Научные подразделения СГУПС - НИЛ Технология транспортного машиностроения и ремонт подвижного состава - Общая информация
Московский государственный университет путей сообщения (миит)
«Кафедра технологии транспортного машиностроения и ремонта подвижного состава М.Г. Крукович, Н.В. Максимова, Э.Р. Тонэ М АТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Ч асть 2 Рекомендовано редакционно-издательским ...»
Рекомендовано редакционно-издательским советом университета в качестве методических указаний для студентов ИТТСУ М о с к в а - УДК Настоящие методические указания предназначены для выполнения цикла лабораторных работ студентами ряда специальностей ИТТСУ. Методические указания ранее были составлены профессорами Минкевичем А. Температуры превращений сталей, указанные на диаграмме железо - цементит, соответствуют условиям равновесия, то есть условиям очень медленного нагрева и охлаждения. Следовательно, температуры превращений при нагреве и охлаждении будут отличаться. Изменение температур превращений по отношению к равновесным температурам наблюдается и за счет присутствия в составе сталей неизбежных примесей, легирующих элементов и образования структур различной степени дисперсности например, пластинчатый или зернистый перлит. Таким образом, в термической обработке линии превращений на диаграммеполучили следующее общее международное обозначение: Принятые буквы в обозначениях являются начальными буквами французских слов: При нагреве сталей ниже температуры Ас Рис. Этот процесс сопровождается при растворении феррита снижением содержания углерода в аустените по линии SG, а при растворении цементита - увеличением содержания углерода в аустените по линии SE. В этот период происходят и количественные изменения между фазами по правилу отрезков. Содержание аустенита в сплавах увеличивается и наблюдается некоторый рост зерна аустенита. В соответствии со стальным участком диаграммы состояния железо-цементит Рис. Этот процесс, связанный с перераспределением углерода и полиморфным у — а превращением, продолжается до температуры A i и сопровождается ростом возникших центров кристаллизации и зерен феррита. Превращение аустенита в перлит имеет диффузионный и кристаллизационный характер. Оно сопровождается двумя процессами - диффузией перераспределением атомов углерода и железа и полиморфным у - а превращением в обедненных углеродом участках. При увеличении скорости охлаждения времени для перераспределения углерода в аустените до равновесного состояния становится недостаточным. Диффузия атомов железа при этом также затрудняется. Эти процессы приводят к тому, что полиморфное превращение у — а проходит бездиффузионным сдвиговым путем. Следовательно, содержание углерода в а фазе останется таким же, каким оно было в у фазе. Такая структура названа мартенситом. Мартенсит имеет тетрагональную искаженную кубическую кристаллическую решётку рис. По сравнению с другими структурными составляющими стали, и особенно с аустенитом, мартенсит имеет наибольший удельный объем. Высокая твёрдость мартенсита объясняется искажением его кристаллической решётки, вследствие перенасыщения атомами углерода, которая вызывает появление высокого уровня напряжений, которые в свою очередь вызывают фазовый наклеп и повышение твердости и прочности. Мартенсит имеет игольчатое строение. Размер игл мартенсита определяется размером зерна аустенита, так как иглы мартенсита растут в пределах каждого зерна аустенита и не выходят за его границы. Мартенсит образуется из аустенита только при его охлаждении со скоростью, большей критической. Образование мартенсита в сталях обычно наблюдается при закалке и сопровождается повышением твердости и прочности. Закалка - нагрев стали до температур выше Ас на Критические температуры АС1 и А сз соответствуют точкам пересечения линии сплавов с линиями диаграммы состояний. Таким образом, для проведения закалки необходим нагрев до температур, обеспечивающих образование аустенита, и быстрое охлаждение, которое обеспечивает превращение аустенита в мартенсит. Критической скоростью охлаждения называется минимальная скорость охлаждения, при которой аустенит переохлаждается до температуры мартенситного превращения и превращается в мартенсит. Охлаждение углеродистых сталей с критической скоростью проводится в воде, в масле, в водных растворах или в синтетических органических