Главная | Случайная
Обратная связь

ТОР 5 статей:

Методические подходы к анализу финансового состояния предприятия

Проблема периодизации русской литературы ХХ века. Краткая характеристика второй половины ХХ века

Ценовые и неценовые факторы

Характеристика шлифовальных кругов и ее маркировка

Служебные части речи. Предлог. Союз. Частицы

КАТЕГОРИИ:






Картер двигателя из сплава АЛ4




АЛ4 – это литой сплав на основе алюминия. Содержит 8…10% Si, называется силумином. Сплав АЛ4 является доэвтектическим, он дополнительно легирован магнием (0,25...0,5%) и упрочняется термической обработкой. Упрочняющей фазой служит силицид магния Mq2Si. Средненагруженные детали из сплава АЛ4 (картер двигателя, например, подвергают только искусственному старению. Простым способом получения заданных свойств является отливка детали в сырую песчаную форму с последующим искусственным старением или термическая обработка по режиму, приведенному на рисунке 1.13.

Рисунок 1.13 – График технологии закалки и искусственного старения

картера двигателя из сплава АЛ4

При литье в сырую песчаную форму или в кокиль происходит частичная закалка, поэтому в ряде случаев детали из сплава АЛ4 могут подвергать искусственному старению в течение 5…20 часов без предварительной закалки. Механические свойства сплава АЛ4 после такой термической обработки: σв ≥ 180 МПа, δ ≥ 2 %, НВ 70.

 

Задание №4

Для каждого из десяти марок сплавов, заданных в индивидуальном задании (16ХНС, АЧС1, БрАЖН9-4-2, Ст1, 35ХГ2, 40ХН, 45Х, У9А, 40, 30ХНЛ), указать:

- название сплава;

- химический состав сплава (если это возможно, исходя из марочного обозначения, не прибегая к учебникам или справочной литературе);

- для стали указать структурный класс в отожженном (равновесном) состоянии, качество, способ раскисления, общее назначение, отношение к термообработке;

- для чугуна указать механические свойства исходя из марочного обозначения, указать также форму графита;

-для сплава на основе меди указать способ изготовления заготовки.

 

16ХНС – качественная конструкционная сталь, содержащая 0,16% С, 1% Сr, 1% Ni и 1% Si. Обладает повышенной вязкостью, не закаливающаяся, цементуемая. Структурный класс – доэвтектоидная, структура состоит из феррита и перлита.

 

АЧС-1 – антифрикционный чугун серый, применяется для изготовления подшипников скольжения и др. деталей, работающих при трении о металл. Химический состав: 3,2…3,6% С, 1,3…2,0% Si, 0,6…1,2% Mn, ≈ 0,12% S и Р. Графит пластинчатой формы.

 

БрАЖН9-4-2 – алюминиевая бронза, сплав на основе меди, содержит 9% Al, 4% Fe, 2% Ni, упрочняемая термической обработкой, обрабатывается давлением, применяется для изготовления прутков, труб, поковок.

 

Ст1 – сталь обыкновенного качества, поставляется с гарантированным составом и механическими свойствами, конструкционная, спокойная (по умолчанию отношения к раскислению), хорошо свариваемая, по структуре доэвтектоидная, основная составляющая структуры – феррит и небольшое количество перлита.

 

35ХГ2 – качественная конструкционная сталь, содержащая 0,35% С, 1% Сr, 2% Mn. Структурный класс – доэвтектоидная, в равновесном состоянии структура состоит из феррита и перлита. Термообрабатываемая (нормализация, улучшение). Применяется для изготовления деталей, к которым предъявляются требования повышенной износостойкости.

 

40ХН – качественная конструкционная сталь, содержащая 0,40% С, 1% Сr, 1% Ni. Структурный класс – доэвтектоидная, в равновесном состоянии структура состоит из перлита и феррита. Термоулучшаемая, применяется для изготовления ответственных нагруженных деталей, к которым предъявляются требования повышенной прочности и вязкости.

 

45Х – качественная конструкционная сталь, содержащая 0,45% С, 1% Сr. Структурный класс – доэвтектоидная, в равновесном состоянии структура состоит из перлита и феррита. Термоулучшаемая, применяется для изготовления валов, шестерен и других деталей машин, к которым предъявляются требования повышенной твердости, износостойкости и прочности.

