zaeto.ru

1. Теория сплавов Тема Пластическая деформация, механические свойства, рекристаллизация Твёрдость

Другое
Экономика
Финансы
Маркетинг
Астрономия
География
Туризм
Биология
История
Информатика
Культура
Математика
Физика
Философия
Химия
Банк
Право
Военное дело
Бухгалтерия
Журналистика
Спорт
Психология
Литература
Музыка
Медицина
добавить свой файл
 

 
страница 1


Тема 1. Теория сплавов



Тема 2. Пластическая деформация, механические свойства, рекристаллизация

Твёрдость — свойство материала сопротивляться проникновению в него другого, более твёрдого тела — индентора.

Твёрдость определяется как отношение величины нагрузки к площади или объему поверхности отпечатка. Различают поверхностную и объемную твёрдость:

  • поверхностная твёрдость — отношение нагрузки к площади поверхности отпечатка;

  • объёмная твёрдость — отношение нагрузки к объёму отпечатка.

Различают также восстановленную и невосстановленную твёрдость. Восстановленная твёрдость определяется как отношение нагрузки к площади или объему отпечатка, а невосстановленная твёрдость определяется как отношение силы сопротивления внедрению индентора к площади или объему внедренной в материал части индентора.

Твёрдость измеряют в трёх диапазонах: макро, микро, нано. Макродиапазон регламентирует величину нагрузки на индентор от 2 Н до 30 кН. Микродиапазон регламентирует величину нагрузки на индентор до 2 Н и глубину внедрения индентора больше 0,2 мкм. Нанодиапазон регламентирует только глубину внедрения индентора, которая должна быть меньше 0,2 мкм. Часто твердость в нанодиапазоне называют нанотвердостью.

Твёрдость прежде всего зависит от нагрузки, прикладываемой к индентору. Такая зависимость получила название размерного эффекта, в англоязычной литературе — indentation size effect. Характер зависимости твердости от нагрузки определяется формой индентора :



  • для сферического индентора — с уменьшением нагрузки твердость уменьшается — обратный размерный эффект (reverse indentation size effect);

  • для индентора в виде пирамиды Виккерса или Берковича — с уменьшением нагрузки твердость увеличивается — прямой или просто размерный эффект(indentation size effect);

  • для сфероконического индентора (типа конуса для твердомера Роквелла) — с увеличением нагрузки твердость сначала увеличивается, когда внедряется сферическая часть индентора, а затем начинает уменьшаться (для сфероконической части индентора).

Для измерения твёрдости существует несколько шкал (методов измерения):

  • Метод Бринелля — твёрдость определяется по диаметру отпечатка, оставляемому металлическим шариком, вдавливаемым в поверхность. Твёрдость вычисляется как отношение усилия, приложенного к шарику, к площади отпечатка (причём площадь отпечатка берётся как площадь части сферы, а не как площадь круга (твердость по Мейеру)); размерность единиц твердости по Бринеллю Па (кгс/мм²). Число твердости по Бринеллю по ГОСТ 9012-59 записывают без единиц измерения. Твёрдость, определённая по этому методу, обозначается HB, где H = hardness (твёрдость, англ.), B — Бринелль;

  • Метод Роквелла — твёрдость определяется по относительной глубине вдавливания металлического шарика или алмазного конуса в поверхность тестируемого материала. Твёрдость, определённая по этому методу, является безразмерной и обозначается HR, HRB, HRC и HRA; твёрдость вычисляется по формуле HR = 100 − kd, где d — глубина вдавливания наконечника после снятия основной нагрузки, а k — коэффициент. Таким образом, максимальная твёрдость по Роквеллу соответствует HR 100.

Тема 3. Термическая обработка стали

Основной задачей термообработки заготовок являются изменения структуры  и  свойств  их  материала,  направленные,  в  подавляющем большинстве  случаев,  на  получение  более  мелкого  зерна. Термической обработке  подвергают  слитки,  отливки,  поковки,  сварные  соединения, заготовки,  получаемые  из  проката,  а  также  детали,  изготовляемые  из  разнообразных металлов или сплавов.  

