Методы упрочнения стаканов цилиндров двигателей внутреннего сгорания (стр. 3 из 3)
Охлаждающие среды для закалки. Охлаждение при закалке должно обеспечивать, получение структуры мартенсита в пределах заданного сече6ния изделия (определенную закаливаемость) и не должно вызывать закалочных дефектов: трещин, деформаций, коробления и высоких растягивающих остаточных напряжений в поверхностных слоях. Наиболее желательна высокая скорость охлаждения (выше критической скорости закалки) в интервале температур
- 
для подавления распада переохлажденного аустенита в области перлитного и промежуточного превращений замедленное охлаждение в интервале температур - 
.Чаще для закалки используют кипящие жидкости – воду, водные растворы щелочей и солей, масла. При закалке в этих средах различают три периода:
1) пленочное кипение, когда на поверхности стали образуется «паровая рубашка»; в этот период происходит небыстрый отвод теплоты, т.е. скорость охлаждения невелика;
2) пузырьковое кипение, наступающая при полном разрушении паровой пленки, наблюдаемое при охлаждении поверхности до температуры ниже критической; быстрый отвод теплоты;
3) конвективный теплообмен, который отвечает температурам ниже температуры кипения охлаждающей жидкости; теплоотвод в этот период происходит с наименьшей скоростью.
В данном случае мы используем масло. Для легированных сталей, обладающих более высокой устойчивостью переохлаждения аустенита при закалке, применяют минеральное масло (чаще нефтяное).
Масло как закалочная среда имеет следующие преимущества:
Небольшую скорость охлаждения в мартенситном интервале температур, что уменьшает возникновение закалочных дефектов, и постоянство закаливающей способности в широком интервале температур среды (20- 150 °C) К недостаткам следует отнести повышенную воспламеняемость (температура вспышки 165 - 300 °C), недостаточную стабильность и низкую охлаждающую способность в области температур перлитного превращения, а также повышенную стоимость.
Температура масла при закалке поддерживают в пределах 60 - 90 °C , когда его вязкость оказывается минимальной.
Для закалки применяют водные растворы полимеров (ПК2, ПАА, УЗСП-1), снижающие скорость охлаждения в мартенситном интервале температур. Однако нужно учитывать, что растворимость полимеров в воде меняется с изменением температуры, что влечет за собой изменение охлаждающей способности.
Все ширине начинают применять охлаждения под давлением в среде азота, аргона и водорода.
Отпуск: Отпуск заключается в нагреве закаленной стали до температур ниже
, выдержке при заданной температуре и последующем охлаждении с определенной скоростью. Отпуск является окончательной операцией термической обработки, в результате которой сталь получает требуемые механические свойства. Кроме того отпуск полностью или частично устраняет внутренние напряжения возникающие при закалке. Эти напряжения снимаются тем плотнее, чем выше температура отпуска. Так , например, осевые напряжения в цилиндрическом образце из стали, содержащей 0,3 % С, в результате отпуска при 550 °C уменьшаются с 600 80 МПа. Так же сильно уменьшаются тангенциальные и радиальные напряжения.Наиболее интенсивно напряжения снижаются в результате выдержки при 550°C в течении 15 – 30 мин. После выдержки в течении 1,5 часа напряжения снижаются до минимального значения, которое может быть достигнуто отпуском при данной температуре.
Основное влияние на свойства стали оказывают температура отпуска. Различают три вида отпуска:
1)Низкотемпературный (низкий) отпуск проводят при нагреве, до 250 °C, закаленная сталь (0,6-1,3 %С) после низкого отпуска сохраняет твердость 58 – 63 HRC, а следовательно высокую износостойкость.
2)Среднетемпературный (средний) отпуск выполняется при 350 – 500 °C и применяют главным образом для пружин и рессор, а также для штампов. Структура стали после среднего отпуска – троостит отпуска или троостомартенсит; твердость стали 40 – 50 HRC.
3)Высокотемпературный (высокий ) отпуск проводится при 500 – 680 °C. Структура стали после высокого отпуска – сорбит отпуска. Высокий отпуск создает наилучшее соотношение прочности и вязкости стали.
Закалка с высоким отпуском ( по сравнению с нормализацией или отжигом) повышает временное сопротивление, предел текучести, относительно сужение и особенно ударную вязкость. Термическую обработку, состоящую из закалки и высокого отпуска, называют улучшением.
Улучшению подвергают среднеуглеродистые (0,3 - 0,5 % С) конструкционные стали, к которым предъявляются высокие требования по пределу выносливости и ударной вязкости. Улучшение значительно повышают конструктивную прочность стали, уменьшая чувствительность к концентраторам напряжений, увеличивая работу развития трещин и снижая температуру порога хладноломкости. Трещиностойкость
после улучшения – 250 – 350 МПа*м.Отпуск при 550 – 600 °C в течении 1- 2 часа почти полностью снимает остаточные напряжения, возникшие при закалке. Длительность высокого отпуска составляет 1- 6 часов в зависимости от габарита изделия.
