Контрольная работа по материаловедению на тему Режим термической обработки температуру закалки, охлаждающую среду, температуру отпуска для полуоси детали из стали 40ХНМА. Материалы для разрывных контактов.

Назначьте режим термической обработки (температуру закалки, охлаждающую среду, температуру отпуска) для полуоси детали из стали 40ХНМА, для получения заданного значения твердости или прочности 28-35 HRC. Опишите микроструктуру и свойства материала до и после термической обработки. Охарактеризуйте вид работы, производимой данным инструментом (какие он испытывает нагрузки в ходе работы: статические, динамические, работа на изгиб, колебательные процессы и другие). Затем, исходя из представленного значения твердости, выберите режим термической обработки, используя справочную литературу и знания по термической обработке. Как влияет температура закалки и отпуска на механические свойства, а также как подобрать охлаждающую среду для проведения термических процессов. Представьте значения механических свойств после выбранной им термической обработки. Составьте список использованной справочной литературы.

Ответ:

Обозначение 40ХНМА — это инструментальная сталь с высоким содержанием хрома и никеля, изготовленная для нагруженных деталей.

Температура закалки: 830–860°C (выше границы аустенитной области для этой марки стали).

Охлаждающая среда: быстрое охлаждение в масле (мягкое охлаждение, подходит для деталей, где важна минимизация внутреннего напряжения) или воде (быстрое охлаждение, подходящее для очень твердых состояний, но есть риск образования трещин) для получения структур мартенсита.

Отпуск: при температуре 150–200°C для ограничения внутренних напряжений и повышения вязкости.

Микроструктура и свойства:

До термической обработки: структура области обработки — феррито-перлитная сталь с умеренными механическими характеристиками.

После закалки: мартенситная структура, обладающая высокой твердостью, прочностью, хрупкостью.

После отпуска: смешанная структура — сорбат, цементит, феррит — с улучшенными показателями вязкости и ударной вязкости.

Тип работы инструмента и нагрузки: инструмент испытывает статические и динамические нагрузки, включая колебательные и изгибательные силы. В процессе работы возможны износ, утомление и истирание поверхности.

Обоснование режима и влияние температуры: температура закалки определяет образование мартенсита, при повышении температуры более мягкий, менее хрупкий слой. Отпуск при 150–200°C уменьшает внутренние напряжения и повышает вязкость без существенного снижения твердости. Охлаждающая среда должна обеспечить быстрое охлаждение чтобы избежать образования перлитных структур, что снижает твердость.

Механические свойства после обработки: мартенсит мелкозернистой структуры и остаточного цементита с твердостью HRC 28–35 и прочностью 1200–1500 Мпа. Повышается твердость, прочность и износостойкость.

Задание №2

Для изготовления данной зенкера выбрана марка стали ХГ:

- расшифруйте состав и определи, к какой группе относится данная сталь по назначению;

- назначьте режим термической обработки, приведите подробное его обоснование, объяснив влияние легирования на превращения, происходящие на всех этапах термической обработки данной стали;

- опишите микроструктуру и главные свойства стали после термической обработки.

Укажите химический состав используемой марки стали и к какой квалификации ее можно отнести.

Ответ:

Расшифровка: «Х» — указывает на наличие хрома в составе стали. «Г» — указывает на наличие марганца в составе стали. Цифры (отсутствуют в данном случае) — указывают на среднее содержание углерода в сотых долях процента. Данная сталь закалочная, легирована сплавами хрома, вольфрама или молибдена. В основном содержит: C — углерод; Cr — хром; Mn — марганец и др.

Классификация по назначению: инструментальные, резцы, штамповочные, прессовые.

Механизм термической обработки: сталь подвергается закалке при температуре около 950°C. При охлаждении в воде или масле достигается мартенситовая структура. После закалки отпуск при 550–600°C для повышения хрупкости и повышения стойкости.

Влияние легирования: углерод повышает прочность и твёрдость стали, образует карбиды, которые влияют на структуру и свойства. Хром уплотняет решётку стали и повышает её плотность и стабильность, положительно влияет на прокаливаемость и твёрдость. Марганец снижает температуру конца мартенситного превращения, увеличивает содержание остаточного аустенита в структуре стали, что повышает пластичность, но может снижать твёрдость.

Микроструктура и свойства после обработки: мартенсит и карбиды.

Свойства: высокая твердость, износостойкость, стойкость к нагреву и механическим нагрузкам.

Химический состав стали ХГ (ГОСТ 4543-71): углерод (C) — 0,37–0,45%; кремний (Si) — 0,17–0,37%; марганец (Mn) — 0,50–0,80%; хром (Cr) — 0,80–1,10%; никель (Ni) — до 0,30%; медь (Cu) — до 0,30%; сера (S) — до 0,025%; фосфор (P) — до 0,025%.

Задание №3

Дайте характеристику и опишите основные этапы процесса хромирования?

Для иллюстрации ответов приведи необходимые графики, таблицы и рисунки.

Ответ:

Хромирование — это технологический процесс нанесения хромового покрытия на металлические и неметаллические поверхности для повышения твёрдости, износостойкости, коррозионной стойкости и придания декоративного внешнего вида изделиям. Метод широко применяется в машиностроении, автомобильной промышленности, авиастроении и производстве бытовых изделий.


Основные характеристики хромирования:

Тип процесса. Гальваническое (электрохимическое) осаждение хрома из электролита под действием электрического тока. При этом положительно заряженные ионы хрома осаждаются на отрицательно заряженной детали — катоде.

Электролит. Обычно содержит хромовый ангидрид (CrO3) и серную кислоту (H2SO4).

Также используются электролиты на основе трёхвалентного хрома (сульфат или хлорид хрома), которые менее токсичны, но пока не полностью заменяют традиционное шестивалентное хромирование в ответственных применениях.

Особенности процесса:

- Низкий выход хрома по току — 10–15%. Это связано с тем, что большая часть тока расходуется на побочные реакции, например, разложение воды на водород и кислород;

- Высокие катодные плотности тока — до 80–100 А/дм2;

- Низкая рассеивающая способность электролита, что затрудняет получение равномерного покрытия на деталях сложной формы;

- Чувствительность к температуре и плотности тока: их изменение существенно влияет на структуру и свойства хромовых осадков.

Свойства покрытия: твёрдость хрома — 66–70 HRC. Толщина покрытия варьируется от 0,075 до 0,25 мм, но может быть и больше. Хромовые покрытия устойчивы во влажной атмосфере, в растворах серной, азотной, фосфорной и органических кислот, щелочей, но растворяются в соляной кислоте и горячей концентрированной серной кислоте.