Основными  видами  термической  обработки  заготовок  из  сталей  являются отжиг, нормализация, закалка и отпуск.

Свойство стали после типовой термической обработки



Марка стали

НВ сердцевины

HRC поверхности

Толщина упрочнённого слоя, мм

45 (50)

Не регламентируется

50-56 ( 54-60)

1,3-2,0

Валы, работоспособность которых определяется контактной выносливостью и износостойкостью, должны иметь высокую поверхностную твёрдость HRC 48…50. Такие валы небольших размеров изготавливают из сталей 45 и 50 и упрочняют поверхностной закалкой. Если они работают еще на изгиб и кручение, перед поверхностной закалкой проводят улучшение.

Так как вал двигателя воспринимает в работе динамические нагрузки, а также и вибрации, более целесообразно применять закалку и отпуск. После закалки в воде углеродистая сталь 50 получает структуру мартенсита. Однако вследствие небольшой прокаливаемости углеродистой стали эта структура в изделиях диаметром более 20…25мм образуется только в сравнительно тонком поверхностном слое толщиной до 2…4 мм.

Последующий отпуск вызывает превращение мартенсита в сорбит только в тонком поверхностном слое, но не влияет на структуру и свойства основной массы изделия. Сталь со структурой сорбита отпуска обладает более высокими механическими свойствами, чем та же сталь со структурой сорбита закалки или имеющая феррито-перлитную структуру. Наибольшие напряжения от изгиба, кручения и повторно переменных нагрузок воспринимают наружные слои, которые должны обладать повышенными механическими свойствами. Однако в сопротивлении динамическим нагрузкам, которые воспринимает вал, участвуют не только поверхностные, но и нижележащие слои металла.

Значит, нашу деталь следует подвергнуть высокому отпуску при 550 °С, поверхностной закалке при индукционном нагреве, отпуску при 170-180°С.



Тема 4. Обработка заготовок деталей машин резанием

Фрезерование (фрезерная обработка) — обработка материалов резанием с помощью фрезы.

В процессе фрезерования участвуют два объекта — фреза и заготовка. Заготовка — это будущая деталь.

Фреза и фрезерование изобретены в Германии и Австрии в XVII—XVIII веке, так как фрезерование требовало прочной станины станка с точными подшипниками, а радиально-упорные подшипники изобрёл Леонардо да Винчи.

Официальным изобретателем фрезерного станка является англичанин Эли Уитни который получил патент на такой станок в 1818 г.



Классификация фрезерования

Классификация фрезерования может происходить по-разному, в зависимости от того, что хотят выделить наиболее значимым:



  • В зависимости от расположения шпинделя станка и удобства закрепления обрабатываемой заготовки —— вертикальное, горизонтальное. На производстве в большей степени используют универсально-фрезерные станки позволяющие осуществлять горизонтальное и вертикальное фрезерование, а также фрезерование под разными углами различным инструментом.

  • В зависимости от типа инструмента (фрезы) — концевое, торцовое, периферийное, фасонное и т. д.

  1. Концевое фрезерование — пазы, канавки, подсечки; колодцы (сквозные пазы), карманы (пазы, стороны которых выходят более, чем на 1 поверхность), окна (пазы, которые выходят только на одну поверхность).

  2. Торцовое фрезерование — фрезерование больших поверхностей.

  3. Фасонное фрезерование — фрезерование профилей. Примеры профильных поверхностей — шестерни, червяки, багет, оконные рамы.

  4. Существуют также специализированные фрезы, предназначенные для отрезки (дисковые фрезы).

  • В зависимости от направления вращения фрезы относительно направления её движения (либо движения заготовки) — попутное «под зуб» когда фреза «подминает» заготовку, получается очень чистая поверхность, но также велика опасность вырыва заготовки при большом съеме материала; и встречное «на зуб», когда движение режущей кромки происходит навстречу заготовке. Поверхность получается похуже, зато увеличивается производительность. На практике используют оба вида фрезерования, «на зуб» при предварительной (черновой) и «под зуб» окончательной (чистовой) обработке.

