Ministerul Agriculturii şi Industriei Alimentare din Republica Moldova

Universitatea Agrară de stat din Moldova

Facultatea de Inginerie Agrară şi Transport Auto

Catedra:” Mentenanţa maşinelor şi ingineria materialelor”

Lucrare individuala

DISCIPLINA:Studiul Materialelor

A efectuat: st.an.1.gr.6

Ucrainciuc Al-dru

A verificat: asistent.univ.

Banatri Alexandru

Chisinau 2011

Introducere.

1

Pe parcursul cursului de Studiul Materialelor am făcut cunoştinţă cu

mai multe tipuri şi noţiuni despre metale şi aliajele lor. Metalul a fost

definit ca o subtanţă chimică solidă alcătuită din 2 sau mai multe elemente.

Metalele ce au în componenţă doar 2 elemente se numesc aliaje binare cum

ar fi fontele şi oţelurile. Metalele cu 3 elemente se numesc aliaje terţiare iar

cele cu 4 şi mai multe se numesc polinare.

Metalul pe care îl voi carecteriza în continuare este un aliaj binar

avînd în compoziţie 2 elemente. Astfel de material este folosit la

producerea ciocanului.

Oţelul dat face parte din clasa oţelelor calitative şi poate fi

decodificat în dependenţă de procentul de carbon şi elementele de aliere ale

lui. Oţelul 40x este un metal destul de dur şi de rezistent la lovituri de şoc

ce acţionează asupra piesei în timpul lucrului. Ciocanul are o răspîndire

mare în viata de zi cu zi ,el se intilneste in orce gospodarie,chiar si in setul

de instrumente al unui inginer . Destinaţia lui este de a de efectua diferite

lovoturi . De aici ne dăm bine seama ca pentru a se produce asemenea

fenomen este nevoie de o rezistenţă înaltă la rupere şi lovituri şi să posede

o elasticitate mare. Materialul folosit pentru ramura dată poate fi ca

exemplu 40x.

Pentru a fi confecţionată şi dată în exploatare piesa dată, acest

metal/aliaj este supus unor “schimbări”, suferă unele transformări în

structura lui.

1. Scopul lucrării.

2

Scopul lucrării individuale este de a determina, întocmi şi proiecta

procesele tehnologice ale tratamentelor termice a unui oţel folosit la

realizarea unei piese. În lucrarea dată vom putea identifica care vor fi

aceste tratamente termice, la ce temperatură vor fi aplicate, ce urmări vor

avea şi cîte tratamente trebuie oţelului/aliajului prezentat.

2. Sarcinile lucrării:

Elaborarea procesului tehnologic a tratamentului tehnologic

la ,,arborele de distributie’’

Confectionat (a) din: 40x .

Cu dimensiunile 40 x 40 x 80. In rezultatul tratamentului termic ete necesar

de asigurat duritatea de HRC 45 - 50.

Procesul tehnologic al tratamentelor termice aplicate aliajului constă

din următoarele etape.

Deasemenea este permisă şi aplicarea unei normalizări înalte.

Normalizarea pentru 40x are ca scop obţinerea unui grăunte fin şi omogen

şi a unei perlite fine numită perlită sorbitică care asigură duritate şi

rezistenţă mai mare decît la recoacerea obişnuită. Încălzirea pentru

3

normalizare, cu 930 – 940 ºC se face la oţelurile hipoeutectoide. Oţelul se

menţine la această temperatură pînă la efectuarea transformărilor de fază şi

Parametrii si

proprietatile

aliajului

Carbo

n

Elementele insotitoare Elementele de aliere

C Mn Si S P Cr Ni Cu

HB,Mpa ↗ ↗ ↗ ↘ ↘ ↗ ↗ ↗

δ,Mpa ↗ ⁄ ↗ ↘ ↘ ↗ ↗ ↗

δ,% ↘ ⁄ ↗ ↘ ↘ ↗ ↗ ↗

KCU,J\m² ↘ ⁄ ↗ ↘ ↘ ↗ ↗ ↘

Ac₁,⁰C — ↘ ↗ — — ↘ ↘ ↗

Ac₃,⁰C — ↘ ↗ — — ↘ ↘ ↗

Amm,⁰C — ↘ ↗ — — ↘ ↘ ↘

Ms,⁰C ⁄ ⁄ ↘ — — ↘ ↘ ↘

Mf,⁰C ↘ ↘ ↘ — — ↘ ↘ ↘

Vcr. ↘ ↘ ↘ — — ↘ ↘ ↘

Cantitateade

austenita

reziduala(%)

⁄ ↗ ↗ — — ⁄ ⁄ ↗

Calibilitatea ⁄ ↗ ↗ — — ⁄ ⁄ ⁄

Influenta carbonului,impuritatilor inevitabile si elementelor de aliere

asupra proprietatilor aliajului

răcirea în aer liniştit. Prin răcire în aer se evită separarea feritei

proeutectoide. Tratamentul corectează structura cu grăunte grosolan şi

4

structura Widmansätten şi spre deosebire de recoacerea obişnuită, are o

productivitate mult mai mare şi înlocuieşte deseori recoacerea obişnuită.

