Сталь шх15 закалка и отпуск инструкция - Все инструкции и руководства по применению

Шарикоподшипниковая сталь относится к конструкционным сталям.

Эти стали должны иметь высокую твердость, поэтому содержание углерода в них велико. Основным легирующим элементом этой стали, помимо углерода, является хром.

Таблица 1. Составы некоторых подшипниковых сталей

Состав подшипниковых сталей

Структура стали в состоянии поставки – феррито-карбидная смесь; как правило, пишут – отожженная на зернистый перлит. Про этот вид перлита на данном сайте есть статья. Почему такое состояние поставки, понятно. Поскольку детали из этой стали получают, в том числе, пластической деформацией, то структура должна иметь наилучшие пластические свойства. Структура стали ШХ15 в состоянии поставки показана на рис. 1 а. По ГОСТ балл этой структуры 3-5 по шкале №1.

Рисунок 1 . Структура стали ШХ15 в состоянии поставки (а) и после закалки и отпуска (б)

Термическая обработка подшипниковой стали – закалка от температуры 830-840^оС в масло и отпуск 150-160^оС 1-2 часа. После такой обработки структура стали – мелкодисперсный мартенсит отпуска (говорят – скрытоигольчатый мартенсит) и карбиды (рис. 1б). Снимок сделан при увеличении 3000^х, тем не менее, мартенсит не различается.

Рисунок 2. Структура стали ШХ15 после закалки и отпуска

От карбидной фазы во многом зависят свойства стали. На рис.2 показаны структуры стали ШХ15, отличающиеся размером и пространственным распределением карбидов. На рис. 2а показана структура шарика диаметром 3/8 дюйма, показавшего при испытаниях усилие разрушения 140 кН. Этот шарик имеет однородную структуру матрицы и достаточно однородные карбиды (белые включения) как по размеру, так и по распределению в матрице. На рис. 2б показана структура шарика с усилием разрушения 68 кН. Структура этого шарика неоднородна. Это видно уже хотя бы из того, что участки мартенсита отличаются по цвету. Карбиды крупнее и неоднородны по размеру; для стали это существенно. Роль размера карбидов (неметаллических включений) иллюстрируется зависимостями на рис. 3.

Влияние размера карбидов на усталостную прочность

Рисунок 3. Влияние размера глобулярных включений на усталостную прочность стали для разных диаметров образца: 1-18,6 мм; 2- 15 мм; 3 – 13 мм.

Карбидная фаза вообще играет большую роль, и дефекты, связанные с карбидами, имеют существенное значение. Наиболее значимыми дефектами карбидной фазы являются:

Карбидная полосчатость. Карбидная полосчатость является следствием структурной неоднородности стали после закалки. В участках карбидных скоплений образуется мартенсито-трооститная структура, а в участках, обедненных карбидами — игольчатый мартенсит. Это приводит к повышению внутренних напряжений и неоднородности твердости по поверхности подшипника. Карбидная полосчатость затрудняет получение структуры зернистого перлита.

Полосчатость в стали 12ХН3МСГ

Рисунок 4. Пример полосчатости структуры, сталь 12ХН3МСГ

Рисунок 5. Карбидная полосчатость в стали

Рисунок 6. Полосчатость в закаленной стали

Карбидная ликвация. В подшипниковой стали встречаются крупные включения карбидов, ориентированные вдоль направления прокатки — карбидная ликвация. Они обладают высокой твердостью и хрупкостью, поэтому они часто выкрашиваются при выходе на рабочую поверхность с образованием очагов разрушения. Резко выраженная карбидная ликвация ухудшает изнашиваемость шарикоподшипниковой стали.

Карбидная ликвация в стали Р18

Рисунок 7. Пример карбидной ликвации (сталь Р18)

Карбидная сетка. Присутствие карбидной сетки ведет к ухудшению механической прочности подшипника.

Карбидная сетка в стали ШХ15

Рисунок 8. Участки карбидной сетки в стали ШХ15; закалка и отпуск

Другими дефектами подшипниковой стали являются:
Остаточный аустенит. С количеством остаточного аустенита связана размерная стабильность готовых подшипников в процессе эксплуатации. При нагреве до 150^оС в течение 100 часов увеличение размеров закаленной стали ШХ15 при исходной структуре пластинчатого перлита составляет 0,02%, а при исходной структуре зернистого перлита — 0,003%. Исходная структура зернистого перлита обеспечивает минимальное количество остаточного аустенита. Определение количества остаточного аустенита производится для подшипниковой стали только рентгеноструктурным анализом. Структура стали настолько мелкая (рис. 1,2), что различить зерна аустенита трудно.
Микропористость. Микропоры являются местами концентрации напряжений в металле и очагами возникновения усталостных трещин в готовых подшипниках при их эксплуатации.

Источник

Вмашиностроениииспользуетсяоколо
11000 типоразмеровподшипниковкаченияснаружнымдиаметром
2…3000 ммимассойотдолейграммадо 6 т.
Подшипникиработаютвинтервалетемпературот−150
до +700°Ссоскоростьюдо 300000 об/мин.
Выпускдеталейподшипниковведетсянаспециализированныхзаводахмашиностроения–государственныеподшипниковыезаводы
(ГПЗ).
Данныеизделиявыпускаютсяназаводахсмассовымикрупносерийнымхарактеромпроизводства.

Условия
работы подшипников и материалы для их
изготовления.

Деталиподшипниковиспытываютмногократноповторяющиесяконтактные,ударные
нагрузки, износ, воздействие коррозионной
среды и высоких температур. Основные
виды дефектов, возникающих при работе
— это контактно-усталостноевыкрашивание,
смятие, износ, заклинивание, трещины,
коррозия. Поэтому материалы для
изготовления подшипников должны иметь:
высокое сопротивление пластической
деформации, стойкость против усталостного
разрушения, износостойкость, достаточную
вязкость, стабильность размеров.

Сл.16.В
зависимости от условий работы деталей
подшипников в отечественной промышленности
предусмотрено три варианта термической
обработки:

Детали
подшипников работают без высоких
ударных нагрузок. Они изготавливаются
из заэвтектоидных легированных сталей
типа ШХ15. Термическое упрочнение
обеспечивает высокую твердость по
всему сечению деталей;
Детали
подшипников, испытывающие при эксплуатации
значительные ударные нагрузки и высокие
контактные напряжения (подшипники
прокатных станов, буровых установок).
Данные изделия изготавливаются из
низкоуглеродистых легированных сталей
(18ХГТ, 20Х2Н4А) с повышением твердости,
износостойкости поверхности путем
цементации и последующей термической
обработки;
Детали
крупногабаритных подшипников, работающие
в условиях ударного нагружения
(подшипники букс железнодорожных
вагонов). Согласно разработок ВНИИЖТ
данные изделия изготавливаются из
стали ШХ4, эта сталь относится к
заэвтектоидным хромистым сталям с
регламентированной прокаливаемостью.
Упрочняющая термическая обработка
стали ШХ4 состоит из объемно-поверхностной
закалки с отпуском.

Сл.17.Химический
состав сталей применяемых для изготовления
деталей подшипников приведен в табл.
15. Эти стали относятся к заэвтектоидным,
так как содержат углерода более 0,8%.
Основным легирующим элементом в
подшипниковых сталях является хром,
который образует карбиды, обеспечивающие
повышенную износостойкость и твердость.

