Студопедия

Главная страница Случайная страница

КАТЕГОРИИ:

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника






Прокаливаемость сталей 30Г2, 40Г2, 50Г2




Под прокаливаемостью понимают способность стали получить закаленный слой с мартенситной или трооститно - мартенситной структурой и на определенную глубину.

За характеристику прокаливаемости принято считать критический диаметр Dk, т. е. наибольший диаметр цилиндра из данной стали, который получат в результате закалки полумартенситную структуру в центре образца.

Полумартенситная структура содержит 50 % мартенсита и 50 % троостита. В этом случае Dk обозначается D50. Однако часто важно знать значение диаметра, где содержание мартенсита значительно выше: 95 % и 99,9 %. В этих случаях Dk обозначают D95 и D99. Вопрос о прокаливаемости возникает потому, что скорость охлаждения по сечению закаливаемой детали различная: она максимальная на поверхности, уменьшается в более глубоких от поверхности слоях и минимальная в центральной части детали (рис. 3).

Рис. 3 Схема изменения скорости охлаждения по сечению цилиндра при закалке

 

Естественно, что твердость по сечению детали, не имеющей сквозную прокаливаемость, будет неодинаковая. После отпуска, когда можно выровнять твердость по сечению, ряд других свойств (особенно ан и σт) в непрокалившихся участках сечения оказываются заведомо сниженными. На рис. 4 показаны схемы кривых изменения свойств по сечению у непрокалившего образца (а) и образца со сквозной прокаливаемостью (б) после отпуска.

Для машиностроительных деталей ответственного назначения, которые работают в жестких условиях нагружения (на разрыв и, особенно на удар), также для деталей типа пружин, рессор и подавляющего большинства инструментов требуется, чтобы после закалки структура по всему сечению состояла из 100 % мартенсита, что обеспечит однородную структуру после отпуска.

Для деталей машин, работающих в условиях менее жесткого нагружения (в основном на изгиб и кручение) в последнее время за критерий прокаливаемости принимается 100 % мартенсита на глубине 0,5 радиуса детали;

Таким образом для конструктора, выбирающего материал для детали, знание прокаливаемости (критического диаметра Dк) стали весьма важно.

 

Рис. 4 Схема изменения механических свойств по сечению после закалки и отпуска на одинаковую твердость: а – образец с неполной прокаливаемостью; б – полностью прокалившийся образец (прокалившаяся зона заштрихована)

 

Рис. 4 Схема изменения механических свойств по сечению после закалки и отпуска на одинаковую твердость: а – образец с неполной прокаливаемостью; б – полностью прокалившийся образец (прокалившаяся зона заштрихована)

Рассмотрим определение прокаливаемости методом торцевой закалки. При этом методе стандартный образец (1 = 100 мм и 0 = 25 мм) из исследуемой стали подвергается охлаждению струей воды только с торца. Естественно, что скорость охлаждения по удалению от торца будет уменьшаться (соответственно уменьшается и твердость).



2. 1. Характеристика марок сталей 30Г2, 40Г2, 50Г2

Сталь 30Г2 является сталь, конструкционная легированная марганцем(Mn), с содержание марганца 1,4-1,8. Химический состав стали приведен в таблице 1:

Таблица 1

Химический состав стали 30Г2 ГОСТ 4543-71

Содержание химических элементов, % по массе
С Si Mn Ni S P Cr Cu
0,26-0,35 0,17-0,37 1,4-1,8 до 0,3 до 0,035 0,035 до 0,3 до 0,3

МАРГАНЦОВИСТАЯ СТАЛЬ — сталь, легированная марганцем. Марганец растворяется в α-железе и в цементите, упрочняет феррит, несколько уменьшая его пластичность, и устраняет вредное влияние серы. Он почти неограниченно растворяется в γ-железе и расширяет область существования аустенита ниже комнатной температуры, наиболее эффективно снижает температуру мартенситного превращения и резко увеличивает прокаливаемостъ стали. Чем больше встали марганца, тем при меньшем содержании углерода образуются перлит, мартенсит и аустенит. Склонность стали к возникновению крупнозернистой структуры при небольшом перегреве устраняют добавками ванадия и титана (0,01—0,1%), а также выбором режима термической обработки (температуры нагрева, продолжительности выдержки и скорости охлаждения). Мартенситная структура отличается отпускной хрупкостью, поэтому после отпуска ее быстро охлаждают. Марганец способствует насыщение стали углеродом и азотом, положительно влияя на цементацию и азотирование. У стали 30Г2 нет заменителей. Сталь 30Г2 ограниченно сваривается, это значит, что сварка возможна при подогреве до 100 -120 ̊С и последующей термообработке. Режимы термообработки и механических свойств для стали 30Г2 приведены в таблице 2.