Normalizarea poate fi utilizată atît ca tratament termic preliminar,

pentru obţinerea unui grăunte fin, cît şi ca tratament termic final.

Normalizarea este un tratament termic care permite materialului o

prelucrabilitate mai uşoară a piesei. Scopul este îmbunătăţirea

prelucrabilităţii prin aşchiere al oţelului.

Un alt tratament termic final aplicat oţelului/aliajului folosit pentru

astfel de piese este revenirea.

Pentru piesa respectivă este caracteristică revenirea înaltă. Revenirea

înaltă constă în încălzirea produsului călit martensitic în intervalul de

temperaturi 300…500 ºC, în scopul obţinerii în structură de troostită+

sorbită de revenire care asigură cele mai bune asociaţii de proprietăţi cerute

de practică şi în special cea mai bună rezilienţă (rezistenţă la lovituri de

şoc), la rupere superioară, dar cuo duritate mai scăzută. Dacă încălzirea se

efectuează la temperaturi apropiate de punctul critic Ac1 (600 … 650)  ºC,

o durată mai mare de 4 … 5 ore, se obţine perlita globulară (cementita

globulară). Cementita globulară asigură îmbunătăţirea prelucrabilităţii prin

aşchiere şi pregătirea structurii în vederea tratamentului termic final de

călire. Structurile de revenire obţinute la diferite temperaturi depind de

durata de menţinere la revenire.  

Caracteristici generale a otelului 40Х:

Заменитель

Стали: 7ХBН, 50ХН, 38ХГН, 35ХГФ, 40ХНР, 40ХНМ, 30ХГВТ.

Вид поставки

Сортовой прокат, в том числе фасонный: ГОСТ 4543-71, ГОСТ 259071, ГОСТ 2591-71, ГОСТ 2879-69, ГОСТ 10702-78. Калиброванный пруток ГОСТ 7417-75, ГОСТ 8560-78, ГОСТ 10702-78, ГОСТ 4543-71. Шлифованный пруток и серебрянка ГОСТ 4543-71, ГОСТ 14955-77.Лист толстый ТУ 14-1-1930-77. Полоса ГОСТ 103-76. Поковки и кованые заготовки ГОСТ 1133-71, ГОСТ 8479-70, ГОСТ 4543-71. Валки ОСТ 24.013.21-85. Трубы ОСТ 14-21-77.

Назначение

5

Оси, валы, шатуны, зубчатые колеса, валы экскаваторов, муфты, валы-шестерни, шпиндели, болты, рычаги, штоки, цилиндры и другие ответственные нагруженные детали, подвергающиеся вибрационным и динамическим нагрузкам, к которым предъявляются требования повышенной прочности и вязкости. Валки рельсобалочных и крупносортных станов для горячей прокатки металла.

Химический состав

Химический элемент %

Кремний (Si) 0.17-0.37

Медь (Cu), не более 0.30

Марганец (Mn) 0.50-0.80

Никель (Ni) 1.00-1.40

Фосфор (P), не более 0.035

Хром (Cr) 0.45-0.75

Сера (S), не более 0.035

Механические свойства

Термообработка, состояние поставки

Сечение, мм

s 0,2 , МПа

s B , МПа

d 5 , % y , %KCU, Дж/м 2

HB

Пруток. Закалка 820 °С, вода или масло. Отпуск 500 °С, вода или масло.

  25 785 980 11 45 69  

Поковки. Нормализация

КП 315 100-300 315 570 14 35 34 167-207

КП 315 300-500 315 570 12 30 29 167-207

КП 315 500-800 315 570 11 30 29 167-207

Поковки. Закалка. Отпуск.

КП 345 300-500 345 590 14 38 49 174-217

КП 395 <100 395 615 17 45 59 187-229

КП 395 100-300 395 615 15 40 54 187-229

КП 395 300-500 395 615 13 35 49 187-229

КП 395 500-800 395 615 11 30 39 187-229

КП 440 <100 440 635 16 45 59 197-235

КП 440 100-300 440 635 14 40 54 197-235

КП 440 300-500 440 635 13 35 49 197-235

КП 440 500-800 440 635 11 30 39 197-235

КП 490 <100 490 655 16 45 59 212-248

КП 490 100-300 490 655 13 40 54 212-248

КП 540 <100 540 685 15 45 59 223-262

КП 540 100-300 540 685 13 40 49 223-262

КП 590 <100 590 735 14 45 59 235-277

КП 590 100-300 590 735 13 40 49 235-277

6

Proprietati mecanice la marirea temperaturii

испытания, °C

s B , МПа

d 5 , % y , %

Нормализация 850 °С.