Таблица
15

Химический
состав подшипниковых сталей

Марка	ГОСТ	Содержание элементов, %
С	Si	Mn	Cr	p*i	S*¹	Ni*¹	Cu*¹
ШХ15	801-78	0,96-1,05	0,17-0,37	0,20-0,40	1,30-1,65	0,027	0,020	0,30	0,25
ШХ!15СГ	801-78	0,95-1,05	0,40-0,65	0,90-1,20	1,30-1,65	0,027	0,020	0,30	0,25
ШХ20СГ	801-78	0,90-1,00	0,55-0,85	1,40-1,70	1,40-1,70	0,027	0,020	0,30	0,25
18ХГТ	4543-71	0,17-0,23	0,17-0,37	0,8-1,1	1,0-1,3	0,035	0,30	0,30	—
20Х2Н4А*²	4543-71	0,15-0,22	0,17-0,37	0,3-0,6	1,25-1,75	0,025	0,020	—	0,30
ШХ4	801-78	0,95-1,05	0,15-0,30	0,15-0,30	0,35-0,50	0,027	0,020	0,30	0,25

*¹
— не более; *²
-содержит 3,50-3,75% Ni.

К
подшипниковым сталям предъявляются
более жесткие по сравнению с обычными
конструкционными сталями требования
в отношении чистоты по неметаллическим
включениям, поверхностным дефектам,
плотности, макроструктуре, карбидной
неоднородности. Это связано с тем, что
под действием высоких сосредоточенных
в малом объеме знакопеременных нагрузок
большинство дефектов макроструктуры
и крупные неметаллические включения
являются концентраторами напряжений
и очагами зарождения усталостных трещин
при эксплуатации подшипников.
Загрязненность металла неметаллическими
включениями, глубина обезуглероживания,
макродефекты, карбидная ликвация и
структурная полосчатость нормированы
ГОСТ 801-78. Из неметаллических включений
наиболее опасны твердые и хрупкие
глобулярные включения.

Сл.18.Маршрутная
технология получения деталей подшипников
будет рассмотрена на примере изготовления
колец подшипников:

Приготовление
расплава, литье слитков на машинах
непрерывного литья заготовок;
Горячая
деформация свободной ковкой, штамповкой
на горизонтально-ковочных машинах,
раскаткой;
ПТО
с целью улучшения обрабатываемости
резанием и подготовки структуры к ОТО;
Предварительная
механическая обработка;
ОТО
предварительно обработанных заготовок;
Окончательная
механическая обработка (шлифование и
доводка);
Отжиг
для снятия напряжения;
Сборка
и контроль качества.

Сл.19.Технология
ПТО подшипниковых сталей
заключается в сфероидизирующем отжиге
с образованием структуры зернистого
перлита. Сталь с такой структурой
обеспечивает хорошую обрабатываемость
резанием и высокое качество поверхности
заготовок. Мелкозернистый перлит
является оптимальной структурой для
последующей закалки, так как за счет
медленного растворения глобулярных
карбидов повышается технологичность
стали при закалке (низкая склонность к
росту зерна). Кроме того, зернистая форма
карбидов и их равномерное распределение
обеспечивают после закалки сохранение
этих качеств, это связано с тем, что
нагрев под закалку заэвтектоидных
сталей ведется с частичным сохранением
карбидных частиц.

Структура
зернистого перлита стали после отжига
позволяет получить для ШХ15 и ШХ4 твердость
НВ 179-207, для ШХ15СГ и ШХ20СГ — НВ 179217. При
правильных температурно-временных
параметрах отжига в структуре стали
отсутствует карбидная сетка, а размеры
карбидных частиц примерно одинаковы.
Если в результате горячей деформации
подшипниковых сталей образовалась
карбидная сетка, то рекомендуется для
исправления этого дефекта провести
отжиг нормализацию при температуре
900-920 °Сс выдержкой 30-40 мин, охлаждение
со скоростью не менее 40-50 °С/ч. Такая
скорость достигается охлаждением мелких
поковок на воздухе, более крупных —
обдувом воздуха или водовоздушной
смесью.

Сл.20.Параметры
сфероидизирующего отжига: нагрев выше
точки А_с1,
но ниже Асm,
выдержка при заданной температуре в
течение 45-60 мин, скорость охлаждения
должна быть такой, чтобы превращение
аустенита в зернистый перлит завершилось
при температуре 600 °С. Рекомендуется
охлаждать со скоростью 15-20 °С/ч для садок
массой более 3 т; 25-30 °С/ч для садок менее
0,5 т. Более быстрое охлаждение приводит
к получению неоднородного крупнозернистого
перлита с повышенной твердостью.

Заготовки
для подшипников, изготовленные из
низкоуглеродистых легированных
цементуемых сталей, подвергают
нормализации при температуре 900-920 °С и
высокому отпуску при 640-660 °С. Твердость
не превышает НВ 241, микроструктура —
сорбитообразный перлит.

Контроль
качества ПТО проводится проверкой
твердости и микроструктуры заготовок.
Целесообразно контролировать поковки
из наиболее горячих и холодных мест
садки. Перспективно использовать
неразрушающие методы контроля качества
отжига. К таким методам относится
измерение коэрцитивной силы заготовок
размером: диаметр 150-280 мм, высота 50-90 мм.
Дефектные структуры, полученные при
недогреве, исправляются повторным
отжигом. Структура перегретой стали
устраняется отжигом нормализация с
отпуском или без него.

Сл.21.Технология
ОТО деталей подшипников
включает закалку с низким отпуском,
данная термическая обработка формирует
требуемые свойства деталей. Детали
перед ОТО должны быть чистые, сухие, без
следов масла, эмульсии, поверхностных
дефектов (риски, забоины, вмятины,
ржавчина). В связи с массовым характером
производства и большой номенклатурой
деталей на ГПЗ используется
высокопроизводительное оборудование
для термической обработки (агрегаты
для закалки и отпуска). Конструкция
агрегатов определяется видом деталей
(кольца, ролики, шарики). Как при закалке,
так и три отпуске рекомендуется применять
защитные или нейтральные (вакуум) среды.

Режим
закалки деталей, прокаливающихся
насквозь, определяется маркой стали и
ее исходной структурой. При этом
оговаривается скорость нагрева,
температура нагрева под закалку, время
выдержки, среда охлаждения. Сталь ШХ15
допускает сколь угодно быстрый нагрев
без опасности возникновения трещин.
Температура нагрева и время выдержки
должны обеспечить:

Завершение
образования аустенита и растворение
карбидов в нем до содержания углерода
0,55-0,65%;
Размер
зерна аустенита в пределах 9-10 балла;
Однородный
аустенит, что позволяет получить в
структуре закаленной стали отсутствие
продуктов немартенситного превращения.

Сл.22.Закалочная
среда выбирается в зависимости от марки
стали, массы и формы деталей. Для стали
ШХ15 необходимо интенсивное охлаждение
в широком интервале температур 700-350 °С.
Для закалки колец используются различные
марки минеральных масел. Присутствие
воды в закалочном масле не допускается,
поэтому перед использованием все
закалочные масла выдерживают при
температуре 140-150 °С в течение 20-24 ч.
Контроль качества масла проверяется
не реже двух раз в неделю.

Шарики
диаметром более 14 мм с целью получения
максимальной твердости закаливают в
воде. Для предупреждения образования
на поверхности троосто-мартенситной
структуры в воду добавляют 3-5% Na₂CO₃.
Во всех случаях
необходимо, чтобы закалочная жидкость
интенсивно омывала поверхности деталей.
Разработаны установки для закалки колец
с их вращением или покачиванием.

При
закалке колец появляется такой дефект,
как овальность, что является результатом
неравномерности нагрева или охлаждения
при закалке, а также механических
воздействий. Для снижения деформации
применяют закалку в горячих средах
(ступенчатая и изотермическая). Твердость
колец после закалки должна быть не менее
HRC63.

Наилучший
результат по уменьшению деформации
колец обеспечивается ступенчатой
закалкой с охлаждением в штампах или
фиксирующих приспособлениях.

