Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
сталь 35ХГСА
Задание
Различные детали, а также сварные конструкции, работают при знакопеременных нагрузках, изготавливают их из стали марки 35ХГСА и применяют в термически обработанном состоянии.
Назначить режимы термической обработки, дать обоснование выбранному режиму, описать микроструктуру до и после термической обработки. Обосновать выбор стали. Указать на возможность замены этой стали какой-нибудь другой.
Сталь, как самый ходовой материал в машиностроении, должна обладать высочайшими механическими свойствами. Материал, который в будущем станет какой-либо деталью, должен отвечать предоставленным требованиям по механическим и химическим характеристикам. Другими словами, материал должен обладать износостойкостью и надежностью.
1. Механические свойства конструкционной стали. Влияние легирования и структуры.
В деталях, испытывающих знакопеременные нагрузки, ме талл должен обладать высоким сопротивлением усталости. Длительное действие на металлические изделия знакопеременных нагрузок (рис.1) может вызвать образование трещин и разрушение.
Постепенное накопление повреждений в металле под действием знакопеременных нагрузок, приводящее к образованию трещин и разрушению, назы вают усталостью, а свойство металлов сопротивляться усталости назы вают выносливостью.
Рис.1 Излом при усталостном разрушении:
а — схема излома; 6 — макроструктура излома; 1 — очаг зарождения трещины; 2 — излом; 3 — зона долома
Возможными способами улучшения (повышения) механиче ских характеристик стали являются: увеличение содержания уг лерода; легирование; диспергирование структурных составляю щих (путем понижения температуры превращения аустенита в сочетании с отпуском); измельчение зерна; наклеп.
Однако всякое упрочнение, проведенное указанными спосо бами (кроме измельчения зерна и легирования никелем), сни жает вязкость (повышает порог хладноломкости и уменьшает работу распространения трещины).
Поэтому при разработке составов конструкционных сталей и режимов их термической обработки нужно рассматривать такие способы, при которых пластические и вязкие свойства умень шаются в минимальной степени.
Простое увеличение углерода при феррито-перлитной структуре (нормализованное состояние) приводит к повышению проч ности и порога хладноломкости. Максимальная прочность при такой структуре соответствует содержанию углерода примерно 1% С и достигает всего лишь 100 МПа , тогда как порог хладноломкости лежит ниже 0°С лишь при со держании углерода не более 0,4%.
Таким образом, мы можем заключить, что предельное содер жание углерода в термически не упрочненной стали с феррито-перлитной структурой составляет 0,4%; при этом сталь будет иметь = 60 МПа. T50= -20° С и а р=6 – 7 Дж/м2.
Если предъявить требования свариваемости, то содержание I углерода должно быть снижено до 0,2% (во избежание образо вания трещин в сварном шве и его охрупчивания); прочность при этом снизится до 35 МПа.
Получение дисперсных структур в результате переохлажде ния аустенита ведет к непрерывному повышению твердости и прочности; максимальную твердость (прочность) имеет мартенситная структура. При 0,4% С мартенситная структура имеет твердость около HRC 60 (НВ 650), что соответствует прочно сти порядка 220—240 МПа. Однако вязкость в этом случае недопустимо низкая, и должна быть повышена отпуском, правда, за счет снижения прочности.
Из сказанного выше явствует, что оптимальные механиче ские свойства достигаются в результате улучшения (или изо термической закалки), для чего аустенит должен быть при за калке переохлажден до температур образования мартенсита. В углеродистых сталях при применяемых на прак тике интенсивных закалочных средах (вода) сквозную закалку удается получить в сечениях до 10—15 мм.
Увеличить прокаливаемость термическими средствами (ин тенсификация охлаждения, выращивание зерна) нецелесообраз но, так как возникает опасность получения закалочных дефек тов и ухудшения вязких свойств.
Практически остается один способ углубления прокаливаемости — легирование.
Было показано, что введение легирующих элементов приве дет вначале к улучшению механических свойств, пока при данных условиях (размер деталей, условия охлаждения) не будет достигнута сквозная прокаливаемость, после чего дальнейшее увеличение содержания ле гирующего элемента приводит уже к ухудшению свойств.
По этим соображениям для ответственных деталей, имею щих, как правило, диаметр размером более чем 10 мм, применя ют легированные стали, и чем больше этот размер термически обрабатываемой детали, тем более легированную сталь следует применять.(рис.2)
Рис.2 . Изменение механических свойств по се чению различных сталей в улучшенном состоянии
Кроме того, от конструкционной стали требуется не только высокая прочность, но и ряд других важных свойств: жесткость, надежность, долговечность; все они в целом определяют как выбор материала, так и размеры и сечение изделия.
Данная сталь (35 ХГСА) находит широкое применение в станкостроении (если в сечение d<30), из неё также получают трубы (если в сечение d<8), различные детали средних размеров и мелкие детали сложной конфигурации
2 Стали северного исполнения
Основное требование к стали, из которой' изготовлена машина или сооружение дли севера,—малая чувствительность к хрупкому разрушению.
На склонность стали к хрупкому разрушению в основном влияют химический состав ее, величина зерна и микроструктура. Большинство легирующих элементов (Ni, Mn, Cr и др.) при небольшом их содержании понижают Порог хладноломкости. Вредные примеси (S, P. N, О2, As) повышают порог хладноломкости. Мелкозернистые стали менее чувстви тельны к хрупким разрушениям; поэтому для сталей северного испол нения рекомендуется применять модифицирование малыми добавками алюминия, титана, ванадия при выплавке и раскисление с добавкой повышенного по сравнению с обычным количеством алюминия, снижать температуру конца обработки давлением и проводить термическую обработку горячекатаного металла и зоны шва сварных соединений.
