже указана сталь, из которой изготовлена данная сталь. Для решения задач надо проанализировать условия работы изделий – деталей машин, инструментов и др., выяснить напряженное состояние, которое возникает в них в условиях службы, возможные виды разрушений и другие причины выхода их из строя, так как от этого зависит выбор материала и способ обработки.
Если при рассмотрении свойств намечаемых сплавов окажется, что они не удовлетворяют требованиям задачи, например, по вязкости или по прочности, то следует рассмотреть возможность их улучшения выбором термической или химико-термической обработки. При этом указать их виды, режимы, получаемую структуру свойства. При выборе режимов обработки необходимо также указывать наиболее экономичные и производительные способы, особенно для деталей, изготовленных в условиях массового или крупносерийного производства.
Для получения навыков в выборе материала и обосновании принимаемой упрочняющей обработки ниже приведены примерные решения задач.
При решении задач и указании структуры и свойств выбранных сплавов рекомендуется использовать ГОСТы и учебники, справочники и монографии.
1 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ
Знание фазовых и структурных превращений, протекающих в стали при её нагреве и охлаждении с различной скоростью, позволяет правильно установить режимы различных видов термической обработки, широко применяемых на металлургических и машиностроительных заводах.
Основными видами термической обработки, различно изменяющими структуру и свойства стали и назначаемыми в зависимости от требований, предъявляемых к изделиям, являются: отжиг, нормализация, закалка, отпуск.
Отжиг заключается в нагреве стали до температур выше точек Ас3 или Ас1, выдержке и последующем охлаждении. В результате отжига протекающие фазовые превращения приближают сталь к практически равновесному структурному состоянию: феррит + перлит в доэвтектоидных сталях, перлит в эвтектоидной стали, перлит + вторичный цементит в заэвтектоидных сталях, фазовая перекристаллизация, происходящая при отжиге, измельчает зерно и устраняет строчечность, которая образуется при окончании горячей деформации ниже Аr3, видманштедтовую и другие неблагоприятные (с точки зрения уровня механических свойств) структуры стали. В заводских условиях наиболее часто используются полный и сфероидизирующий отжиги.
Полный отжиг заключается в нагреве доэвтектоидной стали не 30-50 °С выше температуры, соответствующей точке Ас3, выдержке при этой температуре для полного прогрева и завершения фазовых превращений в объёме металла и последующем медленном охлаждении (с печью) (рисунок I)
Чрезмерное повышение температуры нагрева выше точки Ас3, вызывает рост зерна аустенита, что ухудшает свойства стали. Время нагрева и продолжительность выдержки при заданной температуре зависят от типа нагревательной печи, способа укладки изделий в печь, высоты садки, типа полуфабриката (лист, сортовой прокат и т.д.). Полному отжигу подвергают сортовой прокат, поковки и фасонные отливки.
Рисунок 1 - Схема полного отжига углеродистой доэвтектоидной стали: 1 - отжиг, 2 – нормализация.
Сфероидизирующий отжиг. Охлаждение после нагрева несколько выше Ас1 до температуры несколько ниже A1 позволяет получить зернистую форму перлита вместо пластинчатой. Частицы цементита, не растворившегося при нагреве, служат центрами кристаллизации для цементита, выделяющегося при последующем охлаждении ниже точки Ar1 и принимающего в этом случае зернистую форму. Если избыточный цементит находился в виде сетки, что является дефектом, то перед сфероидизирующем отжигом предварительно нужно провести нормализацию с нагревом выше Асmдля растворения сетки из вторичного цементита с последующим охлаждением на воздухе или в воздушной среде для предупреждения выделения этого цементита по границам аустенита.
Охлаждение при сфероидизации медленное. Оно должно обеспечить распад аустенита на феррито-карбидную структуру, сфероидизацию и коагуляцию образовавшихся карбидов. Чаще применяют изотермический отжиг (рисунок 2).
В этом случае сталь медленно охлаждают (30-50 °С/ч) до 620-660 °С. Выдержка при постоянной температуре, необходимая для окончательного распада переохлажденного аустенита и коагуляции карбидов, составляет 4-6 ч в зависимости от массы отжигаемого металла. Последующее охлаждение проводят на воздухе.
Рисунок 2 - Схема отжига на зернистый перлит
Сталь с зернистым перлитом имеет более низкие значения твёрдости, временного сопротивления и соответственно более высокие - относительного удлинения и сужения. После отжига на зернистый перлит эвтектоидные и эаэвтектоидные стали обладают хорошей обрабатываемостью резанием. Кроме того, такая структура при последующей закалке стали рас -ширяет
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
