XII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2020
Процесс улучшения стали 40Х
КомментарииПолная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Термообработка стали 40Х - легированная конструкционная сталь предназначена для деталей повышенной прочности такие как оси, валы, вал-шестерни, плунжеры, штоки, коленчатые и кулачковые валы, кольца, шпиндели, оправки, рейки, губчатые венцы, болты, полуоси, втулки и прочих деталей повышенной прочности. Сталь 40Х также часто используется для производства поковок, штампованных заготовок и деталей трубопроводной арматуры. Однако последние перечисленные детали нуждаются в дополнительной термической обработке, заключающейся в закалке через воду в масле или просто в масле с последующим отпуском в масле или на воздухе.
Расшифровка марки стали 40Х. Цифра 40 указывает на то, что углерод в стали содержится в объеме 0,4 %. Хрома содержится менее 1,5 %. Помимо обычных примесей в своем составе имеет в определенных количествах специально вводимые элементы, которые призваны обеспечить специально заданные свойства. В качестве легирующего элемента в данном случае используется хром, о чем говорит соответствующая маркировка.
В данном исследовании был проведён опыт со сталью марки 40Х. Эта марка относиться к конструкционным, легированным. При производстве стали изготовители руководствуются нормами ГОСТ 4543-71. Он определяет технические условия на прокат из легированной конструкционной стали. Его нормы распространяются на такие виды проката, как слитки, поковки и пр. [1]
Сталь трудно свариваемая, для получения качественных сварных соединений требуются дополнительные операции:
подогрев до 200-300 град. при сварке
термообработка после сварки — отжиг
Химический состав в % стали 40Х
|
C |
Si |
Mn |
Ni |
S |
P |
Cr |
Cu |
|
0.36-0.44 |
0.17-0.37 |
0.5-0.8 |
До 0.3 |
До 0.035 |
До 0.035 |
0.8-1.1 |
До 0.3 |
Физические свойства стали 40Х
|
T |
E |
a106 |
I |
r |
C |
R 109 |
|
Град |
МПа |
1/Град |
Вт/(м*град) |
кг/м3 |
Дж/(кг*град) |
Ом*м |
|
20 |
2,14 |
7820 |
210 |
|||
|
100 |
2,11 |
11,9 |
46 |
7800 |
466 |
285 |
|
200 |
2,06 |
12,5 |
42,7 |
7770 |
508 |
346 |
|
300 |
2,03 |
13,2 |
42,3 |
7740 |
529 |
425 |
|
400 |
1,85 |
13,8 |
38,5 |
7700 |
563 |
528 |
|
500 |
1,76 |
14,1 |
35,6 |
7670 |
592 |
642 |
|
600 |
1,64 |
14,4 |
31,9 |
7630 |
622 |
780 |
|
700 |
1,43 |
14,6 |
28,8 |
7590 |
634 |
936 |
|
800 |
1,32 |
26 |
7610 |
664 |
1100 |
|
|
900 |
26,7 |
7560 |
1140 |
|||
|
1000 |
28 |
7510 |
1170 |
|||
|
1100 |
28,8 |
7470 |
120 |
|||
|
1200 |
7430 |
1230 |
Сталь 40Х - флокеночувствительна и склонна к отпускной хрупкости. Она используется: при производстве улучшаемых деталей повышенной прочности:(оси, валы, вал-шестерни, плунжеры, штоки, коленчатые и кулачковые валы, кольца, шпиндели, оправки, рейки, губчатые венцы, болты, полуоси, втулки и другие) [2]
В проведённом опыте была использована эта заготовка из шестигранного проката S-24 сталь 40Х используемая с производстве метизов. Термообработка — улучшение.
Процесс состоит из 2-х этапов: закалка и высокий отпуск. Начальная твердость образца : 15 HRC ( индикатор: алмазный конус, нагрузка: 150 кгс)
1 этап - закалка. Закалка производилась в камерной печи. Закалка металла происходит при нагреве его выше температуры изменения кристаллической решетки (такая температура называется критической и для каждого металла и сплава она отличается). После нагрева металл быстро охлаждают, чаще всего в воде или масле. Нагрев заготовки до 850 градусов по Цельсию. Охлаждение в закалочной жидкости ПКМ, близкой по свойствам к маслу. Образец после закалки имел твёрдость - 56 HRC.
2 этап — Высокий отпуск ( Тн= 450…650oС). Отпуск является окончательной термической обработкой. Целью отпуска является повышение вязкости и пластичности, снижение твердости и уменьшение внутренних напряжений закаленных сталей . С повышением температуры нагрева прочность обычно снижается, а пластичность и вязкость растут. Температуру отпуска выбирают, исходя из требуемой прочности конкретной детали.Нагрев заготовки до 550 градусов по Цельсию с последующим охлаждением на воздухе. Обычно с повышением температуры отпуска ударная вязкость увеличивается, а скорость охлаждения не влияет на свойства. Но для некоторых сталей наблюдается снижение ударной вязкости. Этот дефект называется отпускной хрупкостью. В данном случае она 2-ого рода. После этого твердость стала равна 29 HRS.
Такое выбор процесса обусловлен свойством самой стали. Улучшение даёт следующие преимущества:
Прочность
Пластичность
Вязкость ударная
Прочность усталостная
Снижается порог хладноломкости
Список литературы
1) Гжиров Р.И. - Краткий справочник конструктора 1984
2) А.И. Будур, В.Д. Белогуров Справочник конструктора Стальные конструкции 20