Сл.23.Заключительной
операцией в ОТО является низкий отпуск,
который формирует свойства готовых
деталей подшипников. При этом достигается
повышение вязкости, размерная и
структурная стабильность деталей.
Необходимо помнить, что отпуск требуется
проводить сразу после закалки или не
позднее, чем через 3 ч. На практике отпуск
осуществляют при 160-175 °Сс выдержкой не
менее 2 ч. Общая длительность отпуска
зависит от массы, размеров деталей, типа
нагревательных устройств, массы садки
и может изменяться в пределах 2,5-9,0 ч.

Детали
подшипников, изготовляемые из цементуемых
сталей (20Х2Н4А, 18ХГТ), при ОТО проходят
ХТО, закалку одинарную или двойную и
низко-температурный отпуск. Параметры
термической обработки определяются
маркой стали и аналогичны режимам,
применяемым для ОТОшестерен, изготовленных
из указанных сталей. Структура поверхности
деталей высокоуглеродистый скрыто- или
бесструктурный мартенсит с твердостью
HRC58-62,
в сердцевине малоуглеродистый мартенсит
— HRC30-45.

Сл.24.Контроль
качества
термической обработки деталей подшипников
включает:

Определение
твердости на приборах Роквелл,
Супер-Роквелл, Виккерс. Искажение
показаний приборов за счет сферической
или цилиндрической поверхности деталей
учитывается специальными поправками.
После ОТО твердость колец и роликов из
стали ШХ15 должна быть в интервале
HRC61-65,
шариков — HRC60-66;
Оценку
качества излома деталей с определением
наличия пережога. После оптимальной
закалки излом матово-серый, шелковистый;
Проверку
микроструктуры при увеличениях 500-600
крат. Структура должна представлять
скрыто кристаллический мартенсит и
равномерно распределенные избыточные
карбиды. Перегрев обнаруживается по
появлению игольчатого мартенсита.
Недогрев при закалке связан с образованием
троосто-мартенситной структуры;
Контроль
на наличие трещин, который выполняется
на магнитных или ультразвуковых
дефектоскопах. Трещины
в деталях подшипников не допускаются.

Технология
термической обработки шестерен, зубчатых
колес

Шестерни
(зубчатые колеса) широко используются
в современной технике. Только в тракторном
и сельскохозяйственном машиностроении
общее количество ежегодно изготавливаемых
шестерен составляет около 25 млн. штук.
Основной объем производства составляют
цилиндрические шестерни, основная масса
которых применяется в коробках передач,
трансмиссий автомобилей и тракторов,
газораспределении двигателей внутреннего
сгорания, металлообрабатывающих станках.

При
выборе материала для изготовления
шестерен и выборе технологии термической
обработки основным критерием является
модуль шестерни. Модуль
— это отношение диаметра делительной
окружности к числу зубьев, измеряется
в мм. Шестерни
изготавливают из поковок, реже отливок.
Зубья или нарезают механической
обработкой, или изготавливают горячей
накаткой. Для ответственных шестерен
применяются различные методы тонкой
механической обработки: шлифование,
хонингование, притирка, что позволяет
устранить деформацию шестерен после
термической обработки и повышению их
долговечности при работе.

Условия
работы шестерен зависят от уровня
контактных и изгибающих нагрузок и их
быстроходности. При эксплуатации
шестерни испытывают:

—
изгиб при резком торможении или
заклинивании с наличием максимального
крутящего момента;

—
изгиб в ножке зуба, что может привести
к его усталостному разрушению. Напряжения
могут превышать 600 МПа;

—
контактные напряжения на боковых
поверхностях зубьев, что приводит к
образованию контактно- усталостного
выкрашивания. Эти напряжения достигают
величины до 2300 МПа;

—
износ боковых поверхностей (из-за
попадания абразивных пыли и грязи в
зону контакта) либо торцевых поверхностей
зубьев. При недостаточной смазке рабочих
поверхностей может происходить
образование задиров, приводящих к
быстрому износу поверхности зубьев.

Исходя
из условий работы шестерен, в практике
машиностроения применяется несколько
технологических схем их термической
обработки. К этим схемам относятся:

—
термическая обработка шестерен,
упрочняемых объемной закалкой и отпуском;

—
ХТО шестерен;

—
поверхностное упрочнение при закалке
т.в.ч.

Шестерни,
упрочняемые объемной закалкой и отпуском,
предназначены в основном для работы
при небольших статических и контактных
нагрузках с практическим отсутствием
динамических ударов (подъемнотранспортное
оборудование, металлургические и
горнодобывающие агрегаты, металлорежущие
станки). Зубья шестерен упрочняются
насквозь на твердость < НВ 300 (при
высоком отпуске) или на твердость
НRС43-50
(при низком отпуске).

Шестерни,
работающие при низких скоростях и малых
нагрузках, изготавливают из
среднеуглеродистых или низколегированных
конструкционных сталей марок 45, 50, 40Х,
40ХН,45Г2, 50Г2, 38ХГН и др. Технологические
параметры закалки определяются маркой
стали, а режим отпуска — требуемыми
свойствами шестерен. Нагрев под объемную
закалку и отпуск ведется в универсальном
термическом оборудовании (камерные,
шахтные печи). Такое оборудование
рационально использовать в условиях
единичного и мелкосерийного производства.

Шестерни,
упрочняемые химико-термической обработкой
(ХТО), изготавливаются, как правило, из
низкоуглеродистых легированных сталей.
Методами ХТО упрочняются в основном
тяжело нагруженные шестерни с модулем
3-10 мм. Такие шестерни используются в
коробках передач, трансмиссиях автомобилей
и тракторов. Преимущество такой обработки
возможность получения высокого предела
выносливости при изгибе (до 1 000 МПа) и
контактных нагрузках (до 2 300 МПа), а также
высокой износостойкости поверхности
при использовании недорогих малолегированных
сталей. Такая обработка позволяет
получить высокую твердость, прочность
поверхности зубьев при сохранении их
вязкой сердцевины. Для упрочнения
шестерен применяют цементацию,
нитроцементацию и азотирование.

Требования
к упрочнению шестерен ХТО.
Глубина диффузионного слоя при ХТО
зависит от модуля зуба и должна
соответствовать следующим значениям:

Модуль,
мм 1,5-2,25 2,5-3,5 4,0-5,5 6,0-10,0 11,0-12,0
14,0-18,0

Глуб.
слоя, мм.. 0,3±0,1 0,5±0,2 0,8±0,3 1,2±0,3
1,5±0,4 1,8±0,5

Для
проведения качественной ХТО необходимо
выполнить ряд условий, так как только
в этом случае, возможно получить высокие
значения статической и динамической
прочности, высокую износостойкость и
контактную прочность:

Соблюдать
указанное соотношение модуля зуба и
глубины насыщенного слоя. Концентрация
углерода в слое должна быть в пределах
0,8…1,0%, что обеспечит максимальную
усталостную прочность при сохранении
высокого сопротивления хрупкому
разрушению. При содержании углерода
1,1…1,2% контактная выносливость растет,
но значительно снижается предел
выносливости при изгибе;
Твердость
поверхности зубьев должна соответствовать
HRC58-65,
иметь структуру мелкоигольчатого
мартенсита с изолированными участками
аустенита остаточного (не более 15-20%).
Карбидная сетка и продукты диффузионного
распада аустенита в цементованном слое
не допускаются;
Структура
сердцевины зубьев должна состоять из
низкоуглеродистого мартенсита или
нижнего бейнита с твердостью HRC30-45,
присутствие структурно свободного
феррита не допустимо. Повышение твердости
сердцевины выше HRC45
сопровождается снижением усталостной
прочности зубьев.