Фреза́ — режущий многолезвийный инструмент в виде тела вращения с зубьями для фрезерования. Бывают цилиндрические, торцевые, червячные, концевые, алмазные и др. Материал режущей части — быстрорежущая сталь, твёрдый сплав, минералокерамика, алмаз, массив кардной проволоки. В зависимости от конструкции и типа зубьев фрезы бывают цельные (полностью из одного материала), сварные (хвостовик и режущая часть состоит из различного материала, сваренные вместе), напайные (с напаянными режущими элементами), сборные (из различного материала, но соединённые стандартными крепёжными элементами — винтами, болтами, гайками, клиньями). Отдельно выделяют фрезерные головки - фрезы со сменными ножами из твердого сплава и быстрореза.

Фре́зерные станки́ — группа металлорежущих станков в классификации по виду обработки. Фрезерные станки предназначены для обработки с помощью фрезы плоских и фасонных поверхностей, тел вращения, зубчатых колёс и т. п. металлических и других заготовок. При этом фреза, закрепленная в шпинделе фрезерного станка совершает вращательное (главное) движение, а заготовка, закреплённая на столе, совершает движение подачи прямолинейное или криволинейное. Управление может быть ручным, автоматизированным или осуществляться с помощью системы ЧПУ (CNC).

Во фрезерных станках главным движением является вращение фрезы, а движение подачи — относительное перемещение заготовки и фрезы.



Задание 1

Правило концентраций

Чтобы определить концентрации компонентов в фазах, через данную точку, характеризующую состояние сплава, проводят горизонтальную линию (коноду) до пересечения с линиями (ликвидус и солидус) ограничивающими данную область; проекции точек пересечения на ось концентраций показывают концентрацию компонентов в фазах (или составы фаз).

Таким образом, химический состав твердой фазы  (для температуры 400˚С) описывается точкой пересечения коноды с линией солидус, то есть в точке - а (80% В, остальное - 20% А).

Точка встречи коноды и линии ликвидус (т. б) описывает равновесное состояние жидкости, то есть её химический состав (Ж-фаза содержит: 30% В, остальное - 70% А).

При температуре 590˚С процесс кристаллизации заканчивается.

Таким образом, делаем вывод: состав твердой фазы изменяется по линии солидус (от точки а до точки в), а состав Ж фазы изменяется по линии ликвидус (от точки б до точки г).

В процессе кристаллизации изменяется не только состав фаз, но и количественное состояние между ними. Для определения количественных соотношений фаз, находящихся в равновесии при данной температуре пользуются вторым правилом отрезков (или рычага).

Правило отрезков
Для определения количественного соотношения фаз и концентрации фаз применя­ют правило отрезков (или правило рычага).

Рассмотрим на диаграмме состояния системы сплав с исходной концентрацией 90%. При температуре 400˚С сплав состоит из кристаллов сурьмы (крайне малого количества) и жидкости. Для определения состава фаз через заданную точку а проводят линию до пересечения с границами области диаграммы. Проекция точки в на ось концентрации пока­жет состав жидкой фазы, а проекция точки c - состав твердой фазы. Из диаграммы видно, что в процессе кристаллизации при понижении температуры , состав жидкой фазы изменяется по линии ликвидус и стремится к эвтекти­ческой концентрации, а состав твердой фазы остается постоянным.

При кристаллизации изменяется и соотношение фаз: количество твердой фазы увеличивается, жидкой - уменьшается.

а = аб/аб*100%=100%,

Жб=0/аб*100%=0/100*100%=0%,

Жб=100-а=100% -100%=0%.

Отрезки, примыкающие к жидкой фазе, характеризуют количество твердой фазы. Отрезок коноды, примыкающий к твердой фазе, характеризует количество жидкой фазы.

