Домашнее задание (вариант 129П) / 129-П.doc

Задание № 129 П

Для пружин особо ответственного назначения применяют легированную сталь, в которую дополнительно вводится вольфрам, ванадий, никель. Эту сталь характеризующуюся высокими пределами упругости и выносливости применяют для изготовления рессор, пружин, буферов и деталей, работающих в условиях динамических и знакопеременных нагрузках и при повышенных температурах, например: 50ХФА, 50ХГФА, 65С2ВА, 70С8ХВМА и др.

Термообоаботка

Сталь 65С2ВА относят к категориям: 3, 3А, 3Б, 3В, 3Г, 4, 4А, 4Б. Для данной стали оптимальным режимом термической обработки является закалка при 850°С. Закаливание производят в масло, с последующим отпуском при 350°С. На самом деле отметка в 350°С не является фиксированной и на практике встречается некоторый «разброс» отпускных температур. Это связано с тем, что в зависимости от температуры испытаний наблюдаются различия в релаксационной стойкости. Так, например, максимальная релаксационная стойкость стали 65С2ВА при 20°С достигается после отпуска при 300˚С. При повышении темпе­ратуры релаксационных испытаний, соответственно возрастает и температура отпуска, отвечающая достижению максимальной стойкости: максимальная релаксационная стойкость при 100˚С соответствует отпуску при 400˚С, а при 200˚С — отпуску при 450˚С.

Рис. 1. Режим термообработки стали 65С2ВА.

Структурные изменения

Сталь 65С2ВА относится к сталям перлитного класса. Для нее характерны два критических температурных перехода - А_с1 = 750˚С и А_с3 = 820˚С. При температуре А_с1 структура стали претерпевает изменение с образованием аустенитной структуры. Зерна аустенита образуются на границе фаз феррита и цементита. При этом помимо растворения цементита в аустените происходит еще и аллотропное модифицирование раствора железа α в раствор железа γ. Поскольку процесс растворения цементита происходит медленнее, нежели образование аустенитных кристаллов, то по достижению закалочных температур необходима некоторая выдержка.

При дальнейшем охлаждении в масле, благодаря очень высокой скорости охлаждения (превышающей V_кр) происходит образование структуры мелкозернистого мартенсита. Это не что иное, как пересыщенный твердый раствор углерода в железе α.

Поскольку мартенсит представляет собой очень твердую структуру, то как правило на поверхности закаленной детали образуются очень сильные остаточные напряжения. Это может привести к образованию трещин, сколов и прочих хрупких разрушений. Во избежании этого после закалки проводят продседуру отпуска. Именно после закалки и отпуска при 350-450˚С достигаются максимумы предела упругости и релаксационной стойкости. Эта температура отпуска отве­чает практически полному превращению остаточного аустенита и выделению значительного количества карбидов типа М₃С (рис. 71).

В составе этих карбидов, если температура от­пуска ниже 400°С, не содер­жится вольфрама, который та­ким образом сосредоточен в твердом растворе. Только после отпуска при более повышенных температурах в кар­бидах увеличивается содержание вольфрама, поэтому ско­рость коагуляции карбидов должна замедляться и соответственно уменьшаться степень разупрочнения при повышенных температу­рах отпуска, что и наблюдается в действительности.

Вследствие повышенной устойчивости против отпуска сталь 65С2ВА применяют для изготовления пружин, работающих при повышенной температуре. На рис. 4 показана релаксация напря­жений в стали 65С2ВА в зависимости от температуры отпуска и температуры испытаний. Эти данные свидетельствуют о том, что пружины из стали 65С2ВА после отпуска при 350—500 °С могут работать при нагреве до 200— 250 °С.

Таким образом, наибо­лее высокий комплекс свойств стали 65С2ВА при нормальных температурах достигается после изотермической закалки на нижний бейнит и отпуска.

Рис. 4 Влияние температуры отпуска на свойства стали 65С2ВА

Основные данные.

Химический элемент

%

Вольфрам (W)

0.80-1.20

Кремний (Si)

1.5-2.0

Медь (Cu), не более

0.20

Марганец (Mn)

0.70-1.0

Никель (Ni), не более

0.25

Фосфор (P), не более

0.025

Хром (Cr), не более

0.30

Сера (S), не более

0.025

Таблица зависимости физических свойств от темпиратуры.

Таблица зависимости механических свойств от температуры испытания.