Материаловедение

6. Механические  свойства  чугуна с содержанием  углерода 5,5%

    Белый заэвтектический чугун. Свойства в  большинстве определяются свойствами его основной фазовой составляющей – цементита. Твёрдость 450-800НВ , хрупок и практически не поддается обработке резанием. Является исходным материалом для получения ковких чугунов путём специального графитизирующего отжига. 

1. Расшифровка марки стали 55ХГР

 

    Сталь 55ХГР – конструкционная легированная рессорно-пружинная. 0,5% углерода, 1% хрома, 1% марганца, 1% бора. 

 

    Температура критических точек материала 55ХГР:

    A₁=750ºС   A₃(Ac_m)=790ºС   Mn=260ºС

        Используется для изготовления рессорной полосовой стали толщиной 3 — 24 мм.

2.2 Группа сплавов по назначению.

    Рессорно-пружинная  сталь.

    Рессорно-пружинные  стали предназначены для изготовления пружин, упругих элементов и рессор различного назначения.

    Стали поступают в виде проволоки и  ленты, а также горячекатаного и холоднокатаного проката или катанки, из которых изготовляют пружины. Стали для пружин (ГОСТ 14959—79) должны обладать высокими сопротивлением малым пластическим деформациям (σ_0,005 , σ_0,2), пределом выносливости (σ_-1) и релаксационной стойкостью при достаточной пластичности и вязкости. Для получения этих свойств стали должны содержать более 0,5 % С и быть подвергнуты термической обработке — закалке и отпуску или деформационному упрочнению после патентирования.

2.3 Метод получения. Предварительная термическая обработка. 

    Метод получения – ковка, механическая обработка для придания точных размеров.

    Предварительная термическая обработка – нормализация. Температуру нагрева выбираем Т_н = 750ºС-800ºС. В результате нормализации уменьшается размер зерен и снимается внутреннее напряжение полученное в результате получения детали (ковки). 

4. Основная  термическая обработка.

     Т°С 

  830-850 
 

  750-800 масло

          воздух 

  450-470

          вода

                   

                 нормализация                         закалка                               средний отпуск       время 

    Основная  термическая обработка – закалка и средний отпуск.

    Закалка проводится для получения достаточно высокой пластичности.

При закалке  деталь нагревают до температуры  Т_н = 830-850 ºС.  В этом случае сталь с исходной структурой перлит+феррит при нагреве приобретает аустенитную структуру (П + Ф → А) и растворение  в аустените цементита и легирующих элементов, в следствии чего увеличивается время выдержки – это влечёт за собой рост аустенитного зерна. Время нагрева рассчитываем из соотношения 2,5мин на мм: ≈40мин.

    После этого деталь охлаждают в масле, при охлаждении аустенит превращается в мартенсит закалки (А → М). В результате закалки повышается прочность, износостойкость и твёрдость детали, но повышается хрупкость. 

    После закалки для уменьшения хрупкости  и снятия внутренних напряжений проводим средний отпуск при 450-470 °С. Такой  отпуск обеспечивает наиболее высокие  пределы упругости и выносливости и релаксационную стойкость. При  нагреве закаленной стали до температур среднего отпуска мартенсит распадается на мелкодисперсную смесь феррита и цементита, которая называется трооститом отпуска. Троостит достаточно твердая структура (HRC 40-50), но уже обладает некоторой вязкостью.

      Охлаждение после отпуска при 450-470°С следует проводить в воде, что способствует образованию на поверхности сжимающих остаточных напряжений, которые увеличивают предел выносливости рессоры. 

5. Влияние легирующих элементов.

 

    Все легирующие элементы, растворяющиеся в феррите, изменяют параметры кристаллической решетки, а соответственно и его свойства, и тем в большей степени, чем больше разница в атомных радиусах. Улучшение механических свойств обусловлено влиянием легирующих элементов на  свойства феррита, дисперсность карбидной фазы, устойчивость мартенсита при отпуске, прокаливаемость и размер зерна стали. 

    В стали 55ХГР легирование бором  повышает предел упругости и модуль упругости стали, легирование марганцем  увеличивает прокаливаемость, уменьшает  рост зерна при нагреве. 

6. Структура и механические свойства полученного изделия.

 

Полученная  деталь имеет следующие механические свойства:

    передел прочности σ_в = 140 кг/мм²

    относительное удлинение при разрыве d₅ = 5%

    предел  кратковременной прочности σ_т = 125 кг/мм²

    относительное сужение y=30% 

7. Определения полученных структур.

    Мартенсит – пересыщенный твёрдый раствор  углерода в α – железе с большими внутренними напряжениями и числом  дислокаций. Структура твёрдая, хрупкая, напряжённая, неустойчивая. 

    Троостит  – квазиэвтектоидная смесь феррита и цементита. Твердость 350-500HB. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    3. Список литературы

1. Гуляев А.П.  Металловедение. Учебник для вузов. 6-е изд., перераб. и доп. М.: Металлургия, 1986. 544 с.

2. Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедение: Учебник для высших технических учебных заведений. 3-е изд., перераб.и доп. М.: Машиностроение, 1990. 528с.

3. . Тылкин М.А.  Справочник термиста ремонтной  службы М.: Металлургия, 1981. 648с.