Стали
для шестерен, упрочняемых ХТО.
Цементуемые и нитроцементуемые стали
должны иметь:

Достаточно
высокую прокаливаемость и закаливаемость
позволяющие обеспечить требуемую
твердость поверхности и сердцевины
зубьев при закалке в масле. Углеродистые
стали для изготовления шестерен этой
группы не применяются, так как закаливаются
в воде, что ведет к повышенной деформации
и короблению;
Содержание
углерода в стали в пределах 0,16-0,24%. Более
перспективно применение стали с
концентрацией углерода 0,30-0,32%, что
позволяет снизить глубину диффузионного
слоя на 25-40%;
Хорошую
обрабатываемость резанием, что важно
в условиях массового и крупносерийного
производства. Высокую технологичность
при термической обработки после ХТО.

В
зависимости от назначения и размеров
шестерен для их изготовления наиболее
часто используются следующие стали:

Стали
марок 15Х, 20Х, 18ХГ, 15ХФ, 20ХФ в связи с их
малой прокаливаемостью применяются
для мелких умеренно нагруженных
шестерен, работающих в основном на
износ (шестерни силовых агрегатов
автомобиля);
Стали
марок 18ХГТ, 25ХГТ, 30ХГТ, 25ХГМ широко
применяют для ответственных тяжело
нагруженных шестерен с высокой прочностью
сердцевины зуба (обычно малого и среднего
модуля и массой до 7-8 кг). Такие шестерни
работают, в частности, в коробках передач
и трансмиссии грузовых автомобилей и
тракторов. Являясь наследственно
мелкозернистыми, стали допускают
непосредственную закалку после
подстуживания с цементационного
нагрева;

3.
Высоколегированные хромоникелевые
стали марок 12ХНЗА, 20ХНЗА, 12Х2Н4А, 20Х2Н4А,
18Х2Н4МА и т.д. применяются для наиболее
высоко нагруженных шестерен ответственного
назначения и большого поперечного
сечения. Кроме того, применение данных
сталей обеспечивает получение высокой
вязкости сердцевины, поэтому шестерни
могут работать под действием вибрационных
и ударных нагрузок и при отрицательных
температурах. Применение этих сталей
может быть снижено за счет замены сталями
с пониженным содержанием никеля следующих
марок:18ХГНР, 20ХНР, 25ХГНМ, 15ХГН2ТА,
15Х2ГН2ТРА и др. Имея наследственную
мелкозернистость и высокую прокаливаемость,
стали-заменители допускают непосредственную
закалку после цементации.

Технология
цементации и нитроцементации.
Цементацию применяют в основном для
тяжело нагруженных шестерен с глубиной
диффузионного слоя более 1 мм. Если
глубина слоя ниже 1 мм, то, как правило,
используется нитроцементация. Преимущества
нитроцементации по сравнению с газовой
цементацией следующие: более низкая
температура насыщения 830-860 °С вместо
900-930 °С при цементации при практически
той же длительности процесса для
получения одинаковой толщины слоя;
повышение износостойкости, теплостойкости
и коррозионной стойкости за счет
образования карбонитридов вместо
карбидов; получение равнозначной
прочности при меньшей толщине слоя;
снижение критической скорости закалки
за счет насыщения стали азотом и
углеродом; меньшая деформация шестерен
при последующей термической обработке.

Время
выдержки при температуре насыщения
определяется заданной чертежом детали
глубиной диффузионного слоя и определяется
по экспериментально полученным данным
или согласно справочников. Ориентировочно
скорость насыщения составляет 0,10-0,12 мм
/ч.

Охлаждение
с температуры насыщения выполняется
на воздухе или в футерованных колодцах,
где для уменьшения окисления используется
отработанная насыщающая среда. При
применении цементации или нитроцементации
с непосредственной закалкой рекомендуется
использовать подстуживание и выдержку
для выравнивания температуры по сечению
детали и охлаждение со скоростью выше
критической. Подстуживание до температуры
закалки необходимо, т.к. позволяет
существенно снизить закалочные напряжения
и количество остаточного аустенита в
поверхностном слое шестерни. Применение
непосредственной закалки с подстуживанием
с температур насыщения используется
только для наследственно мелкозернистых
сталей.

Для
углеродистых и низколегированных
сталей, склонных к росту зерна аустенита
при высокотемпературных нагревах,
охлаждение с температуры насыщения
ведется до комнатной температуры или
до 500-400 °С. Затем выполняется отдельный
нагрев под закалку до температуры
оптимальной для поверхностного
насыщенного слоя, выдержка при этой
температуре, охлаждение со скоростью
выше критической.

Для
хромоникелевых сталей охлаждение с
температуры ХТО проводится до комнатной
температуры или до 500-400 °С. Затем
выполняется высокий отпуск при температуре
600-650 °С, назначение которого максимальное
выделение карбидов из твердого раствора
и снятие остаточных напряжений. После
высокого отпуска проводится одинарная
или двойная закалка, выбор параметров
которых определяется свойствами
закаленного слоя. При одинарной закалке
температура нагрева выбирается
оптимальной для поверхностного слоя
шестерни. Использование двойной закалки
позволяет исправить грубую структуру
шестерни, полученную при высокой
температуре ХТО. Следовательно,
температура нагрева под первую закалку
выбирается оптимальной для сердцевины
детали, где содержание углерода равно
его содержанию в стали. Температура
нагрева под вторую закалку является
оптимальной для поверхностного слоя
детали, полученного после насыщения
при ХТО. Иногда вместо первой закалки
проводится отжиг нормализация с
технологическими параметрами оптимальными
для сердцевины шестерни.

Заключительной
операцией технологического процесса
термической обработки шестерен,
изготовленных из всех марок, и подвергшихся
ХТО, является низкий отпуск при температуре
160-200 °С. Параметры отпуска определяются
требуемыми, согласно чертежа, свойствами
поверхностного слоя. Основное назначение
низкого отпуска снятие остаточных
напряжений шестерен.

Технология
азотирования шестерен.
Проведение азотирования по сравнению
с цементацией и нитроцементацией
повышает работоспособность шестерен
при повышенных температурах ~500 °С. При
этом детали имеют большую износо- и
коррозионную стойкость при минимальной
деформации в процессе термической
обработки. Это связано с тем, что перед
азотированием шестерни проходят
улучшение (закалка + высокий отпуск).
Кроме того, операция азотирования
проводится при более низких температурах,
чем цементация и нитроцементация. Для
азотирования используются только
легированные стали: 40Х, 40ХН, 38ХМЮА, 40ХН2М
и др. В практике термической обработки
применяется в основном два вид
азотирования: газовое и ионное — более
прогрессивное. В качестве насыщающей
среды при азотировании используются
продукты распада аммиака.

Перед
азотированием детали проходят очистку
поверхности (обезжиривание). Температура
азотирования находится в интервале
500-620 °С. Необходимо помнить, что чем ниже
температура насыщения, тем выше твердость
и износостойкость поверхностного слоя.
Глубина азотированного слоя указывается
в чертеже шестерни и обычно равна 0,1-0,6
мм. Время процесса насыщения определяется
глубиной слоя и находится согласно
справочных данных. Азотирование процесс
длительный т.к. время выдержки лежит в
пределах 20-60 ч. Для ускорения процесса
используется ионное азотирование, что
позволяет снизить время выдержки в 3-4
раза. После завершения выдержки при ХТО
охлаждение проводится с печью до 300-150
°С в отработанной атмосфере азотирования
с последующим охлаждением на воздухе.

Шестерни,
упрочняемые поверхностной закалкой
т.в.ч. В
зависимости от размеров, модуля и условий
работы шестерен применяется несколько
вариантов поверхностной закалки при
индукционном нагреве. На практике
применяется закалка т.в.ч.: со сквозным
прогревом зуба; объемно-поверхностная
закалка; закалка «по впадине».

