Фазовый состав, структура, свойства и назначение стали марки 35ХГ2 и 4Х5МФС

Министерство образования и науки Украины

Национальная металлургическая академия Украины

Кафедра: «Материаловеденье и обработка металлов давлением»

По дисциплине: «Легированные стали»

Курсовая работа

на тему: «Анализ изотермических и термокинетических диаграмм распада переохлажденного аустенита и выбор термической обработки»

Выполнил: ст. гр. МВ-03-10 Ишков С. С.

Проверил: доц. Ковзель М. А.

Днепропетровск 2013

Содержание

Введение

ФАЗОВЫЙ СОСТАВ, СТРУКТУРА, СВОЙСТВА И НАЗНАЧЕНИЕ СТАЛИ

1.1 Общее положение

1.2 Фазовый состав, структура, свойства и назначение стали марки 35ХГ2 и 4Х5МФС

РЕЖИМ ТЕРМООБРАБОТКИ СТАЛИ МАРОК

2.1 Виды термообработки для марки стали 35ХГ2 и 4Х5МФС

ОПИСАНИЕ И АНАЛИЗ ДИАГРАММ ИЗОТЕРМИЧЕСКОГО РАССПАДА АУСТЕНИТА

3.1 Общее описание и характеристика диаграмм изотермического распада аустенита

3.2 Описание изотермической диаграммы распада переохлажденного аустенита для марки стали 35ХГ2

3.3 Описание термокинетической диаграммы распада переохлажденного аустенита для марки стали 4Х5МФС

ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ИЗДЕЛИЙ ИЗГОТОВЛЕННЫХ ИЗ СТАЛИ МАРОК 35ХГ2, 4Х5МФС

4.1 Термическая обработка поршневого пальца изготовленного из стали 35ХГ2

4.2 Термическая обработка штамповых сталей для горячего деформирования из стали марки 4Х5МФС

Выводы

Введение

В настоящее время легированные стали и сплавы являются распространенным и универсальным классом материалов. Большинство металлических материалов характеризуются кристаллическим состоянием, их структура сформирована в результате ограниченного числа фазовых превращений. Это позволяет рассматривать закономерности формирования структуры и свойств с единых позиций в сплавах любого состава. Установление взаимосвязи состав - структура - свойства позволяет не только улучшить качество уже существующих материалов, но и создавать новые, с заранее заданными свойствами. Характеристика стали обусловлена не только химическим составом, но и данные о положении критических точек и кинетике распада переохлаждённого аустенита, о чувствительности стали к прогреву и роста зерна. Особое большое значение имеет сведения о кинетики превращения переохлаждённого аустенита, на основании которых решают вопросы прокаливаемости, режимов термической обработки и механических свойств детали.

С целью снижения металлоемкости в последнее время большое внимание уделяется вопросам создания материалов, которые можно использовать для уменьшения весовых с сохранением прочностных характеристик. Получение знаний о кинетике превращения и процессах структурообразования переохлажденного аустенита, являются основой при создании технологических процессов термической обработки для новых видов металлопродукции.

ФАЗОВЫЙ СОСТАВ, СТРУКТУРА, СВОЙСТВА И НАЗНАЧЕНИЕ СТАЛИ

Общее положение

Сплавы железа - сталь и чугун - основные металлические материалы, используемые в различных отраслях народного хозяйства. Наиболее широко применяют стали. Они должны иметь хорошие технологические свойства: легко обрабатываться давлением, а также хорошо обрабатываются на металлорежущих станках, свариваться. В ряде случаев от них требуется высокая коррозионная стойкость или жаропрочность и т. д.Достоинством сталей является возможность получать нужный комплекс свойств, изменяя их состав и вид обработки.

Стали подразделяют на углеродистые и легированные. Углеродистые стали - это основной конструкционный материал, который используют в различных областях промышленности. Они проще в производстве и значительно дешевле легированных. Свойства их определяются количеством углерода и содержанием присутствующих в них примесей, которые взаимодействуют и с железом, и с углеродом.

Элементы, специально вводимые в сталь в определенных концентрациях с целью изменения ее строения и свойств, называются легирующими элементами. Легирующие добавки повышают прочность, коррозийную стойкость стали, снижают опасность хрупкого разрушения. В качестве легирующих элементов выступают: Cr, Ni, Si, Mn, Mo, W, V, Ti, Mo и т.д.

Легированную сталь по степени легирования разделяют на: низколегированную (легирующих элементов до 2,5 %), среднелегированную (от 2,5 до 10 %), высоколегированную (от 10 до 50 %).

Примесями называют химические элементы, перешедшие в состав стали в процессе ее производства как технологические добавки, или как составляющие шихтовых материалов. Содержание примесей в стали, конечно, ограничивается следующими пределами: Mn£0,8%; Si£0,4%; Cr£0,3%; Ni£0,3%; Cu£0,3%; Mo£0,1%; W£0,2%; P£0,025-0,040%; S£0,015-0,050%.

Легирующие элементы в сплавах Fe-C классифицируют по степени сродства к углероду, по сравнению со сродством к нему железа. По этому признаку различают карбидообразующую и некарбидообразующие легирующие элементы.