Таблица 2

Режимы термообработки и механические свойства стали 30Г2

Режим ТО Температура, ̊С Среда охлаждения σт, МПа σв, МПа δ, % ψ, % НВ, …  
 
Закалка Масло или воздух  
Отпуск воздух  

 

Закалка- называется операция термической обработки, состоя­щая из нагрева до температур выше верхней критической точки AC3 для доэвтектоидной стали и выше нижней критической точки АС1.

Отпуск- называется, нагрев закаленной стали до температур ниже критической точки Ас1 выдержка при этой температуре с последующим охлаждением.

Сталь 30Г2 имеет критические температурные точки AC3 и АС1, которые приведены в таблице 3.

Таблица 3

Температура критических точек ГОСТ 30Г2 4543-71

Критические точки
Ac1 Ac3 Ar1 Ar3
- -

 

Сталь 40Г2 является сталь, конструкционная легированная хромом, с содержание марганцем 1,4-1,8. Химический состав стали 40Г2 приведен в таблице 4.

Таблица 4

Химический состав стали 40Г2 ГОСТ 4543-71

Содержание химических элементов, % по массе
С Si Mn Ni S P Cr Cu
0,44-0,36 0,17-0,37 1,4-1,8 до 0,3 до 0,035 до 0,035 до 0,3 до 0,3

У стали 40Г2 так же есть заменители, ими являются 45Г2, 60. Сталь 40Г2 трудно сваривается, это значит, что для получения качественных сварных соединений требуются дополнительные операции: подогрев до 200-300 ̊С, при сварке, термообработка после сварки - отжиг. Режимы термообработки и механических свойств для стали 40Г2 приведены в таблице 5, 5. 1.

Таблица 5

Режимы термообработки и механические свойства стали 40Г2 ГОСТ 4543-71

Режим ТО Температура, ˚С Среда охлаждения σ0,2, МПа σв, МПа δ5, % ψ, % HB, …
Закалка масло -
Отпуск воздух
Нормализация 870-925 Воздух
Закалка 800-830 Масло
Отпуск

 

Таблица 5. 1

Механические свойства стали 40Г2 в зависимости от температуры отпуска ГОСТ 4345-71

Температура отпуска, °С σ0,2, Мпа σв, Мпа δ5, % ψ, % KCU, кДж/м2 HB
Сечением 28 мм. Закалка 820 °С, масло
Сечением 28 мм. Закалка 830 °С, масло. Охлаждение после отпуска в масле
 

Сталь 40Г2 имеет критические температурные точки AC3, АС1, Аr1, Ar3 которые приведены в таблице 6.

Таблица 6

Температура критических точек стали 40Г2 ГОСТ 4543-71

Критические точки
Ac1 Ac3 Ar1 Ar3

Сталь 50Г2 является сталь, конструкционная легированная марганцем, с содержание марганцем 1,4-1,8. Химический состав стали 40Г2 приведен в таблице 7.

Таблица 7

Химический состав стали 50Г2 ГОСТ 4543-71

Содержание химических элементов, % по массе
С Si Mn Ni S P Cr Cu
0,46-0,55 0,17-0,37 1,4-1,8 до 0,3 до 0,035 до 0,035 до 0,3 до 0,3

Стали 50Г2 имеет есть заменители, ими являются 45Г2, 60Г. Сталь 50Г2 не применяется для сварочных конструкций. Режимы термообработки и механических свойств для стали 50Г2 приведены в таблице 8.

Таблица 8

Режимы термообработки и механические свойства стали 50Г2 ГОСТ 4543-71

Режим ТО Температура, ˚С Среда охлаждение σ0,2, МПа σв, Мпа δ5, % ψ, %
Закалка Масло
Отпуск Воздух

Сталь 50Г2 имеет критические температурные точки AC3, АС1, Аr1, Ar3, которые приведены в таблице 9.

Таблица 9

Температура критических точек стали 50Г2 ГОСТ 4745-71

Критические точки
Ac1 Ac3(Acm) Ar1 Ar3

 

 

2.1. Упрощенный вариант расчета прокаливаемости

На рис. 5 представлены полосы прокаливаемости, которые определяют расстояние от торца образца до полумартенситной зоны и мартенситной зоны.

а)

б)

в)

Рис. 5. Полосы прокаливаемости: а- стали 30Г2; б- стали 40Г2; в- стали 50Г2.

 

 


.

mylektsii.ru - Мои Лекции - 2015-2019 год. (0.007 сек.)Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав Пожаловаться на материал