Закалка
шестерен со сквозным прогревом зуба
применяется для скоростных плавно
работающих (без ударов), умеренно
нагруженных мелкомодульных (<4 мм)
шестерен. Основным требованием,
предъявляемым к таким шестерням, является
высокая износостойкость зубьев. Шестерни
изготавливаются из среднеуглеродистых
низколегированных марок сталей: 45, 40Х,
40ХН и др.

Оптимальная
частота тока для равномерного нагрева
зубьев и впадин шестерен определяется
по формуле: f
= 600/m²[кГц],
где m-
модуль зуба, мм.

Время
нагрева обычно составляет 10-40 с в
зависимости от модуля и габаритов
шестерен, температура нагрева должна
быть не выше 900 °С. Такие параметры
закалки позволяют прогреть насквозь
зубчатый венец шестерни и зону под ним.
Охлаждение при закалке ведется спрейером
или погружением в масло.

Твердость
после закалки составляет HRC50-58.
После закалки проводится отпуск или
самоотпуск, при этом твердость изделия
находится в пределах HRC45-50.

Объемно-поверхностная
закалка шестерен
проводится для изделий с модулем 4-8 мм.
Такие шестерни применяются в задних
мостах грузовых автомобилей и не уступают
по прочности цементованным и
нитроцементованным. Шестерни
изготавливаются из стали пониженной
прокаливаемости марки 58 (55 ПП). Поковки
шестерен проходят ПТО, состоящую из
ускоренного охлаждения с температуры
конца ковки для получения мелкого зерна
и последующей нормализации.

Индукционный
нагрев осуществляется токами с частотой
2,5-10,0 кГц, время нагрева 20-100 с. Конкретное
время нагрева определяется модулем и
размерами шестерни. Режим нагрева
подбирают так, чтобы размер аустенитного
зерна равнялся 10-12 баллам. Время охлаждения
при закалке определяется из расчета
того, чтобы обеспечить температуру
самоотпуска 200-210 °С, что аналогично
отпуску в печи при 150-160 °С.

В
результате такой обработки при правильно
выбранных режимах нагрева и охлаждения
по контуру зубьев и впадин создается
закаленный на мартенсит слой с твердостью
HRC59-61,
твердость впадины составляет HRC30-40
и имеет структуру троостита или сорбита
закалки.

Поверхностная
закалка «по впадине»
применяется для крупномодульных шестерен
с модулем >8 мм. Такие шестерни
изготавливаются из среднеуглеродистых
низколегированных марок стали: 40Х, 40ХН.
Нагрев под закалку ведется токами с
частотой 2,5-10,0 кГц и ограничивается
одной впадиной. Так как нагрев ведется
впадина за впадиной, то удельная мощность
высокочастотной установки не велика и
составляет 1,5-2,0 кВт/см. Конфигурация
закаленного поверхностного слоя (рис.
32) связана с особенностями работы
крупномодульных шестерен. На вершине
зуба упрочненный слой отсутствует, так
как эта зона зуба при работе не подвергается
нагрузкам.

Рис.
32. Конфигурация закаленного слоя (выделен
зачернением) на зубьях при закалке «по
впадине»

Закалка
«по впадине» может выполняться
непрерывнопоследовательным или
одновременным способом. Схема закалки
первым способом приведена на рис. 33.

Рис.
33. Схема индуктора для закалки зуба
шестерни «по впадине» непрерывно-последовательным
способом

Для
того, чтобы обеспечить необходимую
глубину прогрева впадины расстояние
между индуктором и нагреваемой
поверхностью должно составлять 0,2-1,5
мм. Увеличение зазора приводит к
пониженной глубине и твердости слоя,
уменьшение — может вызвать перегрев или
пробой индуктора из- за случайного
замыкания. Охлаждение при закалке
ведется спрееромводовоздушной смесью.
После закалки проводится отпуск или
самоотпуск, параметры которых определяются
твердостью поверхностного слоя.

Источник

04 семестр / Домашние задания / Готовые ДЗ варианты Остальные / трёхзначные / трёхзначные / 4200. Термообработка стали шх15

420C

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

им. Н. Э. БАУМАНА

по материаловедению

Студентка Буторова А.О.

группа РК6-41

вариант 420С

г.Москва

2003

Задание 420С

1) Подберите легированную сталь для изготовления крупногабаритных колец шарикоподшипников, укажите оптимальный режим ее термической обработки, постройте графики термообработки этой стали в координатах: температура–время.

2) Опишите структурные превращения, происходящие в процессе термической обработки стали.

3) Приведите основные сведения об этой стали: ГОСТ, химический состав, свойства и т.п.

ОТВЕТ

1) Материалы, устойчивые к усталостному виду изнашивания предназначены для таких изделий массового производства, как подшипники качения и зубчатые колеса.

Подшипники качения работают, как правило, при низких динамических нагрузках, что позволяет изготовлять их из сравнительно хрупких высокоуглеродистых сталей после сквозной закалки и низкого отпуска. Для изготовления шариков, роликов и колец подшипников применяют недорогие технологичные хромистые стали ШХ4, ШХ15, ШХ15ГС и ШХ20ГС, содержащие примерно 1% С.

Прокаливаемость сталей увеличивается по мере повышения концентрации хрома. Сталь ШХ15 предназначена для изготовления деталей подшипников поперечным сечением 10-20 мм, более легированные стали ШХ15СГ и ШХ20СГ- для деталей, прокаливающихся на большую глубину (свыше 30 мм). Сталь поставляют после отжига со структурой мелкозернистого перлита (НВ 1790-2170) и повышенным требованием к качеству металла. В стали строго регламентированы карбидная неоднородность и загрязненность неметаллическими включениями, так как, выходя на рабочую поверхность, они служат концентраторами напряжений и способствуют более быстрому развитию усталостного выкрашивания.(Усталостное выкрашивание на рабочих поверхностях вызывают циклические контактные напряжения сжатия. Они создают в поверхностном слое мягкое напряженное состояние, которое облегчает пластическое деформирование поверхностного слоя деталей и, как следствие, развитие в нем процессов усталости ).

Термической обработкой называют технологические процессы, состоящие из нагрева и охлаждения металлических изделий с целью изменения их структуры и свойств.

TC

закалка

8500

Изготовление заготовки

800

отпуск

низкий

отпуск

100

шлифовка

при нагреве до температуры 750-770 С – зернистый перлит

При нагреве до температуры лишь немного превышающей критическую в сталях сохраняются мелкие карбидные частицы, которые при охлаждении или изотермической выдержке выполняют роль центров кристаллизации сфероидального цементита.

после нормализации (как и после отжига) – ферритно-перлитная структура

Нормализация позволяет несколько уменьшить анизотропию свойств, вызванную наличием в горячедеформированной стали вытянутых неметаллических включений. Свойства нормализованных горячекатаных полуфабрикатов существенно зависят от сечения: чем меньше сечение, тем быстрее произойдет охлаждение на спокойном воздухе и тем выше будет прочность стали.

при закалке – мартенсит

При последующем отпуске мартенсита можно понизить твердость и повысить пластичность стали. При полной закалке сталь переводят в однофазное аустенитное состояние, т. е. нагревают выше критических температур.

при отпуске — распад мартенсита, распадается остаточный аустенит, совершаются карбидное превращение и коагуляция карбидов, уменьшаются несовершенства кристаллического строения и остаточные напряжения.

Сталь должна иметь высокую прокаливаемость для получения мартенсита и максимальной твердости подшипников. При пониженных или повышенных температурах и времени выдержки прокаливаемость подшипниковой стали понижается. Исходная структура, полученная в результате предварительной обработки (нормализации или высокого отпуска), также оказывает большое влияние на прокаливаемость. Причем нормализация повышает прокаливаемость стали более заметно, чем высокий отпуск.

