Фазові і структурні перетворення під час термічної обробки сталей 5ХНМ та ШХ15 (стр. 1 из 12)

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ВИЩІЙ НАВЧАЛЬНИЙ ЗАКЛАД

ДОНЕЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Кафедра «Фізичне матеріалознавство»

КУРСОВА РОБОТА

з дисципліни «Термічна обробка металів»

На тему

«Фазові і структурні перетворення під час термічної обробки сталей 5ХНМ та ШХ15»

Виконала: Обушвець Т.С.

Перевірив: доц. каф. ФМ

Конарєв В.Г.

Донецьк 2009

Реферат

Об’єкт дослідження – термічна обробка сталей 5ХНМ і ШХ15.

Мета роботи – вивчення фазових і структурних перетворень під час термічної обробки сталей і виявлення їхнього впливу на властивості.

Методи дослідження – огляд наукової літератури, учбових посібників, журналів, довідників з термічної обробки, а також каталогів і картотек.

Розглянуто загальну характеристику досліджу вальних сталей 5ХНМ і ШХ15, їхній переділ з рідкого металу до готового виробу. Наведені режими термічної обробки обох сталей. Ці режими назначено за діаграмами, які дозволяють прослідкувати структуроутворення і час протікання процесів, що за це відповідають.

Описано фазові та структурні перетворення при нагріві і охолодженні із зазначенням структур сталей і властивостей, які при цьому отримуються. Запропоновано вдосконалення технологічних процесів; виявлено вплив температур на фазові і структурні перетворення, вплив легуючих елементів на ці перетворення; визначено взаємозв’язок між структурою, що отримується і властивостями сталей.

Галузь застосування: результати роботи можуть бути використані при розробці режимів термічної обробки близьких за хімічним складом сталей.

ВІДПУСК, ГАРТУВАННЯ, ВІДПАЛ, ЗЕРНО, ХІМІЧНИЙ СКЛАД, СТАЛЬ, ПЕРЕТВОРЕННЯ, ТВЕРДІСТЬ, МІКРОСТРУКТУРА, ДІАГРАМА, ФАЗА

Вступ

Термічна обробка металів і сплавів є сукупністю технологічних операцій, пов'язаних з нагрівом, витримкою і охолодженням.

Технологічний процес термічної обробки – це сукупність послідовно і одночасно виконуємих технологічних операцій (допоміжних, основних, додаткових).

Мета термічної обробки – зміна в потрібному напрямі механічних, физико-хімічних і технологічних властивостей без зміни основних розмірів і форми деталей або заготовок.

Термічною обробкою можна в широкому діапазоні змінювати міцність, жароміцність, пластичність, в'язкість, технологічні властивості (ковкість, штампуемість, оброблюваність різанням, шлифуемость, зварюваність, прогартованість, теплостійкість), магнітні, електричні, корозійні, теплові і оптичні властивості.

Номенклатура деталей, що піддаються термічній обробці, вельми велика – від мініатюрних деталей в прецизійних приладах до крупних відливань і поковок. Термічна обробка робить істотний вплив на трудомісткість і собівартість суміжних операцій виробництва.

Основою технологічних процесів термічної та комплексної обробок є закономірності структурно-фазових перетворень під час нагріву і охолодження сплавів. Вони необхідні не тільки для пояснення процесів, які протікають, а також для розробки нових сплавів і технологій змічнюючих та роззмічнюючих обробок, більш економічні існуючих і конкурентоспроможних на світовому ринку [1].

В курсовій роботі розглянуто фазові-структурні перетворення в сплавах на прикладі конструктивної сталі ШХ15 і інструментальної сталі 5ХНМ, які протікають під час аустенітизації, дифузійному і мартенситному перетворенні під час охолодження пересиченого твердого розчину і встановлення шляхів подолання недоліків діючих технологічних процесів.

1. Термічна обробка сталі 5ХНМ. Фазові та структурні перетворнння при ній

1.1 Загальна характеристика сталі 5ХНМ

Сталь марки 5ХНМ є інструментальною, якісною, середньолегованою, напівтеплостійкою, підвищеної в’язкості і високої прогартованості. Її хімічний склад наведено в таблиці 1.1 (дані за ГОСТом 5950-73) [2].

Таблиця 1.1 – Хімічний склад сталі 5ХНМ, %

С	Si	Mn	Cr	Mo	Ni	P	S	Cu
0,5 - 0,6	0,1 - 0,4	0,5 - 0,8	0,5 - 0,8	0,15 - 0,30	1,4 - 1,8	0,030	0,030	0,3

Сталь 5ХНМ постачається в наступних видах: сортовий прокат, в тому ж числі фасонний, калібрований пруток, а також серебрянка, полоса, проволока, поковки і ковані заготовки.