смесях. Однако дальнейшее увеличение содержания углерода не приводит к заметному повышению твёрдости стали после закалки, так как не весь аустенит в этом случае превращается в мартенсит. Часть аустенита остается в закалённой структуре. Аустенитно-мартенситное превращение происходит при непрерывном охлаждении в определенном для каждой марки стали интервале температур. Положение этих температур мартенситного превращения мартенситных точек зависит от содержания углерода в стали рис. При закалке сталь нагревается до температуры выше критической. Если температура нагрева превышает первую критическую температуру Ас1, но лежит ниже А с3 или Аст, то такая закалка называется неполной. При неполной закалке доэвтектоидных сталей в структуре, наряду с мартенситом, остается часть нерастворившегося при нагреве феррита, который снижает твёрдость рис. Уменьшить количество остаточного аустенита в закалённой стали можно обработкой холодом, то есть охлаждением ее до температуры ниже линии Мк Рис. Обработка холодом вызывает превращение остаточного аустенита в мартенсит и приводит к изменению свойств закалённой стали: Она применяется для режущего и измерительного инструментов, цементованных деталей, колец и шариков роликов шарикоподшипников, калибров, деталей, работающих при низких температурах и т. Таким образом, максимальную твёрдость доэвтектоидные и эвтектоидная стали будут иметь после полной закалки, а заэвтектоидные стали - после неполной закалки. В случаях необходимости придания закаленной стали повышенной пластичности применяют неполную закалку. Присутствие феррита или остаточного аустенита наряду с мартенситом обеспечивают снижение твердости и повышение пластичности. Результаты занести в таблицу. Определить твёрдость указанных образцов стали в отожженном состоянии. Закалить образцы стали с установленных температур при охлаждении в воде и определить их твёрдость. Самостоятельно определить наименование структурных составляющих, полученных после закалки сталей с различных температур, и занести результаты в таблицу. Построить графические зависимости изменения твёрдости от температуры нагрева под закалку стали Построить графические зависимости изменения твёрдости от содержания углерода в стали в отожженном и закалённом состояниях после полной и неполной закалок. Изучить под микроскопом и схематично зарисовать микроструктуру исследуемых образцов стали в отожженном состоянии и после полной и неполной закалок. Результаты определения твёрдости образцов указанных сталей в отожженном состоянии и после полной и неполной закалок. Графики зависимости твёрдости сталей от температуры нагрева под закалку стали 40 и от содержания углерода в сталях в отожженном и закалённом состояниях после полной и неполной закалок. Выводы по работе, содержащие практические рекомендации по режимам закалки с оптимальных температур доэвтектоидной и заэвтектоидной сталей и по получению максимальной твердости. Почему при быстром охлаждении с температур, лежащих ниже Ad твёрдость стали практически не изменяется? Какие механические и физические свойства закалённой стали изменяются при обработке её холодом? Закаленная сталь обладает высокой твёрдостью и хрупкостью. Для снижения напряжений и повышения пластичности и вязкости закалённая сталь подвергается отпуску. При отпуске происходят диффузионные процессы, связанные с распадом мартенсита и остаточного аустенита. В результате этих превращений образуется зернистая структура, состоящая из ферритоцементитной смеси различной степени дисперсности. Под дисперсностью понимают размер образующихся частиц распада мартенсита. Высокая степень дисперсности соответствует мелким включениям феррита и цементита, низкая степень дисперсности крупным включениям. Чем выше температура отпуска, тем больше скорость диффузии и тем больше скорость распада мартенсита и большая степень укрупнения продуктов распада структурных составляющих: Условно эти превращения разделены на четыре этапа, которые могут либо проходить одновременно, либо частично пересекаться во времени. Уменьшение искажений кристаллической решетки приводит к снижению напряжений в структуре. А углерод, вышедший из кристаллической решетки мартенсита, скапливается и образует в местах скопления включения е-карбида железа, которые когерентно связаны с кристаллической решёткой мартенсита. Они имеют химическую