Назначение термической обработки стали

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

технологический сталь термообработка металлический

Введение

1. Марка стали и чертеж «стального» участка диаграммы Fe-в диапазонах: по температуре 600°С-1200°С, по концентрации 0-2,14% в реальных координатах

2. Фазовые превращения стали при ее охлаждении из аустенитного состояния до комнатной температуры и изображение изменение структуры стали

3. Термокинетическая кривая охлаждения стали с использованием фаз

4. Определение в любой точке двухфазной области стали

4.1 Концентрации углерода в каждой фазе (по правилу фаз)

4.2 Количество каждой фазы в процентах (по правилу отрезков)

5. Технологический процесс заданной термообработки для стали

5.1 Назначение каждой стадии термообработки

5.2 Описание фазовых превращений при нагреве и охлаждении при каждой стадии термической обработки, получаемые структуры и свойства

5.3 Назначение режима термообработки: температура, время нагрева и режим охлаждения

6. Вариант использование стали после термообработки

Список использованной литературы

Введение

Значение стали в современном мире трудно переоценить. Увеличение ее производства необходимо для повышения уровня жизни всего человечества. Сталь используется в различных конструкциях в машиностроении, строительстве, на транспорте, в химической, энергетической и других отраслях промышленности. Число различных марок стали огромно. Каждая современная марка стали производится с заранее заданными свойствами и под конкретное применение.

Сталь является одним из самых эффективных современных строительных материалов. Она обладает самым высоким отношением предела прочности к массе среди традиционных материалов, а также очень износоустойчива. В настоящее время используется свыше 20 млрд. тонн стали в виде самых разнообразных изделий. Сталь может бесконечно подвергаться повторной переработке, позволяя создавать новую продукцию из старой без какой-либо потери прочности, пластичности или любых других эксплуатационных характеристик. Именно поэтому во всем мире сталь остается наиболее предпочтительным материалом для строительства и промышленности.

Новые химические составы высокотехнологичных сталей позволяют автопроизводителям изготавливать более прочные и легкие транспортные средства, потребляющие меньше энергии. Сталь имеет значительные преимущества для строительства башен ветровых турбин вследствие ее прочности и долговечности. Воздействие на окружающую среду сведено к минимуму, так как сталь может повторно перерабатываться без ограничений. Прочность стали также позволяет разработчикам использовать меньше материала без ущерба для конструктивных характеристик сооружений. Сталь также является частью инновационных технологий, позволяющих снизить энергопотребление в зданиях.

1. Марка стали и чертеж «стального» участка диаграммы Fe-в диапазонах: по температуре 600°С-1200°С , по концентрации 0-2,14% в реальных координатах

В моей расчетно-графической работе рассматривается сталь 30. Сталь 30- конструкционная, углеродистая, качественная, содержащая в среднем 0,30% углерода. «Стальной» участок диаграммы Fe-в диапазонах: по температуре 600°С-1200°С , по концентрации 0-2,14% в реальных координатах представлен на рисунке 1.

Рисунок 1. «Стальной» участок диаграммы Fe-в диапазонах: по температуре 600°С-1200°С , по концентрации 0-2,14%

Основными линиями диаграммы железо-углерод, соответствующими температурам фазовых превращений в сталях при охлаждении, являются:

Линия GS - начало полиморфного превращения аустенита собразованием феррита (Ф);

Линия PG - окончание образования феррита;

Линия SE - ограничение растворимости углерода в аустенита;

образование цементита вторичного (ЦІІ);

Линия PSK - эвтектоидное превращение: из аустенита образуется ферритно-цементитная смесь (перлит); Линия PQ - ограничение растворимости углерода в феррите; образование цементита третичного (ЦІІІ).

2. Фазовые превращения стали при ее охлаждении из аустенитного состояния до комнатной температуры и изображение изменение структуры стали

Сталь 30. Фазовые превращения

А>А+Ф(+>(.

где: А-аустенит

Ф-феррит

-цементит вторичный

-цементит третичный

При достижении линии GS(точка 1) из аустенита начинает выделяться феррит, за счет чего концентрация углерода нарастает по линии GS. По достижении линии PSK(точка2) оставшейся аустенит приобретает эвтектоидную концентрацию, и по эвтектоидной реакции при постоянной температуре 727 превращается в перлит. При дальнейшем охлаждении до комнатной температуры, концентрация в феррите снижается до равновесной за счет выделение . И он смешивается с .