В табл.4 приведены некоторые характеристики стали 35 ХГСА, температуры и максимальные толщины, при которых эта сталь может быть использована для деталей, испытывающих при эксплуатации значительные динамические нагрузки. Для менее нагруженных деталей, не испытывающих значительных ударных воздействий, допустимые температуры применения могут быть ниже температур, ука занных в табл. 4.
3. Сталь конструкционная легированная.
В зависимости от содержания углерода стали делятся на цементируемые (низкоуглеродистые) и улучшаемые (среднеуглеродистые). Одно из основных отличий этих сталей от углеродистых сталей – более глубокая прокаливаемость, что позволяет получать высокие механические свойства в больших сечениях. Особенности структурных превращений этих сталей позволяют для получения нужных свойств широко использовать не только все виды термической и химико-термической обработок, но также применять при достаточном легировании термомеханическую обработку, с помощью которой можно достигать весьма высоких механических свойств.
4. Термическая обработка конструкционных сталей.
При одинаковом уровне прочности более высокие механические свойства получаются после двойной термической обработки. Легирован ные стали следует применять исключительно в термически об работанном виде. Применение легированной и поэтому дорогой стали без термической обработки нерационально.
Режим термической обработки конструкционных сталей оп ределяется главным образом содержанием углерода.
Хромокремнемарганцевые стали—хромансил—стали 20ХГС, 25ХГС и ЗОХГС обладают высокой прочностью и хорошей свариваемостью. Их применяют в виде листов и труб для ответственных сварных конструкций (например, в самолетостроении). Сталь ЗОХГС подвергают улучшению или изотермической закалке на нижний бейнит в расплавленной соли при 280—310 °С, сообщающей ей еще более высокие механические свойства (σв=1650 МПа; σ0,2=-1300 МПа; δ=9%; ψ=40 % и КСU =0,4 МДж/м2) и снижающей чувствительность к надрезам.
Стали хромансил склонны к обратимой отпускной хрупкости и обезуглероживанию при нагреве.
Более высокая прокаливаемость, критический диаметр для закалки в воде свыше 100 мм и масле свыше 75 мм, лучшая вязкость достигаются при введении в сталь хромансил 1,4— 1,8 % Ni (ЗОХГСНА). Эта сталь после изотермической закалки или закалки в масле (на воздухе) с низким отпуском при 200 "С позволяет получить <т,==1б50 МПа; 002=1400 МПа;
6=9 % и КСU=0,6 МДж/м2.
Высокопрочную сталь ЗОХГСНА и ее аналог ЗОХГСНМА широко применяют для изготовления весьма ответственных де талей, в том числе сварных.
При использовании высокопрочных сталей (ЗОХГС, ЗОХГСНА и др. ) необходимо учитывать, что они чувствительны к концентраторам напряжений, особенно после обычной закалки и отпуска, охрупчиванию в результате насыщения водородом (например, при гальванических покрытиях или травлении) и коррозии под напряжением.
Следствие вышеизложенного: У данной стали в результате назначенной термообработки значительно выросли механические характеристики( такие как твёрдость, прочность, износостойкость и т.д.) и она будет соответствовать поставленным требованиям.
4 Характеристические таблицы для стали 35ХГСА
Химический состав () и твердость конструкционной легированной стали марки 35ХГСА (хромокремнемарганцевая и хромокремнемарганцевоникелевая) в состоянии поставки.
|
Сталь |
C |
Si |
Mn |
Cr |
Характеристики твердости отожженной или высокоотпущенной стали диаметром или толщиной > 5 мм |
|
|
Диаметр отпечатка, мм (не менее) |
Число твёрдости HB (не более) |
|||||
|
35ХГСА |
0,320,39 |
1,10 1,40 |
0,801,10 |
0,801,40 |
3,9 |
241 |
Примечание:
Термическая обработка характеристики механических свойств.
Табл. 2
|
Сталь |
Термообработка |
, МПа |
, Мпа |
, % |
, % |
аН, Дж/м2 |
Размеры сечения заготовок для термообработки, мм |
||||
|
Закалка |
Отпуск |
||||||||||
|
Температура, ºС |
Среда охлаждения |
Температура, С |
Среда охлаждения |
||||||||
|
1-й закалки или нормализации |
2-й закалки |
||||||||||
|
Не менее |
|||||||||||
|
35ХГСА |
950,масло 700,воздух |
890 |
Масло |
230 |
воздух или масло |
130 |
165 |
9 |
40 |
4 |
- |
Технологические свойства стали.
|
Сталь |
Свариваемость |
Способ сварки |
Обрабатываемость резанием |
Флокеночувствительность |
Склонность к отпускной хрупкости |
|
|
Состояние металла |
Коэффициент обрабатываемости Kv (материал резца) |
|||||
|
35ХГСА |
Ограниченная |
РДС, АДС (под флюсом и газовой защитой); АРДС, ЭШС (рекомендуется подогрев и последующая термообработка); КТС (без ограничений). |
Горячетканный HB 207-217, = 72 Мпа |
0,85 (твердый сплав); 0,75 (быстро режущая сталь) |
Чувствительна |
Склонна |
Сталь северного исполнения для деталей машин
Табл. 4
|
сталь |
Температура отпуска после закалки, ºС |
, МПа |
Температура применения, ºС (не ниже) |
Толщина детали, мм (не более) |
|
35 ХГСА |
600 |
120 |
-20 |
50 |
Критические точки стали 35 ХГС
Табл. 5
|
Марка стали |
Критические точки в ˚С |
||
|
АС1 |
АС3 |
Мн |
|
|
35 ХГС |
760 |
830 |
290 |