Разработка технологического процесса термической обработки стальной детали – червяка руля 20ХНМ

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

ФГОУ ВПО «Московский государственный агроинженерный университет им. В.П. Горячкина» Факультет: ТС в АПК Кафедра «Материаловедение»

Контрольная работа

по дисциплине «Материаловедение»

тема: «Разработка технологического процесса термической обработки стальной детали - червяка руля 20ХНМ»

Выполнил студент 2-го курса группы

26-ТС Легостин Сергей Сергеевич

Москва 2010

1. 20ХНМ - качественная легированная конструкционная сталь. Содержание углерода 0,2%, 1% хрома, 1% никеля, 1% молибдена. Применяется для изготовления шестерни, полуоси, сателлиты, кулачки, шарниры и другие детали.

Вид поставки:

Сортовой прокат, в том числе фасонный: ГОСТ 4543-71, ГОСТ 2590-71, ГОСТ 2591-71, ГОСТ 2879-69. Калиброванный пруток ГОСТ 4543-71, ГОСТ 7417-75, ГОСТ 8559-75, ГОСТ 8560-78. Шлифованный пруток и серебрянка ГОСТ 14955-77, ГОСТ 4543-71. Полоса ГОСТ 103-76. Поковки и кованые заготовки ГОСТ 4543-71, ГОСТ 1133-71. Трубы ГОСТ 14-21-77.

Назначение:

Шестерни, полуоси, сателлиты, кулачки, шарниры и другие детали.

Химический состав:

Химический элемент %

Кремний (Si) 0.17-0.37

Медь (Cu), не более 0.30

Молибден (Mo) 0.20-0.30

Марганец (Mn) 0.40-0.70

Никель (Ni) 1.60-2.00

Фосфор (P), не более 0.035

Хром (Cr) 0.40-0.60

Сера (S), не более 0.035

Углерод (С) 0.18-0.22

2. Закономерности образования аустенита в углеродистой стали в основных чертах остаются справедливыми и для легированной стали. Однако введение в сталь легирующих элементов смещает температурные границы протекания процессов при нагревании.

Присутствие легирующих элементов вызывает, прежде всего, сдвиг критических точек по температуре по отношению к их положению в нелегированной стали, т. е. на диаграмме Fe-Fe3C. В сталях, легированных одним элементом, смещение критических точек, в общих чертах, направлено так же, как в бинарных сплавах этого элемента с железом.

Объясняется это тем, что углерод в количествах, допускаемых в стали, не изменяет принципиально температурных границ существования равновесных ферритной и аустенитной фаз по сравнению с тем, что наблюдается в бинарных сплавах железа с легирующими элементами.

Соответственно элементы группы никеля (Ni, Со, Мn) понижают критические точки Асх и Ас3, а элементы группы хрома (Сг, Мо, W, V, Si, Ti, А1, В, Nb, Zr) их повышают. Эффект влияния основных элементов на положение точки Асх показан.

При содержании в стали одновременно двух и более легирующих элементов, влияющих на критические точки стали в одном и том же направлении, обычно критические точки оказываются соответственно пониженными или повышенными больше, чем в результате воздействия только одного из присутствующих элементов. В случае содержания в стали элементов с противоположным влиянием на критические точки конечный эффект может быть различным и зависит от количественного соотношения элементов.

Влияние элементов проявляется также в сдвиге критических точек не только по температуре, но и по концентрации. Такую сталь условимся в дальнейшем обозначать термином «однолегированная», в отличие от сложнолегированной, содержащей более одного легирующего элемента. Термин же «высоколегированная» будем применять в общепринятом смысле для обозначения повышенного процента легирующих элементов, независимо от их числа.

Легированная сталь иллюстрирует действие элементов на концентрацию углерода в эвтектоиде. Как видно из фигуры, легирующие элементы понижают содержание углерода в эвтектоиде и, следовательно, сдвигают эвтектоидную точку 5 (см. диаграмму Fe-Fe3C) в сторону меньших концентраций.

Большинство элементов понижает также и предел растворимости углерода в т-железе. Следовательно, легирующие элементы сдвигают точку Е (см. диаграмму Fe-Fe3C) в сторону меньших концентраций. Присутствие легирующих элементов в стали крайне существенно отражается на скорости превращений при нагревании.

Последнее объясняется тем, что легированные карбиды характеризуются значительно большей устойчивостью, чем нелегированные, а также тем, что скорость диффузии углерода в присутствии ряда легирующих элементов (Мn, Сг, W, Мо и др.) сильно замедляется.

Существенное значение имеет также чрезвычайно низкую скорость диффузии самих легирующих элементов в стали. Между тем, процессы превращения в стали при нагревании реализуются исключительно в результате перемещений атомов углерода и легирующих элементов за счет диффузии. Понятно поэтому, что указанные факторы оказывают решающие влияния на скорость превращений при нагревании.

Практически превращения в легированной стали при нагревании сильно замедляются, протекают при непрерывном нагреве в широком интервале температур и требуют для своего завершения значительно больших промежутков времени, чем это необходимо для превращений в углеродистой стали.

В сложнолегированной стали, содержащей в своем составе активные карбидообразующие элементы, эти превращения, как в отношении полного растворения карбидов, так и выравнивания (гомогенизации) состава аустенита в условиях обычного нагрева, как правило, не успевают пройти до конца.

Например, даже в случае нагрева до температур, на несколько сотен градусов превышающих равновесных критических точек, обычно не достигается полного растворения карбидов титана, циркония, ниобия и ванадия.

Для стали 20ХНМ влияние легирующих элементов

Таблица строения и свойств

3. Червяк руля предназначен для работы в рулевом механизме автомобиля. Работает в условиях повышенного трения. Для сохранения его работоспособности производится цементация и поверхностная закалка токами высокой частоты. Воспринимает «ползучие» нагрузки.

4. Механические свойства в зависимости от температуры отпуска

Таблица. Механические свойства в зависимости от температуры испытания

Таблица. Механические свойства прутка

червяк руль легированная сталь эвтектоид

Технологические свойства:

Температура ковки: начала 1200, конца 800. Для заготовок сечением более 60мм охлаждение медленное.

Свариваемость: РДС с подогревом и последующей термообработкой.

Склонность к отпускной способности: не склонна.

Флокеночувствительность: чувствительна.

Температура критических точек:

Критическая точка °С

Ac1 720

Ac3 825

Таблица. Ударная вязкость, KCU, Дж/см²

Таблица. Закалка 810 С. Твердость для полос прокаливаемости HRCэ

5. Основное и вспомогательное оборудование выбираю в зависимости от габаритных размеров детали, соответственно индукционный нагреватель BALTECH HI-1612 с внутренним диаметром индуктора 10х10х150мм, частота тока 80 Гц либо индукционный нагреватель ВЧ-4А с внутренним диаметром индуктора 180x330x410. Габаритные размеры детали 8х8х130мм.

6. Механические свойства и состояние поставки

Микроструктура:

Список использованной литературы:

1. Марочник сталей

2. Данные взяты с сайта: http://www.s-metall.com.ua/

3. Данные взяты с сайта: http://www.inmetal.ru/

4. Данные взяты с сайта: http://www.rocinduktor.ru/

5. «Технология горячей обработки материалов». Под ред. Н.М. Челнокова, М., 1992г.

6. «Справочник термиста» М.А. Тылкин, М., 1982г.

7. «Устройство автомобиля». Под ред. Е.Я. Тур Машиностроение, 1991г.

Размещено на Allbest.ru