Анализ основных структурных составляющих диаграммы состояния сплавов железа-цементит и определение режимов их термообработки. Расшифровка химического состава по маркировке сталей. Процесс нитроцементации (цель, температурный режим, последовательность).
Аннотация к работе
Феррит (Ф) - твердый раствор внедрения углерода в ?-железе, магнитен, имеет низкую прочность ?в = 250 МПА, ?0,2 = 120 МПА, НВ 80-100, высокую пластичность (? = 50 %, ? = 80 %), зернистое строение. Цементит (Ц) - химическое соединение железа с углеродом Fe3C - магнитен, имеет высокую твердость НВ ??800, очень низкую пластичность, сложную кристаллическую решетку. Перлит (П) - эвтектоидная механическая смесь феррита и цементита, которая образуется при распаде медленно охлаждающегося аустенита.
Аустенит (А) - твердый раствор внедрения углерода в ?-железе, немагнитен, НВ 160 при ? = 40-50 %). Микроструктура аустенита имеет зернистое строение.
Аустенит устойчив при высоких температурах. Медленно охлаждаясь, распадается, образуя эвтектоидную смесь феррита с цементитом - перлит.
Цементит (Ц) - химическое соединение железа с углеродом Fe3C - магнитен, имеет высокую твердость НВ ??800, очень низкую пластичность, сложную кристаллическую решетку.
Перлит (П) - эвтектоидная механическая смесь феррита и цементита, которая образуется при распаде медленно охлаждающегося аустенита. Состоит из пластинок или зерен цементита на ферритной основе. Перлитная структура стали получается при 0,8 % углерода. Механические свойства определяются формой и дисперсностью частиц цементитной фазы: чем мельче смесь, тем выше механические свойства. Пластинчатый перлит имеет НВ 180 - 220; ?в = 800 МПА, ? = 10 %; зернистый перлит - НВ 160 - 200;
?в = 650 МПА, ? = 20 %.
Ледебурит (Л) - механическая смесь (эвтектика) аустенита и цементита (цементита и перлита). Ледебурит твердая и хрупкая составляющая, НВ 600-700
Сплав: содержит углерода 2.4 %
· До точки 1 сплав находится в жидком состоянии (Ж).
· В точке 1 при достижении t = 1400 °C сплав переходит в двухфазное состояние (Ж А) -Жидкость Аустенит
· В точке 2 при достижении t = 1147 °C сплав переходит в состояние - Лидебурит Аустенит Fe3С(вторичный)
· Ниже точки 3 при достижении t = 727 °C сплав переходит в состояние Лидебурит Перлит Fe3С(вторичный). Эта структура сохраняется до температуры окружающей среды (комнатной температуры). Сплав такого фазового состава называется эвтектоидной сталью и содержит углерода 2.4 %
Задание 2
Для изготовления рабочих частей щтампа используют сплав марки Х12. Расшифруйте состав сплава, механические и технологические свойства, определите группу сплава по назначению
Ответ
Заданный материал является высоколегированной сталью марки Х12. Сплав содержит углерода 0.1%,хрома около 12%
Классификация: сталь инструментальная штамповая.
Применение: холодные штампы высокой устойчивости против истирания, не подвергающиеся сильным ударам и толчкам; волочильные доски, глазки для калибрования пруткового металла под накатку резьбы, гибочные и формовочные штампы, сложные секции кузовных штампов, матриц и пуансонов вырубных и просечных штампов, штамповки активной части электрических машин и т.
По качеству: качественная (менее 0.04% S и 0.035% Р).
По составу: высокоуглеродистая, высоколегированная.
C Si Mn Ni S P Cr Mo W V Ti Cu
2-2.2 0.1-0.4 0.15-0.45 до 0.35 до 0.03 до 0.03 11.5-13 до 0.2 до 0.2 до 0.15 до 0.03 до 0.3
Химический состав в % материала Х12
Хром - повышает твердость, коррозионностойкость.
Задание 3
Описать процесс нитроцементации (цель, температурный режим, технологическая последовательность)
Цель
Повышение твердости, контактной выносливости, износостойкости и предела выносливости изделий. Основной температурой процесса считается 860 °С. При оптимальных условиях насыщения структура нитроцементованного слоя состоит из мартенсита, небольшого количества равномерно распределенных частиц карбонитридов и 25-30 % остаточного аустенита, обеспечивающего хорошую прирабатываемость. Содержание углерода на поверхности составляет 0,7-0,9 %, азота - 0,3-0,4 %. Эффективная толщина насыщаемого слоя не должна превышать 1 мм, так как при большей толщине в структуре слоя появляются фазы, резко снижающие предел выносливости и контактную выносливость материала.
Температурный режим
Процесс нитроцементации обычно ведут при температурах 820-860 °С в средах эндогазов и эндоэкзогазов с добавками природного газа (метана) и аммиака. Чем больше толщина требуемого слоя насыщения, тем меньше должно быть содержание аммиака и метана и выше температура химико-термической обработки. Для получения слоя толщиной около 0,2 мм при температуре нитроцементации 800-820 °С в атмосферу печи добавляют 6-15 % аммиака и около 5 % метана. Для получения слоя 0,5-1,0 мм температура нитроцементации повышается до 860-880 °С , а содержание аммиака и метана снижаются соответственно до 0,6-1,3 % и 0,5-0,8 %.
Технологическая последовательность процессы химико-термической обработки, заключающиеся в высокотемпературном насыщении поверхности изделия азотом и углеродом. Причем процесс совместного насыщения поверхности азотом и углеродом в жидких ваннах принято называть цианированием, а насыщение в газообразных средах - нитроцементацией.