Окончание затвердевания сплава соответствует температуре 400˚С. Выделяющиеся кристаллы твердого раствора имеют переменный состав, зависящий от температуры.

Однако при медленном охлаждении процессы диффузии в жидкой и твердой фазе (объемная диффузия), а также процессы взаимной диффузии между ними (межфазная диффузия) успевают за процессом кристаллизации, поэтому состав кристаллов выравнивается.

В этих условиях сплав после затвердевания будет состоять из однородных кристаллических зерен твердого раствора (рисунок 1).


Рисунок 1. Микроструктура сплава


В сплавах может наблюдаться дендритная ликвация: в кристаллах оси первого порядка будут обогащены тугоплавким компонентом (Sb), периферийные слои кристалла и межосные пространства, кристаллизующиеся в последнюю очередь, обогащены компонентом легкоплавким (Bi), понижающим температуру плавления сплава. Быстрое охлаждение способствует дендритной ликвации.

Задание 2

Возможность определения массовой доли углерода в стали по структуре, обусловливается тем обстоятельством, что структурные составляющие медленно охлажденной, т.е. находящейся в равновесном состоянии стали, содержат определенные и постоянные массовые доли углерода. При изменении доли углерода в такой стали в пределах данной структурной группы (доэвтектоидная, заэвтектоидная) изменяется только количественное соотношение структурных составляющих. Из этого вытекает, что определение массовой доли углерода может производиться только по равновесной структуре.

Поскольку плотности структурных составляющих сталей близки, то соотношение их массовых долей можно заменить соотношением занимаемых ими площадей.

В доэвтектоидных сталях массовая доля углерода определяется по формуле:



   

где Fn – площадь поля зрения микроскопа, занимаемая перлитом, %;


0,8 – % С в перлите.

Рассчитав массовую долю углерода заданной доэвтектоидной стали по формуле можно по определить марку этой стали по ГОСТ 1050. Эта марка - 60.

Н.С. Курнаков показал определенную зависимость между составом и структурой сплава, определяемой типом диаграммы состояния и свойствами сплава (твердостью, электропроводностью и.т.д.).

Свойства сплава зависят от того, какие соединения или какие фазы образовали компоненты сплава (рис. 2).




Е

N

Е

S

K

Рисунок 2. Свойства сплавов и их диаграммы состояния

При образовании непрерывного ряда твердых растворов свойства (твердость, электропроводность и др.) изменяются по криволинейной зависимости (рис. 2, б).

Твердость компонентов А и В ниже, чем твердость сплавов.

При образовании смесей (рис. 2, а) свойства сплава изменяются по линейному закону (аддитивно).

Значение свойств сплавов находятся в интервале между свойствами чистых компонентов.

При увеличении Vохл происходит измельчение структуры, в связи с этим свойства против эвтектики оказываются более высокими (пунктирная линия).

ESK – линия эвтектического превращения.

ТА – температура плавления компонента А.

ТАВ – линия ликвидус.

В сплавах с ограниченной растворимостью (рис. 2, в; диаграммы с эвтектическим или перитектическим превращениями) свойства при концентрациях, отвечающих однофазовому твердому раствору изменяются по криволинейной зависимости, а в двухфазовой области – по прямой. Крайние точки на прямой являются свойствами предельно насыщенных твердых растворов.

Линия EN – линия ограниченной растворимости В в А.

При образовании химического соединения (рис. 2, г) на кривой концентрация – свойства, будет иметься максимум (или минимум) – а на прямой перелом.

Зная характер взаимодействия между двумя металлами и тип диаграммы состав – свойства, можно легче и быстрее определить состав сплава, обеспечивающий наилучшие свойства.



Правило Курнакова можна также изложить в следующем виде – в областях где сплавы имеют структуру твердого раствора, свойства изменяются по закону кривой линии, а где смеси твердых растворов, свойства изменятся по закону прямой линии.