20 790 18 48

200 750   50

300 690 20  

400 540 25 65

500 480 25 79

600 350 27 85

Образец диаметром 6 мм, длиной 30 мм, кованый и нормализованный. Скорость деформирования 50 мм/мин, скорость деформации 0,03 1/с.

700 225 36 92

800 130 57 96

900 91 71 100

1000 62 75 100

1100 45 76 100

1200 31   100

Proprietati mecanice in functie de temperatura de racire

t отпуска, °С

s 0,2 , МПа

s B , МПа

d 5 , % y , %KCU, Дж/м 2

HB

Закалка 820 °С, масло.

400 1220 1370 10 41 32 387

500 1080 1160 14 51 46 302

600 760 910 20 60 83 241

Механические свойства в зависимости от сечения

Сечение, мм

s 0,2 , МПа

s B , МПа

d 5 , % y , % HB

Нормализация 870-925 °С, закалка 790 °С, масло. Отпуск 540 °С.

40 780 960 18 58 325

80 730 920 20 54 302

120 710 910   50 300

7

Proprietati tehnologice

Температура ковки

Начала 1250, конца 830. Сечения до 50 мм охлаждаются на воздухе, 50-200 мм - в мульде, 201-300 мм - с печью.

Свариваемость

трудносвариваемая. РДС, АДС под флюсом, ЭШС. Необходимы подогрев и последующая термообработка.

Обрабатываемость резанием

В горячекатаном состоянии при НВ 166-170 и s B = 690 МПа K u тв.спл. = 1.0, K u б.ст. = 0.9.

Склонность к отпускной способности

склонна

Флокеночувствительность

повышенно чувствительна

Temperatura punctelor critice

Критическая точка °С

Ac1 735

Ac3 768

Ar3 700

Ar1 660

Mn 305

Rezilienta, KCU, Дж/см 2

Состояние поставки, термообработка +20 -20 -40 -60

Поковка 200X30 мм. Закалка. Отпуск. 116 116 93 80

Предел выносливости

s -1 , МПа t -1 , МПа n s B , МПа s 0,2 , МПа Термообработка, состояние стали

490 294   980 780 НВ 300-320

441 274   880 690 НВ 270-300

392 235   780 570 НВ 200-240

314-392   1Е+7   790 Нормализация. НВ 197.

Прокаливаемость

Duritatea HRCэ.

Расстояние от торца, мм / HRC э

1.5 3 4.5 6 9 12 15 21 27 33

8

52.5-58.5

51.5-58.0

49.5-5748-5641.5-54.5

35.5-4932.5-43.5

28-37.526.5-33.5

26-31.5

Кол-во мартенсита, %

Крит.диам. в воде, мм

Крит.диам. в масле, мм

Крит. твердость, HRCэ

50 60-112 37-76 44-47

90 40-89 18-56 50-53

Proprietatile fizice

Температура испытания, °С

20 100 200 300 400 500 600 700 800 900

Модуль нормальной упругости, Е, ГПа

200                  

Плотность, pn, кг/см37820 7800 7710 7840 7700          

Коэффициент теплопроводности Вт/(м ·°С)

  44 43 41 39 37        

Температура испытания, °С

20- 100

20- 200

20- 300

20- 400

20- 500

20- 600

20- 700

20- 800

20- 900

20- 1000

Коэффициент линейного расширения (a, 10-6 1/°С)

11.8 12.3 13.4 14.0            

3. Influenţa elementelor de aliere asupra structurii şi

proprietăţilor aliajului.

Dizolvîndu-se în ferită, elementele de aliere, care diferă prin parametrii reţelei

de cei ai feritei, creează tensiuni în reţeaua cristalină şi duc la scimbarea

parametrilor reţelei. Cromul face parte din grupa de elemente cu rază atomică

mai mică de cît ferita, deci el micşorează

parametrii reţelei de ferită, siliciul este reprezentantul grupei de elemente

cu rază atomică mare ceea ce duce la mărirea reţelei feritei. Siliciul serveşte

la dezoxidarea oţelului, el este solubil în ferită. Datorită marii afinităţi

9

pentru oxigen poate forma oxizi şi silicaţi. Siliciul nedizolvat în ferită se

găseşte în structură sub formă de incluziuni fragile oxizi şi silicaţi.

Influenţa elementelor de aliere asupra transformărilor alotropice ale

fierului poate fi explicată prin următoarele noţiuni:

Elementele de aliere formează cu fierul soluţii solide de substituţie şi

mai rar de interstiţie. Raportul elementelor de aliere faţă de fier este

reprezentat de influenţa lor asupra transformărilor alotropice ale fierului,

asupra poziţiei punctelor diagramei Fe – C şi asupra proprietăţilor feritei.