формулу FexC Fe2C. В общем случае описанный процесс назван как переход мартенсита закалки Мзак в мартенсит отпуска Мотп. Объем мартенсита и детали при этом переходе уменьшается. Снижается твёрдость на единицы HRC. Мартенсит отпуска обладает большей травимостью, чем мартенсит закалки, поэтому иглы мартенсита отпуска при рассмотрении под микроскопом имеют более темную окраску, чем иглы мартенсита закалки. Уменьшение объема мартенсита, связанное с уменьшением степени тетрагональности кристаллической решётки, приводит к уменьшению давления, оказываемого мартенситом на остаточный аустенит, что и вызывает его распад. Таким образом, на процесс распада мартенсита накладывается процесс распада остаточного аустенита, которое сопровождается увеличением объема. Суммарное изменение объема зависит от количества остаточного аустенита. Такая смесь феррита и цементита называется трооститом отпуска То. На микрошлифах, исследуемых под оптическим микроскопом, троостит имеет темную окраску. Такая структура называется сорбитом отпуска Сотп. Характер изменения структуры стали У10 в процессе отпуска при различных температурах представлен на рис. Микроструктура и схема микроструктуры стали У10 после неполной закалки и отпуска при различных температурах: Остаточный аустенит превратился в мартенсит отпуска. При этом наблюдается укрупнение включений цементита. Таким образом, в процессе отпуска уменьшаются внутренние напряжения, изменяются структура и механические свойства закалённой стали. Характер изменения механических свойств предварительно закалённой стали 40 в зависимости от температуры отпуска показан на рис. Характер изменения механических свойств предварительно закалённой стали 40 в зависимости от температуры отпуска. Следует отметить неодинаковый характер изменения прочностных свойств. После низкого отпуска обеспечивается получение структуры мартенсита отпуска. Этот вид отпуска назначается для снятия напряжений и приводит к некоторому повышению вязкости и. Прочностные характеристики ряда сталей могут повышаться. Низкий отпуск применяется для режущего, прессового и измерительного инструментов, цементованных и других деталей, работающих в условиях интенсивного изнашивания и которые должны обладать высокой твёрдостью и износостойкостью. После среднего отпуска доэвтектоидной стали, предварительно подвергнутой полной закалке, получается структура: Изменяются механические свойства, особенно повышаются упругие свойства стали. Средний отпуск применяется главным образом для рессор, пружин и других деталей, которые должны обладать высокой упругостью. Его применяют также для деталей и инструментов с целью придания определенного сочетания твердости и пластичности. После высокого отпуска доэвтектоидной стали, предварительно подвергнутой полной закалке, получается структура: Такая сталь обладает наилучшим сочетанием прочности и твёрдости с пластичностью и вязкостью. Механические свойства стали подвергнутой улучшению, выше, чем у стали при ускоренном охлаждении аустенита, что объясняется различием в строении троостита и сорбита отпуска от троостита и сорбита закалки. Троостит и сорбит отпуска имеют зернистое строение феррито-цементйтной смеси, а троостит и сорбит закалки имеет пластинчатую форму смеси. Зернистая, или глобулярная форма выделений создаёт меньшую концентрацию напряжений при приложении нагрузок. Улучшению подвергаются ответственные детали машин, которые испытывают в эксплуатации ударные или повторно-переменные нагрузки коленчатые валы, оси, шестерни и др. Построить графики зависимости твёрдости и ударной вязкости от температуры отпуска для стали 40 и стали У Изучить под микроскопом, зарисовать в тетрадях и описать структуру закалённых и отпущенных образцов этих сталей. Данные определения твердости и ударной вязкости закалённых и отпущенных образцов, занесенные в таблицу. Выводы по работе, где описать процессы, происходящие при отпуске закалённой стали и объяснить причины изменения структуры, твёрдости и ударной вязкости при повышении температуры отпуска. Какие структурные изменения происходят в закалённой на мартенсит стали при увеличении температуры отпуска? Как изменяются характеристики механических свойств закалённой стали при увеличении температуры отпуска? Почему закалённая и высокоотпущенная сталь имеет более высокий комплекс механических свойств по сравнению