Ориентируясь на вышеизложенные правила и свойства определим



НВ = 2499 МПа



Задание 3

Марка :

9ХВГ

Заменитель:

ХВГ

Классификация :

Сталь инструментальная легированная

Применение:

резьбовые калибры, лекала сложной формы, сложные весьма точные штампы для холодных работ, которые при закалке не должны подвергаться значительным объемным изменениям и короблению.

Вид поставки

Сортовой прокат, в том числе фасонный: ГОСТ 5950-73, ГОСТ 2590-71, ГОСТ 2591-71. Калиброванный пруток ГОСТ 5950-73, ГОСТ 7417-75, ГОСТ 8559-75, ГОСТ 8560-78. Шлифованный пруток и серебрянка ГОСТ 5950-73, ГОСТ 14955-77. Полоса ГОСТ 4405-75. Поковки и кованые заготовки ГОСТ 5950-73, ГОСТ 1133-61, ГОСТ 7831-78.



Химический состав в % материала   9ХВГ согласно ГОСТ   5950 - 73 

C

Si

Mn

Ni

S

P

Cr

Mo

W

Cu

0.85 - 0.95

0.15 - 0.35

0.9 - 1.2

до   0.35

до   0.03

до   0.03

0.5 - 0.8

до   0.3

0.5 - 0.8

до   0.3

Технологические свойства

Температура ковки

Начала 1120, конца 850. Охлаждение замедленное.


Температура критических точек материала 9ХВГ.

Ac1 = 750 ,      Ac3(Acm) = 900 ,       Mn = 205

Твердость

Состояние поставки, режим термообработки

HRCэ поверхности

НВ

Прутки и полосы отожженные или высокоотпущенные 

 

 241

Образцы. Закалка 820-840 С, масло. 

 Св. 63

 

Изотермический отжиг 780-800 С, охлаждение 50 град/ч до 670-720 С, выдержка 2-3 ч, охлаждение 50 град/ч до 550 С, воздух. 

 

 241

Подогрев 650 С. Закалка 820-840 С, масло. Отпуск 160-180 С, воздух. 

 Св. 62

 

Подогрев 650 С. Закалка 820-840 С, масло. Отпуск 170-230 С, воздух. 

 61-63

 

Подогрев 650 С. Закалка 820-840 С, масло. Отпуск 230-275 С, воздух. 

 57-61

 

Закалка 840 С, масло. Выдержка при отпуске 1,5 ч. Отпуск 100 С. 

 66

 

Закалка 840 С, масло. Выдержка при отпуске 1,5 ч. Отпуск 150 С. 

 66

 

Закалка 840 С, масло. Выдержка при отпуске 1,5 ч. Отпуск 200 С. 

 61

 

Закалка 840 С, масло. Выдержка при отпуске 1,5 ч. Отпуск 250 С. 

 58

 

Закалка 840 С, масло. Выдержка при отпуске 1,5 ч. Отпуск 300 С. 

 56

 

Закалка 840 С, масло. Выдержка при отпуске 1,5 ч. Отпуск 350 С. 

 52






Литература

  1. Банных О. А., Будберг П.Б., Алисова С. П. и др. Диаграммы состояния двойных и многокомпонентных систем на основе железа. Металлургия, 1986 г.

  2. Бочвар А. А., Металловедение, 5 изд., М., 1956.

  3. Бунин К. П.Баранов А. А. Металлография. — М.: Металлурия, 1970.

  4. Лахтин Ю.М. Металловедение и термическая обработка металлов- М.: Металлургия, 1993, 447 с.

  5. Солнцев Ю.П., Пряхин Е.П., Войткун Ф. Материаловедение- М.: МИСиС, 1999 , 477 с.

  6. Двойные и многокомпонентные системы на основе меди. под ред. Шухардина С.В. Наука, 1979 г.

  7. Диаграммы состояния двойных металлических систем ред. Лякишева Н.П.Машиностроение, 1996-2000 г.

страница 1


Смотрите также:





     

скачать файл




 



 

 
 

 

 
   E-mail:
   © zaeto.ru, 2018