 

У9А – углеродистая высококачественная инструментальная сталь, содержащая 0,9% С и пониженное количество S и Р (0,018 и 0,025% соответственно). Структурный класс – заэвтектоидная, в равновесном состоянии структура состоит из перлита и цементита. Термообрабатываемая, применяется для изготовления инструмента для обработки дерева, слесарно-монтажного и калибров простой формы.

 

40 – качественная конструкционная сталь, содержащая 0,40% С. Структурный класс – доэвтектоидная, в равновесном состоянии структура состоит из перлита и феррита. Термоулучшаемая сталь, применяется для изготовления деталей машин типа валов, зубчатых колес, осей и др., а также после закалки ТВЧ – для деталей повышенной износостойкости.

 

30ХНЛ – качественная конструкционная сталь для отливок, содержащая 0,30% С, 1% Сr, 1% Ni. Структурный класс – доэвтектоидная, в равновесном состоянии структура состоит из феррита и перлита. Термоулучшаемая (нормализация, закалка, поверхностная закалка). Применяется для изготовления шестерен, крестовин, зубчатых венцов и колес экскаваторов, валков слябингов и др. крупных ответственных деталей.

 

 


Пример 2

Вариант 02

Задание № 1

Вычертите диаграмму состояния «железо-цементит» строго в масштабе, укажите структурные составляющие и фазы во всех областях диаграммы, опишите превращения и постройте кривую охлаждения с применением правила фаз для сплава, содержащего 3,8% процентов углерода, объясните физическую природу хода этой кривой.

Для заданного сплава определите химический состав фаз и их массу в процентах ко всему сплаву при температуре t = 11000С. Какова микроструктура этого сплава при комнатной температуре и как этот сплав называется? Зарисуйте схематически микроструктуру.

 

На рисунке 2.1 приведена диаграмма состояния «железо – цементит» с указанием структурных составляющих и фаз во всех областях. Она представляет собой двухкомпонентную систему, графически отображающую состояние железоуглеродистых сплавов в зависимости от температуры (ось ординат) и концентрации (ось абсцисс). Каждая точка оси концентрации показывает химический состав конкретного сплава, а каждая точка вертикали, восстановленной к этой точке, характеризует состояние сплава в процессе изменения его температуры. С учетом постоянства давления в реальных металлургических процессах, данная система подчиняется правилу фаз:

С = К – Ф + 1,

где С – число степеней свободы, т.е. количество внутренних и внешних факторов, которые можно менять без изменения числа фаз;

К – число компонентов системы;

Ф – число фаз в рассматриваемых условиях равновесия.

Проведем на диаграмме линию заданного сплава с 3,8% С (остальное – Fe) и проанализируем процессы, происходящие в нем при охлаждении. Для удобства оси температур диаграммы и кривой охлаждения заданного сплава совмещены. Точки пересечения вертикали с линиями диаграммы являются критическими для данного сплава.

В момент начала охлаждения сплав находится в состоянии жидкого раствора выше линии ликвидуса АВСД (точка 1). Участок кривой охлаждения 1-2 соответствует числу степеней свободы: С = 2-1+1=2 и свидетельствует о возможности изменения двух факторов без нарушения фазового состояния. При охлаждении сплава ниже температуры 12200 С (температура точки 2), находящейся по линии ликвидуса, из жидкого раствора начинает выделять аустенит, т.е. начинается процесс кристаллизации С=2-2+1=1. Выделение скрытой теплоты кристаллизации замедляет процесс (участок 2-3 на кривой охлаждения сплава). При этом содержание углерода в жидкости будет изменяться по линии ВС, а в аустените – по линии IЕ:

Жт2 → АЕ + Жс

3,8% С 2,14% С 4,3% С.

 


Рисунок 2.1 – Диаграмма состояния «железо-цементит» и кривая охлаждения заданного сплава (3,8% С)

 


Процесс кристаллизации завершится при температуре 11470С (температура точки 3), и в равновесии на линии эвтектических превращений ЕСF будут одновременно находиться 3 фазы: жидкий раствор, аустенит (твердый γ-раствор) и цементит. Эвтектическое превращение произойдет при постоянной температуре по реакции:

Жс → АЕ + ЦF

4,3% С 2,14% С 6,67% С

Образующаяся эвтектическая смесь аустенита и цементита называется ледебуритом. С=2-3+1=0. Система нонвариантна, т.е. без нарушения числа фаз не может изменяться ни один фактор, происходит при постоянной температуре. На кривой охлаждения горизонтальный участок 3-3/.