În funcţie de influenţa lor asupra transformărilor alotropice ale

fierului, elementele de aliere ale acestui aliaj fac parte din grupa a II-a

adică din grupa elementelor alfagene. Elementele alfagene ridică

temperatura punctului critic A3 şi coboară temperatura punctului critic A4

lărgind domeniul de existenţă al fierului α şi îngustînd domeniul fazei γ.

Cromul, la conţinuturi mici, coboară pe A3, apoi îl ridică, ca şi celelalte

elemente din grupă. Aceste elemente dau oţeluri feritice. Punctul de

saturaţie a austenitei în carbon E este mutat spre stînga, făcînd ca oţelul

aliat să aibă o structură ledeburitică, cea mai puternică influenţă în acest

sens avînd-o siliciu Si.

Influenţa elementelor de aliere asupra transformărilor cu carbonul:

10

Elementul de aliere Cr-ul, face parte din categoria elementelor care

se combină cu carbonul formînd carburi. El face parte din grupa de trecere

şi are un substrat electronic d mai puţin complet decît fierul. Cu cît acest

strat este mai incomplet cu atît afinitatea elementului faţă de carbon este

mai puternică şi stabilitatea carburilor formate este mai mare.

Siliciu este un element ce reprezintă grupa a doua care nu formează

carbură şi provoacă în oţel separarea carbonului sub formă de grafit

(grafitizarea oţelului).

4. Influenţa elementelor de aliere asupra transformărilor

după tratamentele termice.

În figurile de mai jos se prezintă variaţia cu continutul d elemente de aliere a rezistenţei la rupere Rm, alungirii A şi rezilientei KCU.

11

50

0

-50

100

150

200 1 2 4 6 8

6.Alegerea şi argumentarea operaţiilor prealabile ale

tratamentelui termic şi termochimic

V Si

Cr

Ni

12

Argumentarea alegerii operaţiilor tratamentelor termice:

Oţelurile folosite la fabricarea diferitor piese pentru maşini trebuie să

posede proprietăţi mecanice superioare. Oţelurile trebuie să conţină nu

numai oproprietate ci o asociaţie ale proprietăţilor mecanice cu valori mari.

Ele trebuie să fie rezistente la loviturile de şoc, rezistente la uzură, să fie

rezistente la oboseală, la rupere, plasticitate şi tenacitate înaltă. Proprietăţile

mecanice depind de structura şi compoziţia oţelului şi a elementelor de

aliere şi de TT. Alegerea regimurilor sau altfel spus regimurile operaţiilor

preventive a tratamentelor termice se efectuează cu scopul mării prelucrării

şi obţinerea proprietăţilor mecanice, deoarece oţelurile aliate de construcţie

în comun cu aşchierea.

Argumentarea alegerii operaţiilor finale ale tratamentelor

termice:

Călirea este tratamentul termic care constă în încălzirea oţelului în

domeniul austenitic, menţinerea la temperatura respectivă pentru

producerea transformărilor urmate de călirea rapidă. Astfel încît austenita

să se transforme într-o structură tipică de călire martensitică. După călire

proncipala operaţie pentru oţelul 40xeste revenirea şi anume revenirea

înaltă la temperatura de 600 oC. Revenirea oţelului este tratamentului

termic care se alică produselor martensitice în scopul determinării şi

obţinerii unor oscilaţii de plasticitate prin realizarea unor structuri care să

asigure micşorarea durităţii şi creşterea plasticităţii.

Tratamentul termic constă în încălzirea la o temperatură aproape de

Ac1, manţinere la această temperatură de încălzire urmată apoi de răcire.

Revenirea este un TT final.

Alegerea şi determinarea regimurilor tratamentelor termice:

Aici putem specifica următoarele regimuri: temperatura de încălzire,

timpul de încălzire, timpul de menţinere la temperatura dată, viteza de

răcire. Temperatura de încălzire se ia după diagrama de echilibru pentru

13

oţelurile hipoeutectoide temperatura se ia cu 30 ... 50 oC mai sus de Ac3.

Durata de încălzire a oţelului constă în perioada de încălzire T+τ min., unde

τ min. este perioada modificării izoterme, τ – timpul final.

Concluzie: In urma efectuarii lucrarii de laborator nr.9 m-am familiarizat cu toata informatia acumulata din sursele mentianate mai jos, si am aflat multe despre otelul 7XBH (care sunt elementele aliate si ce promrietati mecanice are).

Lista literaturii utilizate:” Studiul materialelor”Marian Radulescu

„Studiul Materialelor”Colan„Tehnologia Materialelor”A.Palvalvi„Tehnologia Materialelor”Aurel Nanu

“www.gogle.com”

14