3) Сталь конструкционная подшипниковая ШХ15.

Заменитель — стали ШХ9, ШХ12, ШХ15СГ.

ГОСТ 801-78

Назначение — шарики диаметром до 150мм, ролики диаметром до 23мм, кольца подшипников с толщиной стенки до 14 мм, втулки плунжеров, плунжеры, нагнетательные клапаны, корпуса распылителей, ролики толкателей и другие детали, от которых требуется высокая твердость, износостойкость и контактная прочность.

Химический состав*, %

Сталь	С	Mn	Si	Сr
ШХ15	0,95-1,0	0,20-0,40	0,17-0,37	1,30-1,65
* Не более 0,30% Ni, 0,25% Cu, 0,02% S, 0,027% Р.

Температура критических точек (°С)

Ас1	Ас3	Ar3	Ar1	Мн
724	900	713	700	210

Предел выносливости при n=106

σ-1, МПа	Термообработка
333	НВ 192, отжиг
804	НВ 616,закалка 8300С,отпуск 1500С, масло
652	σ 0,2=1670 Мпа, σв=2160Мпа, НВ 582-670

Теплостойкость

Температура,0С	Время, ч	Твердость, HRC
150-160	1	63

Технологические свойства

Сталь	Температура ковки, °С	Прокалива-емость в масле, диаметр*, мм
начала	конца
ШХ15	1150	850	6-30

Примечание. Стали флокеночувствительны, имеют низкую коррозионную стойкость, склонны к отпускной хрупкости, свариваются КТС.

Механические свойства.

Режимы термообработки	Сечение, мм	σ 0,2	σв	δ5	ψ	KCU,Дж/см2	HRCэ, Не более
МПа	%
Не менее
Отжиг 8000С, печь до 7300С, затем до 6500С со скоростью 10-20 град/ч, воздух	—	370-410	590-730	15-25	35-55	44	179-207
Закалка 8100С, вода до 2000С, затем масло.Отпуск 1500С, воздух	30-60	1670	2160	—	—	5	62-65

Типовые режимы отжига, нормализации и отпуска шарикоподшипниковых сталей

Операция	Температура нагрева, °С	Выдержка	Охлаждение	НВ
Отжиг смягчающий	790-810	2-6 ч	С печью до 550° С, далее на воздухе	178-207
Нормализация: для подготовки к закалке для уничтожения карбидной сетки	880-900 920-950	10-25 мин 10-25 мин	На воздухе	270-390 270-300
Высокий отпуск	650-700	1-2 ч		229-285

Типовые режимы закалки

Сталь

Темпера-тура, °С

Охлажда-ющая среда

Выдержка,

Продолжитель-ность отпуска при

150-160 °С, ч

HRC

после отпуска

ШХ15

840-860

Масло

20-60

62-66

ШХ15

845-850

3-5%-й р-р Na2CO3 или 10% р-р NaCl

30-40

2-3

62-66

studfiles.net

04 семестр / Домашние задания / Готовые ДЗ варианты Остальные / трёхзначные / трёхзначные / 4200

МГТУ им. Н.Э. Баумана

Домашнее задание

по курсу

«Материаловедение»

студентка: Ярутина И.В.

группа: Э4-73

Москва 2003 г.

Задание №4200

Подберите легированную сталь для изготовления крупногабаритных колец шарикоподшипников, укажите оптимальный режим термической обработки в координатах температура-время.
Опишите все структурные превращения, происходящие при термической обработке стали.
Приведите основные сведения о выбранной вами стали: ГОСТ, химический состав, требования в отношении чистоты и карбидной ликвации, влияние легирующих элементов и другое.

Отчет.

1. Для изготовления подшипников качения: шариков, роликов и колец, применяют легированные подшипниковые стали.

Особенности работы таких элементов заключаются в том, что усталостное выкрашивание на их рабочих поверхностях вызывается циклическими контактными напряжениями сжатия. В связи с этим высокая контактная выносливость может быть обеспечена лишь при высокой твердости поверхности, высокая твердость необходима также и для затруднения истирания контактных поверхностей при их проскальзывании.

Обычно подшипники качения работают при низких динамических нагрузках, что позволяет изготавливать их из сравнительно хрупких высокоуглеродистых сталей после закалки и низкого отпуска.

Для изготовления колец подшипников применяют недорогие технологические хромистые стали ШХ4, ШХ15, ШХ15СГ и ШХ20СГ, содержащие примерно 1% С (углерода).

В обозначении марок буква

Ш означает шарикоподшипниковую сталь,

Х наличие хрома, цифра — его массовую долю в процентах (0.4;0.5;1.5;2.0)

СГ легирование кремнием (до 0.85%) и марганцем (до 1.7%)

Прокаливаемость стали увеличивается по мере повышения концентрации Хрома. Сталь ШХ15 предназначена изготовления деталей подшипников поперечным сечением (10-20мм), более легированные стали ШХ15СГ и ШХ20СГ-для деталей прокаливающихся на большую глубину (свыше 30мм)

Т.к в задании нужно подобрать сталь для крупногабаритных колец шарикоподшипников, то выбираем сталь ШХ15СГ

Детали подшипников подвергают типичной для заэвтектоидных сталей термической обработке: неполной закалке и низкому отпуску.

Нагрев под закалку осуществляется в электрических печах с применением защитной атмосферы (рис. 1) или в соляных ваннах, содержащих цианистые соли; охлаждающей средой при закалке является масло при 30-60 до 80 ºС или 3-5%-ный раствор Na2CO3. Отпуск обычно при температуре 150-160 ºС, иногда 2-3 кратный, осуществляется в электрических печах с циркуляцией атмосферы (рис 2) или в селитровых печах-ваннах. С целью снижения остаточного аустенита применяется низкотемпературная обработка холодом.

Температура закалки для стали ШХ15СГ составляет 820 ºС (АС3 = 910 ºС)

В качестве охлаждающей среды выбираем масло. Последующий отпуск назначаем при температуре 160 ºС.

Режим термической обработки для стали ШХ15СГ выглядит так:

2. Структурные превращения при термообработке.

Сталь ШХ15СГ –это сталь с критическими точками:

Критическая точка	°С
Ac1	750
Ac3	910
Ar1	688
Mn	205

Эту сталь подвергают неполной закалке (рис. 3), последующее охлаждение в масле со скоростью большей чем Vкр (наименьшая скорость охлаждения, при которой аустенит превращается в мартенсит, для углеродистых сталей она составляет от 1400 до 400 ºС/сек), обеспечивает получение структуры, состоящей из мартенсита и цементита. Кристаллы цементита тверже кристаллов мартенсита, поэтому при неполной закалке заэвтектоидные стали имеют более высокую твердость, чем при полной.

При нагреве ШХ15СГ исходной равновесной структуры П + ЦII происходят следущие превращения: при промышленных скоростях нагрева (электропечи) при закалке перлит вплоть до температуры АС1 сохраняет пластинчатое строение. При достижении температуры АС1 в стали начинается превращение перлита в аустенит. Кристаллы аустенита зарождаются преимущественно на межфазных поверхностях раздела перлита и цементита вторичного. После перехода перлита в аустенит в структуре сохраняются избыточная структурная составляющая – цементит. Дальнейший нагрев до температуры АС3 не целесообразен, т.к. при нагреве от АС1 до АС3 в заэвтектоидных сталях происходит растворение продуктов распада избыточного цементита в аустените, что приводит к снижению твердости.

Общая схема превращения:

П(Ф + Ц) + ЦII → Ф + Ц +А + ЦII → А + ЦII

Изменения структуры стали при погружении в масло:

При непрерывном охлаждении в масле с Vохл > Vкр с стали происходит превращение аустенита в мартенсит. Мартенситное превращение развивается в сталях с высокой скоростью в интервале температур МН… МК. Полученный мартенсит представляет собой пересыщенный раствор внедрения углерода в α-железе и имеет тетрагональную пространственную решетку.