с отожженной или нормализованной сталью? Укажите, какая это сталь - доэвтектоидная или заэвтектоидная и какой термической обработке она подвергалась. Сталь имеет структуру троостита и феррита. Опишите последовательность превращений при отпуске доэвтектоидной стали, предварительно подвергнутой неполной закалке. Опишите последовательность превращений при отпуске заэвтектоидной стали, предварительно подвергнутой полной закалке. Нагрев стали током высокой частоты ТВЧ основан на двух явлениях: Для нагрева током высокой частоты деталь помещается в индуктор рис. По индуктору пропускается переменный высокочастотный ток, вызывающий возникновение переменного магнитного поля, которое направлено в противоположную сторону по отношению к внешнему магнитному полю. Взаимодействие этих полей приводит к появлению вихревых токов токов Фуко и выделению Джоулева тепла, которое и нагревает поверхностные слои детали. Поверхностный эффект заключается в том, что плотность индуктированного переменного тока по сечению нагреваемой детали неодинакова. Ток сосредотачивается в основном в поверхностных слоях детали, при этом с увеличением частоты тока глубина проникновения индуктированного тока в сталь уменьшается, следовательно, и глубина нагрева также уменьшается. Действительно глубина нагрева под закалку связана с глубиной закаленного слоя. В частности, при частоте тока 4 кГц глубина закалённого слоя составляет около 4 мм, а при кГц - 0,8 мм. В последнее время вместо машинных генераторов начали применять тиристорные преобразователи, которые обладают большим КПД 0,,95 вместо 0,,8 и являются бесшумными. На практике время нагрева детали колеблется в пределах 6 -1 0 с, редко с. После нагрева под закалку до заданных температур детали подвергают интенсивному охлаждению водой в спрейерных устройствах, совмещенных в пространстве с индуктором или находящихся после него по ходу движения длинномерной детали. При поверхностной закалке с нагревом ТВЧ, вследствие быстрого нагрева, а, следовательно, весьма малого времени пребывания стали при высокой температуре, образуются очень мелкие зёрна аустенита, так как они не успевают вырасти. Чем меньше зёрна аустенита, тем мельче иглы мартенсита образуются при быстром охлаждении. Все это приводит к получению несколько более высокого комплекса механических свойств твёрдости, прочности, пластичности, вязкости, усталостной прочности у стали, закалённой с нагревом ТВЧ по сравнению со свойствами стали, закалённой при печном нагреве. В соответствии с распределением температуры от поверхности вглубь детали, то есть с ее уменьшением, образуются и соответствующие структуры при температуре нагрева и после быстрого охлаждения Рис. Закономерность распределения температуры при нагреве под закалку с использованием ТВЧ а , твердости б и структурных составляющих в от поверхности после быстрого охлаждения закалки. В поверхностном слое, нагретом выше А сз, при нагреве образуется структура аустенита, а после охлаждения образуется структура мартенсита тонкого сложения. Глубже, в слое, нагретом до температуры между Ас и А;з, образовалась структура аустенита и феррита, а после быстрого охлаждения - смесь мартенсита и феррита. В сердцевине при нагреве и после охлаждения сохраняется структура перлита и феррита, то есть она не проходит закалку. В отдельных случаях он может не проводиться. Таким образом, поверхностная закалка с нагревом ТВЧ обеспечивает деталям сочетание высокой твердости и износостойкости за счет закаленной поверхности и вязкости с пластичностью, то есть работоспособности деталям при кручении, изгибе и знакопеременном нагружении, за счет не упрочненной сердцевины. К преимущ ествам поверхностной закалки с нагревом ТВЧ, по сравнению с объемной закалкой, использующей нагрев в печи, следует отнести: На железнодорожном транспорте поверхностной закалке с нагревом ТВЧ подвергаются головки рельс, ведомые шестерни, изготовленные из стали 45ХН или стали 58, шейки валов и поверхности кулачков, изготовленные из стали 40Х, элементы буксовых роликоподшипников, изготовленные из стали ШХ4РП и другие детали. Цементация является одним из методов химико-термической обработки. Для проведения процессов такой обработки необходимы следующие условия: Насыщающая среда для цементации называется карбюризатором. Карбюризаторы могут быть газовыми, твердыми и жидкими. Газовая