Разработка технологического процесса термической обработки вала
2. Выбор и обоснование марки стали
Исходя из условий работы вал электродвигателя, сечением 42 мм может быть изготовлен из сталей марок 40ХН, 45ХН, 50ХН.
В таблице 2.1 представлен химический состав сталей.
Таблица 2.1 - Химический состав сталей, % (ГОСТ 4543-71) [2]
Марка стали |
С |
Si |
Mn |
Cr |
Ni |
P |
S |
Cu |
|
40ХН |
0,36-0,44 |
0,17-0,37 |
0,5-0,8 |
0,45-0,75 |
1,00-1,4 |
0,035 |
0,035 |
0,3 |
|
45ХН |
0,41-0,49 |
0,17-0,37 |
0,5-0,8 |
0,45-0,75 |
1,00-1,4 |
0,035 |
0,035 |
0,3 |
|
50ХН |
0,46-0,54 |
0,17-0,37 |
0,5-0,8 |
0,45-0,75 |
1,00-1,4 |
0,035 |
0,035 |
0,3 |
В таблице 2.2 представлены критические точки сталей.
Таблица 2.2 - Критические точки сталей, °С [2]
Марка стали |
Ас1 |
Ас3 |
Аr3 |
Ar1 |
Mn |
|
40ХН |
735 |
768 |
700 |
660 |
305 |
|
45ХН |
750 |
790 |
- |
- |
310 |
|
50ХН |
735 |
755 |
690 |
660 |
300 |
Механические свойства сталей представлены таблице 2.3.
Таблица 2.3 - Механические свойства сталей
Сталь |
Источник |
Состояние поставки |
Сечение, мм |
?0,2, Н/мм2 |
?В, Н/мм2 |
д5, % |
KCU, Дж/см2 |
Твердость HRC |
Критический диаметр в масле, мм |
|
40ХН |
[5] |
1* |
до 80 |
750 |
920 |
17 |
54 |
33-43 |
18-56 (90%, М) |
|
45ХН |
[2] |
2* |
до 50 |
750 |
935 |
15 |
59 |
34-44 |
50 (90% М) |
|
50ХН |
[2] |
3* |
60 |
740 |
930 |
20 |
49 |
28-35 |
50 (90% М) |
Примечание:
1* - Нормализация при 870 - 925 оС; закалка с 790 оС в масле; отпуск при 540-600 оС;
2* - Закалка с 815 оС в масле; отпуск 500-550 оС, охл в воде;
3* - Закалка с 820 оС в масле; отпуск 500-600 оС, охл в воде.
В таблице 2.3 представлены показатели механических свойств сталей и их прокаливаемости. Из показателей следует, что все три стали могут быть использованы для изготовления вала. Но сталь 45ХН имеет свойства, которые подходят под требования свойств материала.
На рисунке 2.1 приведена изотермическая диаграмма стали 45ХН.
Рисунок 2.1 - Изотермическая диаграмма охлаждения стали 45ХН [2]
Из диаграммы видно, что для получения мартенсита 90% в структуре, нужно обеспечить скорость охлаждения при закалке примерно равную 30,8 оС/сек. Масло может обеспечить такую скорость охлаждения в детали сечением 42 мм. Структура будет состоять из мартенсита (90%) и бейнита (10%). Графики изменения механических свойств стали 45ХН в зависимости от температуры отпуска представлены на рисунках 2.2 и 2.3.
Из представленных графиков видно как будут менять свойства в закаленной стали в зависимости от выбора температуры отпуска. Для приведенных требований подходит температура отпуска 550 - 580 оС.
Рисунок 2.2 - Влияние температуры отпуска на механические свойства закаленной стали
Рисунок 2.3 -Влияние температуры отпуска на твердость закаленной стали