Рисунок 2. Термокинетическая кривая охлождения стали с использованием фаз

3. Термокинетическая кривая охлаждения представлена на рисунке

Рисунок 3. Термокинетическая кривая охлаждения

Согласно правилу фаз Гиббса, количество степеней свободы равно

С=kf + 1 =21+ 1=2

где k количество компонентов в сплаве, k=2 (Железо и Углерод)

fколичество фаз

4. Определение в любой точке двухфазной области стали

4.1 Концентрации углерода в каждой фазе (по правилу фаз)

Обозначим буквой «a» точку соответствующую данной температуре (750С). Для нахождения фазового состава для сплава с содержанием 0,3 % углерода при 750 С, проводим с точки «a» горизонтальные линии (коноды) до пересечения с соответствующими линиями диаграммы (точки b и c). При указанной температуре в сплаве в равновесии находятся две фазы феррит и аустенит. Для нахождения химического состава фаз с точек «b» и «c» опускаем перпендикуляры на ось концентраций. Точки пересечения будут указывать на состав фаз. Химический состав аустенита при данной температуре: 0,65% углерода, остальное железо. Химический состав феррита 0,02% углерода, остальное железо.(см. рисунок 4)

Рисунок 4. Концентрация углерода в каждой фазе

4.2 Количество каждой фазы в процентах (по правилу отрезков)

Для того чтобы определить количество фаз через заданную точку проводят горизонтальную линию до пересечения с линией, ограничивающей эту область. Отрезки между заданной точкой и точками с соответствующим составом фаз обратно пропорциональны их количеству.

где: Q(A)- содержание аустенита в %;

ab и bc- длины соответствующих конод (длина отрезков пропорциональна содержанию углерода в фазах)

где: Q(Ф)- содержание феррита в %;

aс и bc- длины соответствующих конод (длина отрезков пропорциональна содержанию углерода в фазах)

5. Технологический процесс заданной термообработки для стали

В моей расчетно-графической работе используется сталь 30 после закалки и последующего высокотемпературного отпуска.

5.1 Назначение каждой стадии термообработки

Закалка - термическая обработка, заключающаяся в нагреве стали до температуры выше линии GSK, выдержке при этой температуре и охлаждении со скоростью, обеспечивающей получение мартенсита (не ниже критической).

Минимальная скорость охлаждения, при которой не успевает пройти диффузионный распад аустенита на феррито-цементитную смесь, называется критической скоростью закалки на мартенсит.

Скорость охлаждения обеспечивается определённой охлаждающей средой (вода, растворы солей, масло, для некоторых сталей - воздух). Назначение закалки - получение мартенситной структуры.

Отпуск - термическая обработка, заключающаяся в нагреве закалённой стали до температуры ниже линии PSK, выдержке при этой температуре и охлаждении.

Отпуск стали способствует снятию внутренних напряжений и получению необходимых свойств стали.

Отпуск имеет важное практическое значение. Именно в процессе отпуска формируются окончательные структуры и комплекс эксплуатационных свойств сталей. Температура отпуска обуславливается требованиями к этому комплексу.

5.2 Описание фазовых превращений при нагреве и охлаждении при каждой стадии термической обработки, получаемые структуры и свойства

Режим любой термообработки состоит из нагрева, изотермической выдержки и охлаждения. (рис.5)

Закалка доэвтектоидной стали заключается в ее нагреве до температуры (рис 6)

где: - критическая точка (линия GS) и она равна 825С

для стали 30 равно 865С. При нагреве стали 30 до 865С в структуре будет аустенит.

Рисунок 5. Схема термической обработки

После нагрева необходимо охладить сталь, в качестве охладителя будем использовать воду. В результате мы получим мартенсит закалки.

Теперь нам необходимо произвести высокотемпературный отпуск. Его проводят при температуре 500..680С. После такого отпуска почти полностью снимаются внутренние напряжения, значительно повышается ударная вязкость. Прочность и твердость при этом снижаются, но остаются более высокими, чем при нормализации.

Рисунок 6. Закалка стали 30

За счет высокотемпературного отпуска создается наилучшее сочетание прочности и вязкости стали и полностью исключается вероятность хрупкого разрушения. После отпуска мы получим сорбит.

5.3 Назначение режима термообработки: температура, время нагрева и режим охлаждения

Режим термообработки: закалка

Температура: 865С

Время нагрева: в зависимости от размеров детали(1,2-2 мин.на

Режим охлаждения: вода или любой другой.

Режим термообработки: высокотемпературный отпуск

Температура: 500..680С

Время выдержки: 30-60 мин

Режим охлаждения: вместе с печью.

6. Вариант использование стали после термообработки

Стали, подвергаемые термическому улучшению, широко применяют для изготовления различных деталей, работающих в сложных напряженных условиях ( при действии разнообразных нагрузок, в том числе переменных и динамических). Стали приобретают структуру сорбита, хорошо воспринимающую ударные нагрузки. Важное значение имеет сопротивление хрупкому разрушению.

Сталь 30 дешевая, из нее изготавливают детали, испытывающие небольшие напряжения. Из нее изготавливают шатуны, коленчатые валы малооборотных двигателей, зубчатые колеса, маховики, оси и т. п.

Список использованной литературы

1. Материаловедение: Учебник для ВУЗов. /Арзамасов Б.Н., Макарова В.И., Мухин Г.Г., Рыжов Н.М., Силаева В.И. под редакцией Арзамасова Б.Н. и Мухина Г.Г. М., Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2001. 648 с.

2. Марочник сталей и сплавов: Справочное издание. / Под редакцией Зубченко А.С. М., Изд-во «Машиностроение-1», 2003. 782.

Размещено на Allbest.ru