Карбидообразующие элементы — Ti, Zr, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Mn, Fe.

Некарбидообразующие элементы — Cu, Ni, Co, Si, Al.

Склонность к карбидообразования легирующих элементов тем сильнее, чем менее пристроенной является d-оболочка у металического атома.

Фазовый состав, структура, свойства и назначение стали марки 35ХГ2 и 4Х5МФС

Марка стали 35ХГ2

Марки стали 35ХГ2 - это конструкционная легированная сталь. Применяться для цементуемых деталей небольших сечений, работающих на трение.

Заменители марки стали 35ХГ2 являются 35ХГФ, 40ХГТР

Таблица 1.1 - Химический состав в % марки стали - 35ХГ2

C	Si	Mn	Ni	S	P	Cr	Cu
0.32-0.4	0.17-0.37	1.6-1.9	до 0.3	до 0.035	до 0.035	0.4- 0.7	до 0.3

Марганец (Mn) - как и кремний, содержится в обыкновенной углеродистой стали в небольшом количестве и особого влияния на ее свойства также не оказывает. Однако марганец образует с железом твердый раствор и несколько повышает твердость и прочность стали, незначительно уменьшая ее пластичность. Марганец связывает серу в соединение MnS, препятствуя образованию вредного соединения FeS. Кроме того, марганец раскисляет сталь. При высоком содержании марганца сталь приобретает исключительно большую твердость и сопротивление износу.

Хром (Cr) – наиболее дешевый и распространенный элемент. Хром повышает твердость и прочность, незначительно уменьшая пластичность, увеличивает коррозионную стойкость; содержание большого количества хрома делает сталь нержавеющей и обеспечивает устойчивость магнитных сил.

Таблица 1.2- Технологические свойства

Температура ковки, °С	Обрабатывае-мость резаньем	Склон-ность к отпускной хрупкости	Флокено- чувстви- тельность	Коррозионная стойкость
начало	конца	Твердый сплав Kν=0,75 Быстрорежущая сталь Kν=0,55	Склонна	Не чувствительна	Низкая

Свариваемость марки стали 35ХГ2. Для получения качественных сварных соединений требуются дополнительные операции: подогрев до 200 - 300°С

при сварке, термообработка после сварки - отжиг

Таблица 1.3 - Механические свойства при Т=20^oС материала 35ХГ2

Сортамент	Размер	s_b	s_t	d₅	y	KCU
-	мм	Мпа	Мпа	%	%	кДж / м²
Пруток, ГОСТ 4543-71	Ø 25

Обозначения:

Механические свойства:

s_в - Предел кратковременной прочности, [МПа]

s_T - Предел пропорциональности (предел текучести для остаточной деформации), [МПа]

d₅ - Относительное удлинение при разрыве, [ % ]

y - Относительное сужение, [ % ]

KCU - Ударная вязкость, [ кДж / м2]

Марка стали 4Х5МФС

Марка стали 4Х5МФС – это инструментальная штампованная сталь. Достаточно устойчивой маркой инструментальной стали к коррозийному растрескиванию при воздействии высокого напряжения. Также данная марка стали устойчива к коррозии. Основными изделиями, производимыми из такой стали, являются инструменты, эксплуатируемые при различных температурных режимах. Следует отметить, что поковка из марки стали 4Х5МФС отличается вязкостью и повышенной стойкостью к термическому удару. Сплав 4Х5МФС применяется для производства поковок различных деталей общего машиностроения, пресс-форм для литья под лавлением алюминиевых, а также цинковых и магниевых сплавов, мелких молотовых штампов, крупных (толщиной или диаметром более 200 мм) молотовых и прессовых вставок при горячем деформировании конструкционных сталей и цветных сплавов в условиях крупносерийного массового производства.

Марку стали 4Х5МФС заменяют такие марки как 4Х5МФ1С и 4Х4ВМФС.

Таблица 1.4 - Химический состав в % марки стали 4Х5МФС

C	Si	Mn	Ni	S	P	Cr	Mo	V	Cu
0.32 - 0.4	0.9 - 1.2	0.2 - 0.5	до 0.35	до 0.03	до 0.03	4.5 - 5.5	1.2 - 1.5	0.3 - 0.5	до 0.3

Ванадий (V) -повышает прочность, эластичность, твердость и ударную вязкость в соединении с другими элементами, повышает сопротивление стали на ползучесть и измельчает зерно. Увеличивает плотность стали, так как является хорошим раскислителем, он дорог и дефицитен.

Кремний (Si) - в количестве свыше 1% оказывает особое влияние на свойства стали: содержание 1-1,5% увеличивает прочность, при этом вязкость сохраняется. При большем содержании кремния увеличивается электросопротивление и магнитопроницаемость. Кремний увеличивает также упругость, кислостойкость, окалиностойкость.

Таблица 1.5 - Механические свойства при Т=20^oС марки стали 4Х5МФС

Сортамент	Размер	s_в	s_t	d₅	y	KCU
-	мм	Мпа	Мпа	%	%	кДж / м²
Сортовая