Формирование перечня марок сталей и сплавов для изготовления стакана.

Выбор стали для изготовления детали, а также метод её упрочнения определяется в первую очередь условиями работы, величиной и характером напряжений, возникающих в ней в процессе эксплуатации, размерами и формой детали и т.д.

Согласно изложенным в разделе 1 требованиям для сравнения механических и эксплуатационных свойств материала для изготовления стакана, были выбраны четыре стали марок сталь 40ХФА, 25ХГСА, 30ХГСА и 30.

Химический состав сталей указан в таблице 1, технологические свойства указаны в таблице 2, механические свойства указаны в таблице 3.

Таблица 1- Химический состав, % (по массе). ГОСТ 4543-71.

Марка стали	С	Si	Mn	Ni	S	P	Cr	Cu	V	As
40ХФА	0,37-0,44	0,17-0,37	0,5-0,8	до 0,3	до 0,025	до 0,025	0,8-1,1	до 0,3	0.1-0.18	-
25ХГСА	0,22-0,28	0,9-1,2	0,8-1,1	до 0,3	до 0,025	до 0,025	0,8-1,1	до 0,3	-	-
30ХГСА	0,28-0,34	0,9-1,2	0,8-1,1	до 0,3	до 0,025	до 0,025	0,8-1,1	до 0,3	-	-
Сталь 30	0,27-0,35	0,17-0,37	0.5-0.8	до 0,25	до 0,04	до 0,035	до 0,25	до 0,25	-	до 0.08

Таблица 2 – Технологические свойства сталей

Марка стали	Свариваемость	Флокеночувствительность	Склонность к отпускной хрупкости
40ХФА	Трудносвариваемая (0,3)	Чувствительна (0,5)	Склонна (0,5)
25ХГСА	Без ограничений (1)	Чувствительна (0,5)	Склонна (0,5)
30ХГСА	Ограниченно свариваемая (0,5)	Чувствительна (0,5)	Склонна (0,5)
Сталь 30	Ограниченно свариваемая (0,5)	Не чувствительна (1)	Не склонна (1)

Таблица 3- Механические свойства сталей

Марка стали	МПа	МПа	Ψ %	δ %
40ХФА
25ХГСА
30ХГСА
Сталь 30

Принципы выбора материала и критерии оценки эффективности его использования для изготовления стакана. Сравнительная оценка материалов по свойствам, стоимости и технологичности.

Для изготовления улучшаемых деталей применяют как углеродистые, так и легированные стали с содержанием углерода до 0,5%. Основное назначение легирующих элементов в улучшаемой стали – повышение ее прокаливаемости и механических свойств сердцевины.

Наиболее резко увеличивает содержание углерода в поверхностной зоне слоя хром. В ряде случаев с повышением содержания в стали карбидообразующих элементов концентрация углерода в слое повышается лишь до определенного предела, после чего снижается.

Сравним выбранную группу сталей по свойствам.

а

б

 

в

г

Рисунок 2 – Механические свойства: а - предел прочности, б - предел текучести, в - относительное сужение, г - относительное удлинение.

 

а

б

в

Рисунок 3 – Технологические свойства: а - свариваемость, б - флокеночувствительность, в – склонность к отпускной хрупкости.

Проанализировав выбранные стали по механическим и технологическим свойствам, для изготовления стакана была выбрана сталь 30ХГСА, которая обладает самым высоким пределом прочности, чем стали 40ХФА, 25ХГСА, сталь 30. Эта сталь закаливается, сваривается, флокеночувствительна, но склонна к отпускной хрупкости.

Сталь 30ХГСА применяется для изготовления следующих элементов: различные улучшаемые детали: валы, оси, зубчатые колеса, фланцы, корпуса обшивки, лопатки компрессорных машин, работающие при температуре до 200°С, рычаги, толкатели, ответственные сварные конструкции, работающие при знакопеременных нагрузках, крепежные детали, работающие при низких температурах.

 

ВЫБОР РЕЖИМОВ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛИ С ОПИСАНИЕМ ФАЗОВЫХ И СТРУКТУРНЫХ ПРЕВРАЩЕНИЙ.

Предварительная термическая обработка стали 30ХГСА.

Предварительной термической обработкой следует называть такую обработку, которая предназначена для решения задачи по увеличению технологических свойств металла или технологичности, что важно для изготовления деталей, или повышения механических свойств готовых изделий, которые не могут быть достигнуты только в результате одной окончательной термической обработки.

Технологические задачи, которые решаются методами предварительной обработки, - это подготовка или получение такой структуры, которая обеспечивает хорошую обрабатываемость, ускорение процессов диффузии при окончательной термической обработке.

Для стали 30ХГСА проводим в качестве предварительной термической обработки полный отжиг до температуры 860^оС, А_с1=760, А_с3=830.

Отжиг представляет собой операцию термической обработки, заключающуюся в нагреве стали, выдержке при данной температуре и последующем медленном охлаждении вместе с печью или в песке со скоростью 2-3° в минуту. В результате отжига образуется устойчивая структура, свободная от остаточных напряжений.

Отжиг является одной из важнейших массовых операций термической обработки стали.

Цель отжига:

1) снижение твердости и повышение пластичности для облегчения обработки металлов резанием;

2) уменьшение внутреннего напряжения, возникающего после обработки давлением (ковка, штамповка), механической обработки и т. д.;

3) снятие хрупкости и повышение сопротивляемости ударной вязкости;

4) устранение структурной неоднородности состава материала, возникающей при затвердевании отливки в результате ликвации;

5) изменение свойств наклепанного металла.

В зависимости от поставленных задач отжиг производится при различных температурах и бывает двух видов: неполный и полный.

Температура отжига, как правило, должна быть на 20-30° выше А_с3. Время отжига – 1 час.

х500

Рисунок 4 – Микроструктура стали 30ХГСА после полного отжига (Ф + П)