цементация чаще проводится в газовых карбюризаторах, содержащих такие соединения углерода, как СН4 или СО. Метан является поставщиком углерода при своей диссоциации и участвует в реакции, приводящей к увеличению в атмосфере СО: Контейнеры с деталями перед загрузкой в печь закрывают крышкой, а зазоры замазывают глиной для герметизации. Углерод растворяется в феррите, аустените и образует химическое соединение Fe3C. Поэтому для получения различного комплекс? Более того, аустенит необходим для обеспечения закалки. Толщина цементованного слоя составляет 0,,2 мм. По мере удаления от поверхности в глубь содержание углерода плавно снижается до его содержания в стали. После цементации и медленного охлаждения микроструктура цементованного слоя состоит из нескольких зон Рис. На легированной стали 20ХГТ углерод идет на образование отдельных включений карбидов, которые имеют округлую глобулярную форму Рис. Разрозненные твердые включения карбидов или цементита повышают износостойкость цементованной детали;. Это обеспечивает постепенное уменьшение количества перлита и увеличение количества феррита до соотношения между этими структурами, соответствующего структуре сердцевины стали Рис. Результаты цементации оцениваются по общей толщине слоя или по толщине эффективной зоны и концентрации в нем углерода. За общую толщину слоя принимают расстояние от поверхности до структуры сердцевины Рис. Наличие цементитной сетки в структуре цементованной детали нежелательно, так как она вызывает повышенную хрупкость. Поэтому ее стараются не допускать или устранять различными технологическими приемами. Предупреждают образование цементитной сетки путем применения легированных сталей, у которых вместо цементита образуются разрозненные карбиды, имеющие форму глобулей. Следует иметь в виду, что во время длительной выдержки при проведении цементации наблюдается рост зерна цементованного слоя и сердцевины детали. Крупное зерно не обеспечивает оптимальных эксплуатационных свойств деталям, подвергнутым цементации. Окончательные свойства у цементованных деталей достигаются в результате термической обработки закалки и отпуска, режимы которой различны в зависимости от метода цементации, типа цементационной печи, марки стали, размера и конфигурации детали. Подстуживание проводится с целью уменьшения содержания остаточного аустенита, образующегося после закалки и снижающего твердость, а также для образования разрозненных включений цементита или карбидов. Такой режим применяют после газовой цементации легированных сталей, не склонных к росту аустенитного зерна при температуре цементации. Второй режим 2 предусматривает проведение после цементации полного охлаждения деталей на воздухе. При этом при температуре линии Ас, происходит измельчение зерна стали при перекристаллизации аустенита в перлит в 4 - 6 раз. После такого охлаждения деталь может быть подвергнута механической обработке, так как она не обладает высокой твердостью. При перекристаллизации перлита в аустенит во время повторного нагрева наблюдается новое измельчение зерна в 12 - 15 раз. Охлаждают детали в масле. Далее проводят низкий отпуск. Такой режим применяют для нелегированных сталей, склонных к росту аустенитного зерна или после цементации в твердом карбюризаторе. Твердость цементованного слоя после термической обработки должна быть на уровне единицы HRC. После цементации достигаются не только высокая поверхностная твердость и износостойкость деталей, но и высокая усталостная прочность и контактная выносливость. Это объясняется наличием в цементованном слое остаточных сжимающих напряжений и благоприятным перепадом твердости по сечению детали. На железнодорожном транспорте цементации подвергаются различные детали: После нагрева на более высокую температуру во время работы происходит резкое снижение твердости за счет распада мартенсита. Поэтому цементованные детали в процессе эксплуатации должны подвергаться охлаждению. В зависимости от способа продолжительность может колебаться от 1,5 до 70 ч. Наиболее простым и распространенным способом является газовое азотирование в среде аммиака NH3 , который в условиях процесса диссоциирует на атомарный азот и водород. Толщина азотированного слоя колеблется от 0,3 до 0,8 мм, то есть для получения слоев такой толщины требуется выдержка часов. В последнее время широкое распространение