Термообработка деталей машин
2. Характеристика материала
Исходные данные
Таблица 1 - Исходные данные
Наименование детали |
Марка стали |
Твердость после ТО |
|
Шарик |
ШХ4РП |
62 HRC |
Сталь ШХ4РП - сталь конструкционная подшипниковая.
Назначение: изготовление деталей железнодорожных подшипников (наружные, внутренние кольца, ролики и т.п.).
Закалка ТВЧ с отпуском 160 - 180 °С позволяет получить твердость поверхности до 54-60 HRС.
Химический состав материала приведен в таблице 2.
Таблица 2 - Химический состав стали ШХ4 ГОСТ 801-78 (в %)
C |
Si |
Mn |
Ni |
S |
P |
Cr |
Cu |
|
0,95-1,05 |
0,15-0,3 |
0,15-0,3 |
?0,3 |
?0,02 |
?0,027 |
0,35-0,50 |
?0,25 |
Влияние легирующих элементов на полиморфные превращения железа.
Все элементы, за исключением углерода, азота, водорода, и отчасти бора , образуют с железом твердые растворы замещения. Они растворяются в железе и влияют на положение точек А3 и А4, определяющих температурную область существования б- и г-железа. Легирующие элементы по влиянию на температурную область существования полиморфных модификаций железа можно разделить на две группы.
К элементам первой группы относятся никель и марганец, которые понижают температуру точки А3 и повышают температуру точки А4. В результате этого по диаграмме состояния железо-- легирующий элемент наблюдается расширение области г-фазы и сужение области существования б-фазы (рис. 1, а). Как видно из рис. 1, а, под влиянием легирующих элементов температурная точка А4 повышается до линии солидус, а температурная точка А3 при повышенной концентрации легирующего элемента снижается до нормальной температуры. Следовательно, сплавы, имеющие концентрацию легирующего элемента больше указанной на рис. 91, а (точка х), не испытывают фазовых превращений б-г и при всех температурах представляют собой твердый раствор легирующего элемента в г -железе. Такие сплавы называют аустенитными.
Рисунок 1 - Схемы влияния легирующих элементов на полиморфизм железа.
Сплавы, частично претерпевающие превращение б-г называют полуаустенитными.
Элементы второй группы (Сг, Mo, W, V, Al, Si и др.) понижают температуру критической точки А4 и повышают температуру точки А3. Это приводит к тому, что при определенной концентрации легирующих элементов (см. точку у на рис.1, б) критические точки А1 и А3, а точнее их интервалы, сливаются, и область г-фазы полностью замыкается. При содержании легирующего элемента большем, чем указано на рис.1, б (точка у), сплавы при всех температурах состоят из твердого раствора легирующего элемента в б-железе. Такие сплавы называют ферритными, а сплавы, имеющие лишь частичное превращение, -- полуферритными.
Легирующие элементы оказывают большое влияние на точку А1 соответствующую температуре перехода перлита в аустенит. Никель и марганец снижают температуру А1, a Ti, Mo, Si, W и другие элементы повышают температуру А1. Легирующие элементы уменьшают эвтектоидную концентрацию углерода и предельную растворимость углерода в аустените, сдвигая точки S и Е на диаграмме состояния Fe--С влево. Перитектическое, эвтектическое и эвтектоидное превращения протекают не при постоянной температуре, как в двойных системах, а в некотором интервале температур. В системе Fe--Мn--С г-фаза о увеличением содержания марганца существует и в области более низких температур. В системе Fe--Сr--С с возрастанием концентрации хрома область существования г-фазы сужается. Состав карбидной фазы (К) в марганцовистых сталях соответствует соединению (FeMn)3C, в котором часть атомов железа замещена атомами марганца. В хромистых сталях образуются (Fe, Cr)3C и специальные хромистые карбиды, состав и структура которых зависят от содержания углерода и хрома. При низком содержании углерода и высоком содержании хрома образуются ферритные стали, не претерпевающие полиморфного превращения.
Микроструктура стали в исходном (отожженном состоянии) изображена на рис. 2 б.
Заэвтектоидные легированные стали содержат от 1% С и имеют различные микроструктуры в зависимости от количества легирующих элементов. Типичные примеры микроструктуры приведены на рисунке 2.
Рисунок 2 - Микроструктура легированых сталей.
Критические температуры стали ШХ 4:
Ac1 = 724°С, Ac3(Acm) = 900°С, Ar3 (Arcm) = 713°С, Ar1 = 700°С, Mn = 210°С.
Механические свойства при t = 20 °С
Таблица 3 - Механические свойства стали ШХ 4
марка |
Механические свойства |
|||||
ут |
ув |
д, % |
KCU, кДж/м2 |
НВ после отжига |
||
МПа |
||||||
ШХ |
370-410 |
590-730 |
20 |
440 |
197 |
Технические условия на готовую деталь
1. Твердость после ТО: 62 HRC.
2. Структура в состоянии поставки - зернистый перлит.
3. Микроструктура после термообработки - мартенсит.