Образование в результате закалки мартенсита приводит к большим остаточным напряжениям, повышению твердости, прочности, однако при этом возрастает склонность к хрупкому разрушению. Что требует проведения дополнительно последующего отпуска.

Превращения в закаленной стали при низком отпуске (160 ºС).

Нагрев закалённых сталей до температур, не превышающих А1, называют отпуском. Структура стали ШХ15СГ после закалки состоит из мартенсита и остаточного аустенита.

Рассмотрим структурные превращения в стали при низком отпуске (160 ºС).В этом интервале температур развиваются первое превращение ( диапазон изменения температуры 80…200 ºС)и первый этап второго. Из мартенсита выделяется часть углерода в виде метастабильного ε-карбида, имеющего гексагональную решетку и химический состав, близкий к Fe2C. В результате этого существенно уменьшаются степень тетрагональности мартенсита, его удельный объём, снижаются остаточные напряжения. Затем происходит превращение остаточного аустенита в отпущенный мартенсит.

В инструментальных сталях с высоким содержанием углерода эффект твердения вследствие выделения ε-карбида преобладает, поэтому твердость при отпуске до 100-120 ºС несколько увеличивается. Изменение твердости углеродистых сталей в интервале температур второго превращения в большой степени зависит от количества остаточного аустенита (рис.4).

После низкого отпуска структуру стали называют отпущенным мартенситом. В стали ШХ15СГ после неполной закалки и низкого отпуска образуется структура мартенсита отпуска.

3. Основные данные.

Химический состав

Химический элемент	%
Кремний (Si)	0.40-0.65
Медь (Cu), не более	0.25
Марганец (Mn)	0.90-1.20
Никель (Ni), не более	0.30
Фосфор (P), не более	0.027
Хром (Cr)	1.30-1.65
Сера (S), не более	0.020
Заменитель
стали: ХВГ, ШХ15, 9ХС, ХВСГ.
Вид поставки
сортовой прокат, в т.ч. фасонный: ГОСТ 801-78, ГОСТ 2590-71, ГОСТ 2591-71. Калиброванный пруток ГОСТ 801-78, ГОСТ 7417-75. Шлифованный пруток и серебрянка ГОСТ 14955-77. Полоса ГОСТ 103-76.
Назначение
крупногабаритные кольца шарико- и роликоподшипников со стенками толщиной более 20-30 мм; шарики диаметром более 50 мм; ролики диаметром более 35 мм.

Прокаливаемость

1.5	3	4.5	6	9	12	15	27	39	51
65-67,5	65-67,5	65-67,5	65-67,5	65-67,5	62,5-67,5	56-66,5	36-54,5	31-41,5	27,5-37,5

Технологические свойства

Температура ковки

Начала 1150, конца 800. Сечения до 250 мм охлаждаются на воздухе, 251-350 мм — в яме.

Свариваемость

способ сварки КТС.

Обрабатываемость резанием

В горячекатаном состоянии при НВ 202 и B = 740 МПа K тв.спл. = 0.90, K б.ст. = 0.36.

Склонность к отпускной способности

склонна

Флокеночувствительность

чувствительна

Влияние легирующих добавок:

Г(Mn) – марганец:

Влияние на свойства аустенита: понижает все критические точки, сдвигает точку S влево, расширяет -область, увеличивает склонность к росту зерна, увеличивает прокаливаемость, замедляет превращения аустенита, уменьшает Vз.кр, резко понижает точку МН (при 4% до 0С), резко увеличивает Аост. Влияние на прочие свойства: противодействует красноломкости при повышении в стали содержания серы, увеличивает износостойкость, особенно при высоком содержании углерода, повышает вр стали в равновесном состоянии, увеличивает склонность к отпускной хрупкости, в инструментальной стали содействует уменьшению деформации при закалке.

С(Si) –кремний:

Влияние на свойства аустенита: повышает критические точки А1 и А3, сдвигает точку S влево; сужает -область, выклинивает ее при 10% (с повышенным содержанием углерода -область расширяется) увеличивает склонность к росту зерна, резко увеличивает прокаливаемость, замедляет превращения аустенита, уменьшает Vз.кр, не оказывая влияния на точку МН (при 4% до 0С), несколько увеличивает Аост.

Влияние на прочие свойства: активно раскисляет, является легирующим элементом стали со специальными электрическими и магнитными свойствами, у чугуна повышает износостойкость и является основным графитизующим элементом, повышает вр и снижает aH и δ стали в равновесном и высокоотпущенном состоянии, увеличивает склонность к отпускной хрупкости.

Список используемой литературы:

1.Материаловедение.Учебник для вузов / Б.Н.Арзамасов, И.И.Сидорин, Г.Ф.Косолапов; Под ред. Б.Н.Арзамасов.2-е изд.,испр. и доп. М.: Машиностроение, 1986. 384 с.

2.Геллер Ю.А. Инструментальные стали. 5-е изд. перераб. И доп. М.: Металлургия, 1983. 527 с.

3.Выбор материала и технологии термической обработки: Учебное пособие по курсу «Материаловедение» / А.А.Зябрев, Г.Г.Мухин, М.С.Павлов, Р.С.Фахуртдинов. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 1999. 20 с., ил.

studfiles.net

04 семестр / Домашние задания / Готовые ДЗ варианты Остальные / трёхзначные / трёхзначные / 666

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

им. Н. Э. БАУМАНА

Домашнее задание

по материаловедению

Студент Федонин А.А.

группа ИУ1-31

г.Москва

2002

Задание 207С

1)Приведите марку шарикоподшипниковой стали для изготовления шариков и роликов диаметром 10-13,5 мм, укажите рациональный режим ее термической обработки, постройте графики термообработки этой стали в координатах: температура–время.

2)Опишите структурные превращения, происходящие в процессе термической обработки стали.

3)Приведите основные сведения об этой стали: ГОСТ, химический состав, свойства, требования в отношении чистоты и карбидной ликвации и т.п.

1) Материалы, устойчивые к усталостному виду изнашивания предназначены для таких изделий массового производства, как подшипники качения и зубчатые колеса. Усталостное выкрашивание на их рабочих поверхностях вызывают циклические контактные напряжения сжатия. Они создают в поверхностном слое мягкое напряженное состояние, которое облегчает пластическое деформирование поверхностного слоя деталей и, как следствие, развитие в нем процессов усталости.

Типовые режимы отжига, нормализации и отпуска шарикоподшипниковых сталей

Операция	Температура нагрева, °С	Выдержка	Охлаждение	НВ
Отжиг смягчающий	790-810	2-6 ч	С печью до 550° С, далее на воздухе	178-207
Нормализация: для подготовки к закалке для уничтожения карбидной сетки	880-900 920-950	10-25 мин 10-25 мин	На воздухе	270-390 270-300
Высокий отпуск	650-700	1-2 ч		229-285

Типовые режимы закалки

Сталь

Размер* детали, мм

Темпера-тура, °С

Охлажда-ющая среда

Выдержка,

Продолжитель-ность отпуска при

150-160 °С, ч

HRC

после отпуска

ШХ15 ШХ15СГ

До 20

35-50

20-30

840-860 840-860 860-880

Масло

20-60

45-75

35-75

3-5

62-66

61-65

ШХ15 ШХ15СГ

23-50

Св. 50

845-850

860-880

3-5%-й р-р Na2CO3 или 10% р-р NaCl

30-40

35-75

2-3

3-6

62-66

62-65

Примечание. Нагрев можно осуществлять индукционным методом при

t = 900-920 С, продолжительность 30-120 с.