получило ионное азотирование, которое проводится в плазме тлеющего разряда в газовой среде на основе азота, водорода, аргона и аммиака. Применение ионного азотирования позволило сократить продолжительность газового процесса до 10 ч. Однако эти расплавы являются в некоторой степени токсичными и требуют нейтрализации отходов. Азотированию подвергают преимущественно легированные стали и чугуны, содержащие хром, ванадий, молибден, вольфрам, марганец, то есть нитридообразующие элементы. Иногда в стали вводят алюминий, который резко повышает твердость азотированного слоя. Низколегированные среднеуглеродистые стали, подвергаемые азотированию, называют нитраллоями например, сталь 38ХМЮА. Высокая твердость азотированного слоя связана с образованием твердых нитридных фаз и выделением дисперсных нитридов легирующих элементов в диффузионной части слоя, т. Дисперсные включения нитридов сильно искажают кристаллическую решетку матрицы a-твердого раствора и приводят к возникновению сжимающих напряжений и повышению твердости. Это дополнительно в процессе эксплуатации затрудняет движение дислокаций и тормозит процесс накопления повреждаемости детали. Таким образом, предупреждается преждевременный выход из строя детали. Азотирование, так же как и цементация, повышает поверхностную твёрдость, износостойкость, усталостную выносливость и контактную прочность деталей и, кроме этого, теплостойкость и коррозионную стойкость. На железнодорожном транспорте азотирование применяется для упрочнения деталей тепловозных дизелей: К недостаткам следует отнести длительность процесса, а также сравнительно небольшой упрочненный слой, твердость которого плавно уменьшается по мере удаления от поверхности. Во избежание продавливания слоя азотирование не рекомендуется применять для деталей, работающих при больших контактных давлениях. Хромирование низкоуглеродистой стали обеспечивает повышение коррозионной стойкости. Хромирование высокоуглеродистых сталей способствует повышению износостойкости, а также коррозионной стойкости и жаростойкости. При этом образуется очень твердый износостойкий поверхностный слой толщиной около 0,03 мм, состоящий из карбидов Cr, Fe 23C6 и Cr, Fe 7C3. Поверхностная микротвердость слоя составляет HV. Процесс проводят в газовых средах, расплавах солей, порошкообразных смесях или путем обмазки деталей пастой. В нашей отрасли этот процесс чаще всего применяется для упрочнения и повышения теплостойкости штампов из сталей 5ХНМ, 5ХНВ для горячей штамповки деталей, вырубных штампов и деталей, подвергающихся абразивному изнашиванию например, буксовые накладки тепловозов и электровозов. Москва ; доктор технических наук, профессор Брезгин Моделирование бизнес-процессов с AllFusion Process Modeler 4. Медведева Допущено Учебно-методическим объединением высших учебных заведений Российской Федерации по образованию в области авиации, ракетостроения и космоса в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений РФ, обучающихся по специальностям Ракетостроение и Назначение ООП ВО ООП ВО представляет собой систему документов, ПОЛОЖЕНИЕ об организации образовательного процесса в Университете машиностроения и его филиалах Москва г. Организация разработки и реализации образовательных программ Муленко Компьютерные технологии и автоматизированные системы в машиностроении. Губкина МОСКВА Содержание Содержание 2 Система Семеновская 1 Общий отдел 1 03 Большая Российская энциклопедия [Текст]: Большая Росcийская энциклопедия, Проектирование технологических машин и комплексов. Местонахождение БС 17 экз. Технологическое оборудование прокатного производства. Раздел по УДК Современные проблемы организации и управления инструментальным обеспечением машиностроительных производств: Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам. Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам , мы в течении рабочих дней удалим его. Прочитайте интересные книги о жизни
Схемы индикаторов поля
Японская история фильм 2003
Установление графика общенияс ребенком
Методы оздоровления предприятия
Who is she перевод
Фильм где дед
Образец резюме инспектора отдела кадров
Женьшень для ног
Распространяется фирменная гарантия которая обеспечит
Тетраборат натрия умный пластилин
Приказ по гепатитам новый
Зависает компьютер мышь работает
Сколько выходит отслойка
Паштет в тесте рецепт с фото
Игры майл клиентские