Далее сплав охлаждается в двухфазной области (аустенит и цементит):

С=2-2+1=1. Охлаждение замедленное в связи с выделением из аустенита цементита вторичного (участок 3/-4). Аустенит будет обедняться углеродом от 2,14% до 0,8% С (линия ЕS):

АЕ + ЦF → АС + ЦК

2,14% С 6,67% С 0,8% С 6,67% С.

Состав цементита, как химического соединения, при этом не изменяется. Когда сплав достигнет температуры 7270 С* выделение цементита вторичного будет завершено. Дальнейшее охлаждение вызовет эвтектоидное превращение аустенита в перлит. Процесс происходит при постоянной температуре с участием трех фаз: С=2-3+1=0.

АS → ФР + ЦК,

0,8% С 0,025% С 6,67% С.

Перлит является эвтектоидной механической смесью двух фаз: феррита и цементита. Превращение на кривой охлаждения иллюстрирует участок 4-4/. После завершения эвтектоидного превращения сплав продолжает охлаждаться в двухфазной области феррита и цементита. Охлаждение происходит также с небольшим замедлением ввиду выделения из феррита избыточной фазы – цементита третичного: С=2-2+1=1. При этом химический состав феррита будет изменяться по кривой РQ.

ФР + ЦК → ФQ + ЦL

0,025% С 6,67% С 0,0025% С 6,67% С.

Определяем химический состав фаз и их массу при заданной температуре 11000С с помощью горизонтальной линии (коноды). Точки пересечения коноды с линиями диаграммы являются исходными для нужных определений. Проекция точки б на ось концентраций показывает, что в аустените при температуре 11000С в сплаве содержится ≈ 2% С (остальное – железо), а в цементите (проекция точки в) содержится 6,67% С (остальное – железо). Масса каждой фазы при температуре 11000 С, из расчета 100% сплава (q) определяется по «правилу фаз» и составит:

________________________________________________________________

* Для упрощения мы пренебрегаем температурным гистерезисом при охлаждении. В действительности температура эвтектических и эвтектоидных превращений будет несколько ниже.


 

.

 

Сплав, содержащий 3,8% С, называется доэвтектическим белым чугуном, структура его при комнатной температуре состоит из перлита, цементита вторичного и ледебурита. Ледебурит состоит из цементной основы и перлита. Цементит вторичный сливается с цементитной основой ледебурита. Микроструктура заданного сплава схематически выглядит так (рисунок 2.2):

Рисунок 2.2 – Схема структуры заданного сплава

 

Задание №2

Вычертите строго в масштабе диаграмму изотермического распада аустенита стали 45Х3. Нанесите на диаграмму кривые, характеризующие скорость непрерывного охлаждения стали от температуры выше точки Ас3 (для доэвтектоидных сталей) на 40°С соответственно V1 = 0,03 0/с и V2 = 4,5 0/с . Опишите происходящие превращения и микроструктуру, приведите схему конечной структуры и твердость стали. Определите числовые значения критической скорости закалки.

 

Решение. Так как заданная сталь 45Х3 доэвтектоидная, то температура, от которой производится охлаждение:

tнач = 830 + 400 С = 8700С.

Каждая кривая непрерывного охлаждения может быть построена, если известны координаты нескольких точек (tі и τі). Ориентируясь на диаграмму изотермического распада стали 45Х3 (рисунок 2.3), определяем эти точки. Для каждой заданной скорости охлаждения выбираем произвольно по несколько периодов от начала охлаждения (τі). При малой скорости это тысячи секунд, а при более высокой скорости охлаждения – десятки секунд. Температуры, соответствующие выбранным точкам по времени (tі) определяем по зависимости:

tі = tн – (V∙τі),

где tі - температура в выбранный момент охлаждения, 0С;

tн – температура начала охлаждения, 0С;

V – заданная скорость, град/сек;

τі – период охлаждения, с.

Рисунок 2.3 – Диаграмма изотермического распада аустенита стали 45Х3 и кривые охлаждения V1 и V2

 

Для скорости V1 = 0,03 град/с: τі принимаем равными 1000, 2000, 3000, 4000 и 5000 с. Соответствующие им температуры составят:

tі = 870 – (0,03 τі): 840, 810, 780, 750 и 7200С.

