Выбор стали и режима термообработки для изготовления гладких и резьбовых калибров.

Размещено на http://www.allbest.ru/

I. Задание

сталь термообработка закалка калибр

Для изготовления измерительного инструмента (гладкие и резьбовые калибры) выбрана сталь Х, твердость после термической обработки HRC 56-62.

Обосновать выбор стали. Указать возможные замены. Назначить режим термообработки. Описать структуру до и после термообработки.

II. Требования к изделию

Калибры -- бесшкальные измерительные инструменты, предназначенные для ограничения отклонения размеров, форм и взаимного расположения поверхностей детали. Сталь для измерительного инструмент должна быть твердой и длительное время сохранять размеры и форму инструмента.

III. Классификация стали Х

ь по химическому составу: легированная

ь по содержанию углерода: заэвтектоидная , высокоуглеродистая

ь по назначению: инструментальная

ь по качеству: качественная

ь по степени раскисления: спокойная

ь по степени легирования: низколегирования

ь по прочности: нормальной средней прочности

IV. Химический состав в % стали Х по ГОСТ 5950-2000

V. Механические свойства стали Х

Для данной стали такие механические свойства, как условный предел текучести, предел прочности, относительное удлинение и относительное сужение не определяются.

VI. Назначение стали.

Сталь Х предназначена для зубил, применяемых при насечке напильников; очень твердых кулачков эксцентриков и пальцев; гладких цилиндрических калибров и калиберных колец; токарных, строгальных и долбежных резцов в лекальных и ремонтных мастерских.

VII. Термическая обработка

Стали для измерительного инструмента (плиток, калибров, шаблонов) должны обладать высокой твердостью, износостойкостью и сохранять постоянство размеров. Обычно применяют высокоуглеродистые хромистые стали X, ХВГ и 12X1. Измерительный инструмент подвергают закалке в масле с возможно более низкой температурой, обычно с 840 -- 850°С для сталей X и ХВГ и с 850 -- 880°С для стали 12X1 с целью получения минимального количества остаточного аустенита. В закаленной высокоуглеродистой стали при нормальной комнатной температуре в течение длительного вре-мени самопроизвольно протекает процесс старения, который заключается в частичном распаде мартенсита и превращении некоторого количества остаточного аустенита в мартенсит. Старение вызывает небольшое измене-ние объема и линейных размеров изделия, недопустимое для измери-тельных инструментов высоких классов точности.

Для предупреждения подобного старения измерительные инструменты продолжительное время (12-60 ч) подвергают отпуску при 120-40°С. Твердость после указанной обработки составляет HRC 62-64. Иногда по-сле закалки производят обработку холодом при -50 ч -80°С для более полного превращения остаточного аустенита.

Хром- постоянный элемент низколегированных сталей. Его содержание в количестве 1,0-1,5% обеспечивает повышение прокаливаемости, что позволяет получить оптимальные механические свойства в закаленном и отпущенном состояниях и иметь зернистые продукты отпуска по всему сечению. В конструкционных сталях хром частично растворим в феррите, частично в цементите или образует специальные карбиды.

Режим термообработки

Для того чтобы наш прибор обладал высокою износостойкостью и способностью получать при шлифовании и доводке поверхность высокого класса чистоты необходимо: получить высокую твердость около HRC 64-65 закалкой с температурой от 850 до 880С и произвести низкотемпературный отпуск (120-130С). Сталь сохраняет при этом метастабильное состояние и повышенное напряжение. В ней с течением времени при нормальных температурах протекают превращения, изменяющие объем и линейные размеры инструмента. Превращения заключаются в следующем: 1) мартенситном превращении остаточного аустенита, 2) уменьшении тетрагональности решетки мартенсита и 3) релаксации напряжений. Первый процесс влияет значительнее и увеличивает размеры, второй их уменьшает, а релаксация напряжений влияет ориентированно, уменьшая наибольшую длину инструмента.