Сталь має наступне призначення – це виготовлення молотових штампів, пароповітряних і пневматичних молотів з масою частин, що падають більше, ніж 3 тони, пресові штампи машинної швидкісної штамповки під час горячого деформування легких кольорових сплавів, блоки матриць для вставок горизонтально-кувальних машин [3].

Температури критичних точок для сталі 5ХНМ наведено в таблиці 1.2 (за ГОСТ 5950-73) [2].

Таблиця 1.2 – Температури критичних точок, ºС

730	780	610	640	230

Для досліджувальної сталі 5ХНМ однією з головних вимог є підвищена в’зкість в повздожних і поперечних напрямках перерізу. 5ХНМ – це штампова сталь для деформування в гарячому стані.

Сталі для штампів гарячої деформації повинні володіти необхідним комплексом експлуатаційних і технологічних властивостей. Крім того, до них пред’являються відповідні вимоги економічного характеру. До експлуатаційних властивостей відносять: висока теплостійкість (до 600 - 700°С), що характеризує здатність сталі зберігати під час нагріву без значних змін структуру і властивості; опір пластичній деформації; висока в'язкість, що визначає високий опір сталі крихким руйнуванням після термічної обробки на твердість HRC45-50; зносостійкість при підвищених температурах; опір термічній і термомеханічній втомі (разгаростійкость); опір крихкому руйнуванню, за допомогою якого оцінюють міцність сталі при дінамічнім навантаженні або в умовах високої нерівномірності додатку навантаження, окалиностійкість [3].

До технологічних властивостей належать: мінімальна деформованість при термічній обробці, стійкість проти зневуглення.

Іноді до експлуатаційним властивостей сталі для штампів гарячої деформації умовно відносять також такі показники, як твердість, опір малій пластичній деформації, опір втомі, теплопровідність, коефіцієнт термічного разширення, окаліностійкість, стійкість проти адгезії, величину зерна сталі, температуру критичних точок і інші.

До технологічних відносять властивості матеріалу, що забезпечують можливість обробки інструменту з властивостями, що задаються, при мінімальних витратах.

До економічних вимог, що пред’являються до сталей для штампів, відносять достатньо низьку вартість сталі і її недефіцитність [4].

1.2 Технологічний процес виготовлення штампу

Штамп є інструментом для обробки тиском, поверхня або контур однієї або обох частин якого відповідають обробленій деталі або заготівці. Конструкції штампів залежать від їх призначення (відрізні, прошивні, для об'много штампування, накатки, внсадочнне і ін.), засобу навантаження (молотові, пресові і ін.) і інших чинників. Штампи відрізняються великою різноманітністю і можуть бути вельми складними.

Штамповій інструмент для гарячої деформації працює в умовах одночасної циклічної дії високих температур і питомого тиску (до 300 - 900 МПа) при динамічному характері навантаження. Величина цих параметрів міняється в широких межах залежно від вживаного ковальсько-пресового устаткування, операції гарячої деформації і властивостей металу, що деформується. У найбільш важких умовах працює штамповий інструмент при пресуванні, висадці, точному штампуванні, а також при рідкому пресуванні мідних сплавів в прес-формах литва під тиском.

Штампи виготовляють цілісними і збірними. В останньому випадку з дорогих легованих сталей виготовляють лише відносно невеликі формоутворювальні деталі, що контактують з гарячим металом; кріпильні і установочні деталі (блок-штампи) роблять з більш дешевих сталей.

Основну масу штампів виготовляють в інструментальних цехах машинобудівних заводів в умовах штучного або дрібносерійного виробництва.

Штампи гарячої деформації працюють у вельми жорстких умовах, для яких характерні: високі діючі напруги, рівні яких наближаються до меж текучості штампових сталей; високі температури нагріву; циклічна дія напруги від знакозмінних зусиль при деформації; термічна напруга, визначувана умовами нагріву і охолоджування штампів; хімічна взаємодія, особливо що виявляється в процесі пресування і рідкого штампування [1].

Стійкість штампів залежить від багатьох чинників. Чинники, що визначають стійкість штампів, можна розділити на три групи.

До першої групи відносять деякі показники і характеристики технологічного процесу штампування: форму і масу поковки; ступінь деформації і умови перебігу металу, що деформується; його опір деформації; физико-хімічні і теплофізичні властивості; хімічний склад і температуру нагріву металу, що деформується; наявність і товщину окалини на заготівці; вид мастила; умови підігріву і охолодження штампів; необхідну точність розмірів поковки; часовий режим роботи штампу, кваліфікацію штампувача; пора року і тому подібне.

До другої групи входять параметри штампувального устаткування: швидкість деформації, робочий цикл і пов'язані з ним час контакту поковки і штампу під тиском, час знаходження поковки в штампі після закінчення штампування та інші, наявність виштовхувачів і особливості їх роботи.