1.7 Сталь для работы до 600 °C
| Сталь | Назанчение |
| 34ХН3М | Валы, роторы и диски паровых турбин , зубчатые колеса, оси, болты ,силовые шпильки и другие особо ответственные тяжелонагруженные детали, работающие при температуре до 580°C |
Данная сталь является жаропрочной высоколегированной
Химический состав в % материала 15Х12ВНМФ
Температура критических точек материала 15Х12ВНМФ.
Механические свойства при Т=20oС материала 15Х12ВНМФ
Физические свойства материала 15Х12ВНМФ
Технологические свойства материала 15Х12ВНМФ .
1.8 Свойства стали для работы до 600 °C
В первую очередь сталь должна обладать жаростойкостью и длительной прочностью.
Жаропрочность-способность материала противостоять механическим нагрузках при высоких температурах. Многие жаропрочные стали должны обладать одновременно и достаточной жаростойкостью.
ГОСТ 5632-72 предусмотрено 39 марок жаропрочных сталей и 24 марки жаростойких сплавов.
Жаропрочность зависит от температуры рекристаллизации металла, предела его упругости, сопротивления материала пластическим деформациям при высоких температурах, размеры зерна, размера зерна, наличия в сплаве примесей, цикличности нагревов, предварительной пластической деформации, легирование сталей и сплавов в сочетании с термообработкой и температуры плавления. Чем выше температура плавления метала, тем выше его температура рекристаллизации.
Под жаростойкими сталями и сплавами понимают стали и сплавы, обладающие стойкостью против химического разрушения поверхности в газовых средах при температуре выше 550 °C , работающие в ненагруженном или полунагруженом состоянии.
Жаростойкость характеризует сопротивление окисления при высоких температурах. Для повышения окалиностойкости сталь легирует элементами, которые благоприятным образом изменяют состав и строение.
Длительная прочность -
- напряжение, вызывающее разрушение при данной температуре за данный отрезок времени. Например, по ГОСТ 10145-62 предел длительной прочности может быть обозначен 
- напряжение (МПа), вызывающее разрушение материала за 1000 ч при 700 °CДлительная прочность является важной характеристикой материала, так как она определяет срок службы его до разрушения, т. е. его живучесть.
1.9 Методы изучения механических свойств на образцах в обоих случаях
Под механическими свойствами понимают характеристики, определяющие поведения метала (или другого материала) под действием приложенных внешних механических сил. К механическим свойствам обычно относят сопротивление металла (сплава) деформации (прочность) и сопротивление разрушению (пластичность, вязкость, а так же способность металла не разрушаться при наличии трещин)
В результате механических испытаний получают числовые значения механических свойств, т. е. значения напряжений или деформаций, при которых происходят изменения физического и механического состояний материалов.
При оценке механических свойств металлических материалов различают несколько групп из критериев.
1. Критерии, определяемые независимо от конструктивных особенностей и характера службы изделий. Эти критерии находятся путем стандартных испытаний гладких образцов на растяжение, сжатие, изгиб, твердость (статические испытания) или на ударный изгиб образцов с надрезом (динамические испытания)
1.10 Вывод
Исходя из требуемых свойств Сталь для изготовления деталей соединительных муфт турбины обеспечивающая σв = 900 МПа я выбрал сталь марки 34ХН3М. Она является конструкционно легированной сталью. Легированные стали широко применяют в тракторном и сельскохозяйственном машиностроении, в автомобильной промышленности, тяжелом и транспортном машиностроении в меньшей степени в станкостроении, инструментальной и других видах промышленности. Это стали применяют для тяжело нагруженных металлоконструкций. Благодаря ее свойствам она превосходно подходит для изготовления. Далее нам нужно было выбрать сталь изделий подобного типа при работе в условиях нагрева до 600°C. Подошла сталь 34ХН3М. Это жаропрочная сталь мартенсито - ферритного класса исходя из требуемых свойств сталь этой марки подходит также к изготовки деталей
1.11 Список литературы
1. В.Н. Журавлев, О.И. Николаева - Машиностроительные стали. Справочник;
2. Жаропрочные стали и сплавы: Справочник / Масленников С.Б. – М;
3. Дриц, М. Е. Технология конструкционных материалов и материаловедение: учебник для вузов / М. Е. Дриц. - М. : Высш.шк, 1990. – 447 с
4. попович В. Технология конструкционных метериалов и материаловедение. Кн.1,-Львов, 2002.-417с.
5. Гуляев А.П.Металоведение.-М.:Металлургия,1986.-542
6. Бирюков Б.Н.,Косс Е. В., Шевченко И.М.Методические указания к изучению курса «материаловедение».-Одесса: ОПИ,1992.