Закалка

Закалкой называется вид термической обработки, заключающийся в нагреве стали на 30-50°С выше температуры Ас3 и Ас1, для доэвтектоидной и заэвтектоидной (эвтектоидной) сталей соответственно, выдержке при этих температурах и последующем охлаждении со скоростью, равной или превышающей критическую скорость охлаждения (критическую скорость закалки).

Закалка является основной операцией, формирующей структуру и свойства, которые сталь должна иметь в эксплуатации. Значения критических точек необходимы не только для характеристики превращений, но и для выполнения термической обработки (температур нагрева для отжига, нормализации, отпуска).

Так как наша сталь является заэвтектоидной, то при нагреве выше Ас1 происходит растворение в аустените вторичного цементита. Выше Ас3 будет только аустенит.

Температура критических точек

В качестве среды, обеспечивающей нужную скорость охлаждения, используем масло.

При назначении режима термической обработки легированных сталей особое внимание следует уделить влиянию углерода и легирующих элементов на превращения при нагреве и охлаждении, рассмотреть структуру и свойства закалённой стали. Закалка не является окончательной операцией термической обработки. Чтобы уменьшить хрупкость и напряжения, вызванные закалкой, и получить требу-емые механические свойства, сталь после закалки подвергают от-пуску.

Отпуск

Отпуск заключается в нагреве закаленной стали до температур ниже Ас1. выдержке при заданной температуре и последующем охлаждении с опреде-ленной скоростью. Отпуск является окончательной операцией термической обработки, в результате которой сталь получает требуемые механические свойства. Кроме того, отпуск полностью или частично устраняет внутрен-ние напряжения, возникающие при закалке. Эти напряжения снимаются тем полнее, чем выше температура отпуска.

Основное влияние на свойства стали оказывает температура отпуска. Отпуск нашей стали будем проводить при температуре от 120-130С. Это низкотемпературный отпуск. При этой температуре на первой стадии превращения в кристаллах мартенсита образуется Е-карбид. Концентрация углерода в этих участках мартенсита, непосредственно окружающих кристаллы выделившихся карбидов, резко уменьшается, тогда как более удаленные участки сохраняют исходную концентрацию углерода, полученную после закалки

В случае низкотемпературного отпуска твердость закаленной стали не зависит от содержания в ней легирующих элементов и определяется в основном содержанием углерода в альфа растворе.

При низкотемпературном (низком) отпуске снижаются внутренние напря-жения, мартенсит закалки переводится в отпущенный мартенсит, повы-шается прочность и немного улучшается вязкость без заметного снижения твердости. Закаленная сталь (0,5--1,3% С) после низкого отпуска сохраняет твердость в пределах HRC 58 -- 63, а следовательно, высокую износостой-кость. Однако такое изделие (если оно не имеет вязкой сердцевины) не вы-держивает значительных динамических нагрузок.

Низкотемпературному отпуску подвергают поэтому режущий и изме-рительный инструмент из углеродистых и низколегированных сталей, а также детали, претерпевшие поверхностную закалку, цементацию, циани-рование или нитроцементацию.

Микроструктура после термообработки

(а - структура сердцевины, б - структура поверхности)

VIII. Вывод из проделанной работы

Таким образом, в результате данной термической обработки: закалка с последующим низкотемпературным отпуском, мы получили сталь с твердостью HRC 58-62 и высокой прочностью, что удовлетворяет заданному инструменту.

Выбор данного метода термической обработки обусловлен тем, что закалка с охлаждением в масле препятствует образованию закалочных дефектов, что очень важно для типа измерительного инструмента. Низкотемпературный отпуск же с выдержкой около 10-12 часов препятствует старению стали, и придает ей заданную прочность.

Список используемой литературы

1. Ю.М. Лахтин, В.П. Леонтьева «Материаловедение»

2. А.П. Гуляев «Металловедение»

3. Ю.П. Солнцев «Материаловедение»

4. Марочник сталей и сплавов

Размещено на Allbest.ru