Наносим соответствующие точки на диаграмму (рисунок 2.3) и, соединяя их, получаем кривую охлаждения V1.

Для скорости охлаждения V2 = 4,5 град/с τі принимаем равными: 100, 200, 300 и 400 секунд. Соответствующие им значения температуры составят:

tі = 870 – (4,5 τі): 825, 780, 735 и 6900С.

Наносим соответствующие точки на диаграмму изотермического распада аустенита и, соединяя их, получаем кривую охлаждения V2.

Проанализируем процессы, происходящие в заданной легированной стали 45Х3 при охлаждении по построенным кривым непрерывного охлаждения.

При охлаждении со скоростью V1 = 0,03 град/с аустенит не претерпевает превращений до температуры 8000С. Охлаждение ниже этой температуры приводит к выделению избыточной фазы – феррита. При температуре 7500С выделение феррита завершается, и при дальнейшем охлаждении происходит диффузионный распад оставшегося переохлажденного аустенита с образованием механической смеси двух фаз (феррита и цементита) пластинчатого строения, т.е. перлита. Распад аустенита завершается при температуре ≈ 7400С. Дальнейшее охлаждение до комнатной температуры не сопровождается изменениями фазового и структурного состояния стали. При комнатной температуре сталь 45Х3 будет иметь структуру, состоящую из зерен перлита и феррита, твердость составит 20…21 НRС.

При охлаждении со скоростью V2 =4,5 град/с аустенит не претерпевает превращений до температуры 7600С, ниже которой начинается выделение избыточной фазы – феррита, завершающееся при температуре 7400С, дальнейшее охлаждение приведет к распаду переохлажденного оставшегося аустенита, как и в первом случае, на феррито-цементитную смесь (перлит). Процесс завершится при температуре 7100С. Дальнейшее охлаждение до комнатной температуры произойдет без изменений фазового и структурного состояния стали. При комнатной температуре сталь 45Х3 после охлаждения со скоростью V2 также будет состоять из зерен перлита и феррита. Благодаря более высокой, по сравнению с V1, скорости охлаждения, зерно получится более мелким, а твердость – более высокой: 22…24 НRС. Можно сказать, что при скорости V1 произойдет отжиг, а при скорости V2 произойдет нормализация стали 45Х3. Схематически структура будет выглядеть так (рисунок 2.4):

Рисунок 2.4 – Схема структуры стали после охлаждения

с заданными скоростями

 

Критическая скорость закалки определяется с помощью приведенной диаграммы изотермического распада аустенита (рисунок 2.3):

,

где tн – температура аустенитизации (начала охлаждения), 0 С;

t* и τ* температура и время минимальной устойчивости переохлажденного аустенита.

град/с.

 

Задание № 3

Разработайте режимы предварительной и окончательной термической обработки деталей, заданных в индивидуальном задании для обеспечения оговоренных свойств.

При выполнении задания:

а) для стальной детали:

- указать состав стали исходя из марочного обозначения (без использования справочной литературы), ее качество, структурный класс в равновесном состоянии, общее назначение;

- описать превращения, протекающие при нагреве, выдержке и охлаждении на стадии окончательной термообработки;

- указать микроструктуру стали на поверхности и в сердцевине детали;

б) для детали из чугуна:

- исходя из марочного обозначения указать вид чугуна, его механические свойства, форму графита;

- описать превращения, протекающие на стадии охлаждения;

в) для деталей из цветных сплавов:

- указать состав сплава;

- охарактеризовать превращения, протекающие при нагреве, выдержке и охлаждении.

Все виды технологий термической обработки представить в виде графика в координатах (температура, °С - время, ч).

 

№ вар. Наименование детали Основной габаритный размер, мм Материал Требуемые свойства
на поверхности в сердцевине
Вал-шестерня Æ 400 40Х 280-300 HB 280-300 HB
Колесо цилиндрическое Æ480´90 35Л-III 140-160 HB 140-160 HB
Головка дизелей D40 BЧ60-2 197-269 HB 197-269 HB
Лопасти винтов вертолета D8 АВ 95HB 95HB

 




Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском:

vikidalka.ru - 2015-2019 год. Все права принадлежат их авторам! Нарушение авторских прав | Нарушение персональных данных