Создан заказ №1042872
20 марта 2016
Стаканы цилиндров двигателей внутреннего сгорания с толщиной стенки 40 мм должны обладать высоким сопротивлением износу на поверхности
Как заказчик описал требования к работе:
Задание: решить контрольную по материаловедению, срок 2 дня, очень нужно! Расписывайте, пожалуйста, подробное решение для каждой задачи.
Фрагмент выполненной работы:
Стаканы цилиндров двигателей внутреннего сгорания с толщиной стенки 40 мм должны обладать высоким сопротивлением износу на поверхности. На заводе детали изготавливают из стали 20 с последующей цементацией и термической обработкой. В дальнейшем завод начал изготавливать цилиндры более ответственного назначения с повышенной износостойкостью и твердостью на поверхности не ниже НV 950... 1000. Эту твердость сталь должна сохранить при нагреве до 300...400° С. (работа была выполнена специалистами Автор 24) Укажите сталь, которую необходимо выбрать для этой цели, и изменения, которые следует внести в технологический процесс термической и, химико-термической обработки. Сравните оба процесса обработки по последовательности и продолжительности операций, а также механические свойства и твердость на поверхности и в нижележащих слоях, получаемые в результате изменения химического состава стали и применения каждого из этих процессов.
Решение:
Для получения высоких значений твердости на поверхности стаканов рекомендуется выбрать конструкционную сталь, которую следует подвергнуть улучшению и азотированию.
К таким материалам относятся стали: 45ХФ, 40ХФА, 40ХМФА, 50ХФА, 30Х3МФ. Выберем наиболее распространенную для данной цели стали 45ХФ. В таблице 1 приведены механические свойства стали 45ХФ после улучшения.
Таблица 1 - Механические свойства сталей
Марка стали Термическая обработка Ϭ0,2, МПа Ϭв, МПа δ, % KCU, Дж/см2
HRC
45ХФ
закалка в масле от 830°С, отпуск при 550-600°С
770 850 19 81 32
Химический состав стали приведен в таблице 2. Сталь легирована хромом и ванадием.
Таблица 2 - Химический состав в % стали 45ХФ по ГОСТ 4543 - 71
C Si
Mn
S P Cr
V
0.42 - 0.47 0.17 - 0.37 0.25 - 0.5 до 0.035 до 0.035 0.8 - 1.2 0.08 - 0.1
Коленчатый вал из стали 45ХФ для обеспечения необходимых свойств подвергается закалке с высоким отпуском, а затем азотированию.
Температура нагрева под закалку вычисляется по формуле: Тн=Ас3+(30÷50°С). Для данной стали температура нагрева под закалку равна:
Тн=800+(30÷50°С)=830÷850°С.
Время нагрева рассчитаем по формуле А. П. Гуляева:
τн=0,1·К1·К2·К3·D
где: К1 – коэффициент формы изделия;
К2 – коэффициент среды;
К3 – коэффициент равномерности;
D – минимальный размер максимального сечения.
Применительно к рассматриваемому стакану:
τн=0,1·2·2·1,4·40=22,4 мин
Для учёта легирования рассчитанное время необходимо увеличить на 50%, следовательно: τн= τн·1,5 = 33,6 мин
После нагрева проводят изотермическую выдержку. Время изотермической выдержки составляет 20 – 30% от времени нагрева. В данном случае: τв=0,2· 33,6≈6,73 мин
Т.е. общее время закалки 41 мин.
Охлаждение при закалке легированных сталей нужно проводить в масле. После закалки структура состоит из мартенсита и остаточного аустенита.
После закалки необходимо провести высокий отпуск при температуре 550-600°С. Продолжительность высокого отпуска вычисляется по формуле:
τотп=10+D·τуд.
где: D – толщина или сечение изделия;
τуд. – удельное время нагрева (1 мин/мм толщины).
В данном случае D=40 мм, следовательно: τотп=10+40·1=50 мин
Сталь 45ХФ легированная, время нагрева при отпуске необходимо увеличить на 50%, следовательно: τотп= τотп·1,5=50·1,5=75 мин
Так как сталь не склонна к отпускной хрупкости, охлаждение после отпуска проводится на воздухе. Микроструктура стали после высокого отпуска – сорбит отпуска (рис. 1).
298259532385007048502857500
а)б)
Рис. 1. Микроструктура стали после закалки (а) и высокого отпуска (б)
После этого проводится азотирование. Азотированием является химико-термическая обработка, состоящая из диффузионного насыщения поверхностного слоя стали азотом при нагревании в соответствующей среде. Азотирование стальных изделий проводят в аммиаке, который при нагревании диссоциирует, поставляя активный атомарный азот: 2NH2 → 2N+6H.
Режим азотирования следующий:
первая ступень: 500-510°С, выдержка 30 часов, степень диссоциации аммиака 20-40%
вторая ступень: 520-540°С, выдержка 50 часов, степень диссоциации аммиака 60%.
После этого коленвал необходимо остудить с течью под током аммиака примерно до 200°С. Толщина полученного азотированного слоя будет не менее 0,7 мм при твёрдости до 300HV. В системе Fе-N при температурах азотирования могут образовываться следующие фазы :
α - раствор азота в железе (азотистый феррит)
γ-раствор азота в железе (азотистый аустенит)
промежуточная γ`-фаза переменного состава с ГЦК решеткой (ей приписывают формулу Fe4N)
промежуточная ε-фаза с ГП решеткой и широкой областью гомогенности (от 8,1 до 11,1% N при комнатной температуре).
Изменение микроструктуры по глубине слоя показано на рис. 2.
Рис. 2 – Микроструктура азотированного слоя
С помощью азотирования сталей повышается твердость, износостойкость, предел выносливости, а также коррозионную стойкость.
В отличие от стали 45ХФ, сталь 20 – цементуемая, поэтому типичной ХТО для стаканов из нее будет: цементация – закалка цементованного слоя – низкий отпуск.
Температура критических точек стали 20: Ac1 = 724°С, Ac3 = 845°С.
Цементация стали - поверхностное диффузионное насыщение малоуглеродистой стали углеродом с целью повышения твёрдости, износоустойчивости.
Длительность цементации выбирается в зависимости от температуры насыщения и требуемого слоя (табл. 3)...Посмотреть предложения по расчету стоимости
Заказчик
заплатил
заплатил
200 ₽
Заказчик не использовал рассрочку
Гарантия сервиса
Автор24
Автор24
20 дней
Заказчик принял работу без использования гарантии
21 марта 2016
Заказ завершен, заказчик получил финальный файл с работой
5
Стаканы цилиндров двигателей внутреннего сгорания с толщиной стенки 40 мм должны обладать высоким сопротивлением износу на поверхности.docx
2017-04-23 23:43
Последний отзыв студента о бирже Автор24
Общая оценка
5
Положительно
Автор выполнил работу в сверх короткий срок, несмотря на достаточный объём. Рекомендую, цена была очень даже адекватна с учётом срочности, сдача без замечаний! Спасибо
Хочешь такую же работу?
300 ₽