* Шарика, ролика или толщины стенки кольца.

T, C

закалка

8500

Изготовление заготовки

800

отпуск

низкий

отпуск

100

шлифовка

t, ч

2) Зернистый перлит получают путем нагрева сталей до температуры 750-770 С и последующего медленного охлаждения. При нагреве до температуры лишь немного превышающей критическую в сталях сохраняются мелкие карбидные частицы, которые при охлаждении или изотермической выдержке выполняют роль центров кристаллизации сфероидального цементита.

После нормализации, так же как и после отжига, образуется ферритно-перлитная структура. Нормализация позволяет несколько уменьшить анизотропию свойств, вызванную наличием в горячедеформированной стали вытянутых неметаллических включений. Свойства нормализованных горячекатаных полуфабрикатов существенно зависят от сечения: чем меньше сечение, тем быстрее произойдет охлаждение на спокойном воздухе и тем выше будет прочность стали.

При закалке желательно получить структуру наивысшей твердости, т. е. мартенсит, при последующем отпуске которого можно понизить твердость и повысить пластичность стали. При полной закалке сталь переводят в однофазное аустенитное состояние, т. е. нагревают выше критических температур.

Сталь должна иметь высокую прокаливаемость для получения мартенсита и максимальной твердости подшипников. Применительно к подшипниковым сталям под критическим расстоянием понимают не расстояние до полумартенсuтной зоны, а расстояние до зоны, начиная с которой твердость становится ниже HRC 61. Поэтому и температура закалки, и время нагрева под закалку, и продолжительность отпуска должны быть в строго определенном интервале. При пониженных или повышенных температурах и времени выдержки прокаливаемость подшипниковой стали понижается. Исходная структура, полученная в результате предварительной обработки (нормализации или высокого отпуска), также оказывает большое влияние на прокаливаемость. Причем нормализация повышает прокаливаемость стали более заметно, чем высокий отпуск.

Твердость сталей ШХ15 и ШХ15СГ в зависимости от температуры отпуска

Сталь

Продолжительность отпуска, ч

HRC при температуре отпуска, С

150

175

200

250

ШХ15

63,0

62,5

62,2

62,0

61,0

60,8

60,2

59,1

59,0

58,0

57,0

56,8

При отпуске стали происходит несколько процессов. Основной распад мартенсита, состоящий в выделении углерода в виде карбидов, кроме того, распадаются остаточный аустенит, совершаются карбидное превращение и коагуляция карбидов, уменьшаются несовершенства кристаллического строения и остаточные напряжения.

3) Сталь конструкционная подшипниковая ШХ15.

Заменитель — стали ШХ9, ШХ12, ШХ15СГ.

Вид поставки — сортовой прокат, в том числе фасонный: ГОСТ 801-78, ГОСТ 2590-71, ГОСТ 2591-71. Калиброванный пруток ГОСТ 7417-75. Шлифованный пруток и серебрянка: ГОСТ 14955-77. Полоса ГОСТ 103-76. Проволока ГОСТ 4727-83.

Химический состав*, %

Сталь	С	Mn	Si	Сr
ШХ15	0,95-1,0	0,20-0,40	0,17-0,37	1,30-1,65
* Не более 0,30% Ni, 0,25% Cu, 0,02% S, 0,027% Р.

Температура (°С) критических точек

Ас1	Ас3	Ar3	Ar1	Мн
724	900	713	700	210

Предел выносливости при n=106

σ-1, МПа	Термообработка
333	НВ 192, отжиг
804	НВ 616,закалка 8300С,отпуск 1500С, масло
652	σ 0,2=1670 Мпа, σв=2160Мпа, НВ 582-670

Теплостойкость

Температура,0С	Время, ч	Твердость, HRCэ
150-160	1	63

Технологические свойства

Сталь	Температура ковки, °С	Прокалива-емость в масле, диаметр*, мм	Обрабатываемость резанием
начала	конца	НВ	к	Материал резца
ШХ15 ШХ15СГ	1150 1150	850 850	6-30 36-59	179-207	0,9 0,5 0,9 0,7	Твердый сплав Быстрорежущая сталь Твердый сплав Быстрорежущая сталь
Примечание. Стали флокеночувствительны, имеют низкую коррозионную стойкость, склонны к отпускной хрупкости, свариваются КТС.

Механические свойства.

Режимы термообработки	Сечение, мм	σ 0,2	σв	δ5	ψ	KCU,Дж/см2	HRCэ, Не более
МПа	%
Не менее
Отжиг 8000С, печь до 7300С, затем до 6500С со скоростью 10-20 град/ч, воздух	—	370-410	590-730	15-25	35-55	44	179-207
Закалка 8100С, вода до 2000С, затем масло.Отпуск 1500С, воздух	30-60	1670	2160	—	—	5	62-65

Механические свойства в зависимости от температуры отпуска

Температура отпуска, 0С	σ 0,2	σв	δ5	ψ	KCU,Дж/см2	HRCэ	НВ
МПа	%
Закалка 840 0С, масло
200	1960-2200	2160-2550	—	—	—	61-63	—
300	1670-1760	2300-2450	—	—	—	56-58	—
400	1270-1370	1810-1918	—	—	—	50-52	—
450	1180-1270	1620-1710	—	—	—	46-48	—
Закалка 860 0С
400	—	1570	—	—	15	—	480
500	1030	1270	8	34	20	—	400
550	900	1080	8	36	24	—	360
600	780	930	10	40	34	—	325
650	690	780	16	48	54	—	280

Механические свойства в зависимости от температуры испытаний

Температура испытаний, 0С	σ 0,2	σв	δ5	ψ	KCU,Дж/см2
МПа	%
Нагрев при 11500С и охлаждение до температур испытаний
800	—	130	35	43	—
900	—	88	43	50	—
1000	—	59	42	50	—
1100	—	39	40	50	—
Образец диаметром 6мм и длинной 30мм, деформированный и отожженный. Скорость деормирования 16 мм/мин. Скорость деформации 0,009 1/с
1000	32	42	61	100	—
1050	28	48	62	100	—
1100	20	29	72	100	—
1150	17	25	61	100	—
1200	18	22	76	100	—
Закалка 8300С, масло. Отпуск 1500С. 1,5 ч.
25	—	2550	—	—	88
-25	—	2650	—	—	69
-40	—	2600	—	—	64

Прокаливаемость

Расстояние от торца, мм
1,5	3	4,5	6	9	12	15	18	24	33
65,5-68,5	63-68	58,5-67,5	51,5-67	40-64	38-47	38-54	38-48,5	33-41,5	28-35,5

Количество мартенсита,%	Критическа твердость,HRCэ	Критический диаметр,мм
В воде	В масле
50	57	28-60	9-37
90	62	20-54	6-30

studfiles.net

Источник

убило….

только бы еще добавить в воду «ферри» и всем будет счастье.

При всем при этом никто не видел критических сечений и вообще геометрии.

Исходя из заданных значений твердости поверхности привел режимы обработки ШХ15 рекомендованные при производстве подшипников. Литература — Лахтин Ю.М. Термическая обработка в машиностроении. с.593.

А насчет того что убило.. и в мыслях не было никакого убийства, Вы же, как грамотный термист, несомненно, сейчас разъясните кто, где и как неправ и приведете правильный ответ

Источник

04 семестр / Домашние задания / Готовые ДЗ варианты Остальные / трёхзначные / трёхзначные / 4200. Термообработка стали шх15

420C

Ас3

Мн

04 семестр / Домашние задания / Готовые ДЗ варианты Остальные / трёхзначные / трёхзначные / 4200

04 семестр / Домашние задания / Готовые ДЗ варианты Остальные / трёхзначные / трёхзначные / 666

Это тоже интересно: