Режимы термообработки стали 65г

Режим термической обработки рессор из стали 65Г

Для изготовления упругих элементов общего назначения, применяются легированные рессорно-пружинные стали.

Особенность работы деталей типа упругих элементов состоит в том, что в них используются в основном упругие свойства стали и не допускаются при нагрузке (статической, динамической, ударной) возникновение пластической деформации.

В связи с этим стали должны иметь высокое сопротивление малым пластическим деформациям, т.е. высокие пределы упругости (текучести) и выносливости при достаточной пластичности и в сопротивлении хрупкому разрушению.

Важные характеристики сталей данного типа – релаксационная стойкость и прокаливаемость. Для обеспечения этих требований сталь должна иметь однородную структуру, т. е. хорошую закаливаемость и сквозную прокаливаемость (структуру мартенсита по всему сечению детали после закалки).

Наличие в структуре стали феррита, продуктов эвтектоидного распада, остаточного аустенита снижает упругие свойства детали. Известно, что сопротивление малым пластическим деформациям возрастает с уменьшением размера зерна в стали.

К группе рессорно-пружинных сталей общего назначения относятся стали перлитного класса с содержанием углерода 0,5. 0,7%, которые для улучшения свойств (прокаливаемость, предел выносливости, релаксационная стойкость, мелкозернистая структура) дополнительно легируют кремнием (1,5. 2,8%), марганцем (0,6. 1,2 %), хромом (0,2. 1,2%), ванадием (0,1. 0,25%), вольфрамом (0,8. 1,2%), никелем (1,4. 1,7).

Эксплуатационные свойства стали приобретают после термической обработки, состоящей в закалке и среднем отпуске (350. 5200С) на тростит отпуска (рис.1а).

Применение находит также изотермическая закалка на нижний бейнит (рис.1б).

термический закалка сталь легированный

В соответствии с заданием необходимо подобрать режим термической обработки стали 65Г. Сталь обладает стойкостью к росту зерна. Имеет высокие механические свойства.

Примем первый вариант термической обработки (рис. 1а): закалку и средний отпуск. По данным ГОСТа 14959-79 температура закалки для 65Г составляет 840-8600С (АС3 = 7880С).

В качестве охлаждающей среды применяем масло.

Последующий отпуск проводим при температуре 420-4500С (выше температуры необратимой отпускной хрупкости). Получаемая структура тростита отпуска (мелкозернистая ферритоцементитная смесь) обеспечит высокое сопротивление малой пластической деформации при достаточных значениях пластичности и вязкости (рис.2а, б) с НRC = 40. 50.

Указанный режим термической обработки (рис.3) обеспечивает получение следующих свойств (минимальных): s 0,2 > 1270МПа; s в > 1470МПа; d > 12%; y > 42%; НВ » 3900 – 4800 МПа (отпуск 4500 ).

Сталь 65Г – сталь перлитного класса. Кремний несколько повышает точку А3 и снижает А4. Критические точки стали АС1 – 7520С , АС3 – 7880С. Учитывая содержание углерода, сталь по структуре отжига относится к доэвтектоидным сталям, однако кремний сдвигает точку S диаграммы Fe -Fe3C до 0,7 % С, т. е. сталь становится почти эвтектоидной. Поэтому необходимо проведение полной закалки (температура А3 – 30-500С, т.е. » 840-8600С). При полной закалке сталь нагревают до однофазной мелкозернистой аустенитной структуры (рис.4).

Последующее охлаждение в масле со скоростью большей чем V кр (наименьшая скорость охлаждения, при которой аустенит превращается в мартенсит) обеспечивает получение мелкозернистого мартенсита (рис.5)

VК – наименьшая скорость охлаждения, при которой аустенит превращается в мартенсит. Рассмотрим превращения, происходящие в стали 65Г при нагреве с исходной равновесной структуры Ф + Ц. На практике при обычных скоростях нагрева (электропечи) под закалку перлит сохраняет свое пластинчатое или зернистое строение до температуры АС1 (до 7520С для стали 65Г). При температуре АС1 в стали происходит превращение перлита в аустенит. Кристаллы (зерна) аустенита зарождаются в основном на границах фаз феррита и цементита. При этом параллельно развиваются два процесса: полиморфный переход Fea ® Fe g ; растворение аустенита в цементите.

Представим общую схему превращения П (Ф +Ц) ? А1 ® (Ф + Ц + А)1 ® (А + Ц)2 ® ( А неоднородный )3 ® (А гомогенный)4 Образование зерен аустенита происходит с большей скоростью, чем растворение цементита перлита, поэтому необходима выдержка стали при температуре закалки для полного растворения цементита и получения гомогенного аустенита.

Из рис.6 видно, что фазовая кристаллизация приводит к измельчению зерна в стали. При этом чем дисперснее структура перлита (Ф +Ц) и чем выше скорость нагрева стали, тем больше центров зарождения аустенита, а, следовательно, возрастает дисперсность продуктов его распада. Увеличение дисперсности продуктов распада аустенита приводит к увеличению пластичности, вязкости, уменьшение чувствительности к концентраторам напряжений. Рассмотрим изменение структуры в стали при закалке в масле. При непрерывном охлаждении стали со скоростью большей чем критическая скорость (рис.5) аустенит превращается в мартенсит. Мартенситное превращение развивается в сталях с высокой скоростью (1000-7000м/с) в интервале температур Мн. Мк. При этом необходимо учитывать, что с увеличением % С точки Мн и Мк понижаются, в то время как введение кремния их повышает.

Из рис.7 видно, что температура Мн и Мк определяются в основном химическим составом стали. В результате закалки стали 65Г структура может иметь кроме мартенсита и некоторое количество остаточного аустенита. Возможность мартенситного превращения в стали объясняется наличием принципа структурного и размерного соответствия между аустенитом – плоскость (111) и мартенситом – плоскость (110), т.е. g ® a переход носит бездиффузионный характер. Превращение аустенита в мартенсит происходит путем кооперативного направленного сдвига только атомов железа на расстояние меньше межатомных. Полученный мартенсит представляет собой перенасыщенный твердый раствор углерода в a – железе и имеет тетрагональную кристаллическую решетку. Атомы углерода занимают в основном октаэдрические поры. Образование в результате закалки мартенсита приводит к большим внутренним напряжениям, повышению твердости, прочности (фазовому наклепу), однако при этом возрастает склонность стали к хрупкому разрушению, что требует проведения дополнительно последующего отпуска.

Закалка пружинно-рессорной стали 65г

И холодное оружие согревает душу. Ара Багдасарян

Мастерская «Зброевы фальварак» на протяжении нескольких лет занимается изготовлением мечей и иного клинкового оружия для рыцарских фестивалей. Основной маркой стали, с которой работает наша мастерская, является сталь 65г.

Данная сталь в силу своих свойств, считается одной из лучших для изготовления длинноклинкового оружия предназначенного для рыцарских турниров.

Однако свойства стали, которые приобретаются в ходе изготовления меча, во многом есть результат правильной термической обработки . Так как же производится закалка стали 65г?

Нагрев стали, цвет в зависимости от температуры

Согласно справочнику, термообработка клинка должна происходить при следующих показателях:
закалка 830 (масло), отпуск 470 (воздух) HRC 38-45
закалка 810 (масло), отпуск 360 (воздух) HRC 44-49
закалка 830 (масло), отпуск 200 (воздух) HRC 44-49
В зависимости от толщины и площади детали, при отпуске от 200 до 400 градусов, может быть получена твердость в 55 единиц.
В случае с нашей мастерской, мы даем закалку на клинок в 52-55 единиц, соответственно закалка клинка происходит при температуре 830, а отпуск при 200 градусах. Конечно, это большая твердость для стали 65г, в этом процессе главное опытность термиста , потому что не правильно каленый клинок станет хрупким. Нужно чтобы клинок был достаточно мягким, т.е. при ударе о кромку лезвия не возникало сколов, кромка должна проминаться, а не откалываться.
Испытания нашей мастерской показали, что наши клинки соответствуют данным требованиям. Но еще раз, хочется повториться, что в деле термической обработки самое важное, это опыт термиста.
Сам процесс термической обработки стали происходит так:
Клинок перед закалкой нужно подогреть, а затем положить на коробчатый или П-образный противень и засыпать слоем отработанного древесно-угольного карбюризатора (так же может использоваться бура, у нее есть положительные свойства. Клинок после термообработки в среде буры требует меньшей шлифовки. Затем печка нагревается до температуры 830 градусов и выдерживается определенное время, в зависимости от толщины заготовки, в нашем случае клинка. Затем меч достается из печи и погружается в бак с маслом. Нужно помнить, что горячие детали с углем могут вспыхнуть и посему нужно быть осторожным при выполнении этого процесса. Также, нужно не забывать, что детали не должны успеть остыть после того как будут извлечены из печи. То есть бак с маслом должен находиться на весьма близком расстоянии от печи. Будет правильным, после закалки в масле обезжирить заготовку в горячем (90 град.) водном растворе ПАВ, например “Фери” или более дешевых аналогах. В крайнем случае, можно обезжирить клинок таким способом: дать маслу стечь, и просушить при температуре около 300 градусов, 2 часа, в результате масло высохнет, после чего можно делать отпуск на заданную твердость.
Небольшие заготовки охлаждаются на воздухе, крупные – в замкнутом пространстве (ящике).
Если требования к твердости не предъявляются, то можно и вообще не калить. Сделайте отжиг-нормализацию. Получите мелкозернистую, ровную структуру. Что касается времени отпуска, то есть правило. Чем больше углерода в стали, тем меньше должна быть скорость нагрева (это правило касается и отжига и закалки).
В целом, этот процесс требует большого опыта, т.е. сделать все по инструкции в данном случаи не получится.
Поэтому ищите хорошего термиста или готовьтесь к серьезному испытанию и материальным затратам.

Сталь 65Г: характеристики и применение

Существуют виды сталей, имеющих ограниченное применение. Именно к ним относят рессорно – пружинную сталь 65Г. Её характеристики отличают высокие параметры упругости и стойкостью к износу.

Химический состав

В состав марки 65Г входят следующие вещества:

до 0,65% углерода (С);

до 1,2% марганца (Мn);

до 0,4% кремния (Si);

до 0,25% хрома (Сг);

до 0,035% фосфора (Р);

до 0,25% никеля (Ni).

Расшифровка стали

Буква Г означает, что основной легирующий элемент – марганец, а цифра 65 – это процентное содержание углерода в сплаве в сотых долях (0,65%)

Наличие марганца в таком количестве увеличивает упругость стали и ее сопротивление на разрыв.

Эта сталь выпускается на основании ГОСТ14959-2016.

Действие этого документа относится к горячекатанному и кованному прокату. Кроме того, он регламентирует такую продукцию, как специальный прокат, который предназначен для производства пружинной и рессорной продукции. Этот ГОСТ нормирует химический состав проката.

Производители выпускают следующую номенклатуру продукции:

• сортовой прокат, в т. ч. фасонный – ГОСТ 14959-79;
• пруток калиброванный – ГОСТ 1051-73;
• серебрянка – ГОСТ 14955-77.

Кроме тог,о металлургические предприятия выпускают лист разной толщины, круги, полосы, прутки прочие виды изделий.

Аналоги стали 65Г

В качестве заменителя для стали 65Г можно использовать – 60С2А, 9ХС, 50ХФА, 60С2.

Зарубежные металлурги производят следующие аналоги:

• США – G15660;
• Германия – 66Mn4;
• Великобритания – 080A67;
• Китай – 65Mn.

Общие параметры

Вещества, входящие в этот материал и дальнейшая его термообработка обеспечивает:

• высокую стойкость к износу;
• хорошая ударная вязкость;
• сопротивление на разрыв;
• высокая стойкость к воздействию ударов.

Отсутствие большого количества легирующих элементов позволяет обеспечить относительно низкую цену этой стали.

Для получения заданных параметров сталь марки 65Г закаливают при температуре от 800 до 830 ºC. Отпуск выполняют при температуре от 160 до 200 ºC, такой отпуск называют высоким. Охлаждение выполняют на воздухе. Такие режимы термической обработки позволяют получить изделие с твёрдостью поверхности 45- 47 по HRC.

Технолог, проектируя процесс термообработки должен помнить, сталь 65Г и ее аналоги не опасаются перегрева, но при выполнении закаливания в верхних точках температурного диапазона может снизиться ударная вязкость.

Применение стали 65Г

Эта сталь и ее аналоги нашли свое применение во многих отраслях промышленности, например, в автомобилестроении, станкостроении и пр. Практически сталь 65Г и ее аналоги можно встретить в любом автомобиле, тракторе, станке, судне, то есть в любом оборудовании, в котором эксплуатируются рессоры, пружины, в том числе и тарельчатые и пр.

Как правило, твёрдость пружин лежит в диапазоне от 40 до 50 по Rc. ГОСТ определяет методики проверки, которые максимально приближены к реальным условиям их работ. Во время приемки пружинная продукция проходит испытания на растяжение, сжатие и пр. Более того, на поверхности готовых изделий недопустимо наличие рисок, царапин и пр. Все дело в том, что рано или поздно их наличие приведет к появлению трещин на поверхности изделий.

Пружины, которые производят из проволоки, прошедшей термическую обработку, такую называют патентированной, или лент класса Н, П или В, подвергают операции дополнительного отпуска. Она необходима для устранения внутренних напряжений, которые возникают при их производстве. Кроме того, такая дополнительная обработка приводит к повышению упругости готовых изделий. Дополнительный отпуск выполняют в ваннах, наполненных селитрой, время отпуска составляет 5 – 10 минут. Кроме того, при отпуске с использованием электропечей, технологи должны отслеживать то, чтобы изделия прогревались равномерно, в противном случае, возможно, возникновение внутренних напряжений.

Изделия, произведённые из отожжённой стали, подвергаются операциям закаливания и отпуска. При этом отпуск выполняют при температуре до 720 ºC.

Пружины, предназначенные для закаливания, могут помещать или разогретые ванны, заполненные соляным раствором, или в камерные печи.

Существует ряд технологических особенностей при производстве пружинных изделий из стали 65Г. В частности, пружины небольшого размера, помещают в печи на специальных поддонах. Изделия большого размера на специальных приспособлениях, которые предотвращают появление коробления, это могут быть трубы соответствующего размера.

Имеет смысл отметить, что, кроме промышленности, сталь марки 65Г применяют для производства клинкового оружия – это специальные ножи для метания и турнирные мечи, используемые в исторических реконструкциях. Кстати, именно в этой сфере применения, проявляется один из недостатков этого сплава – низкая стойкость к воздействию коррозии. Именно поэтому клинки после использования проходят смазку касторовым маслом. Специалисты утверждают, что уход за клинковым оружием можно сравнить за правилами ухода за дамасской сталью.

Для изготовления, например, кухонных или охотничьих ножей эта сталь не лучшее решение, это вызвано рядом ее свойств.

Итак, проведем исследование Стали 65Г

1. Расшифровка марки стали. Участок диаграммы Fe-FeC

В этом разделе мы расшифруем марку «Сталь 65Г». Цифры указывают среднее содержание углерода сотых долях процентов. К углеродистым конструкционным качественным сталям (ГОСТ 1050-88) относят марки: 0,5; 0,8; 10; 15; 20; 25; 30; 35; 40; 45; 50; 55; 60; 65.

Сталь 65Г углеродистая, качественная, конструкционная, рессорно-пружинная, углерода 0,65%, с содержанием марганца ( Mn ) 0.9 – 1.2%

Применение: рессоры, пружины и другие детали, от которых требуются повышенные прочностные и упругие свойства, износостойкость; детали, работающие в условиях трения при наличии высоких статических и вибрационных нагрузок.

Рисунок 1.1 – Участок диаграммы железо-углерод

2. Фазовые превращения

Постоим термокинетическую кривую охлаждения для стали 55 с использованием правила фаз.(рисунок3.1)

Рисунок 3.1 – Термокинетическая кривая охлаждения

4. Нахождение концентрации углерода. Нахождение количество фаз в процентах

4.1. Правило концентрации

Это правило используется для определения компонента в каждой из фаз двухфазной области. Для этого через данную точку проводятся горизонтальная прямая (канода) до пересечения с границами двухфазной области. Проекция точки пересечения каноды с границей данной фазы на ось концентраций дает концентрацию компонента В в этой фазе.

Из рисунка 4.1 видно что в точке Х_ф концентрация углерода равно приблизительно 0,015 процента, а в точке Х_а оно равно приблизительно 0,7 процентов.

Из рисунка 4.1 видно что в точке Х_ф концентрация углерода равно приблизительно 0,1 процента, а в точке Х_а оно равно приблизительно 0,7 процентов.

4.2. Правило отрезков (рычага)

Из расчетов видно, что в точке b концентрация аустенита составляет 30%, а феррита 70%.

Рисунок 4.1 – Диаграмма состояния сплавов

5. Технологический процесс термообработки

Для нашей стали мы проведем процесс термообработки закалки, а затем среднетемпературного (среднего) отпуска. Но для начала разберемся в назначении каждой стадии термообработки, фазовых превращений и полученными структурами и свойствами стали.

5.1. Назначение стадий термообработки

Закалка –термическая обработка, заключающаяся в нагреве стали до температуры выше линии GSK, выдержке при этой температуре и охлаждении со скоростью, обеспечивающей получение мартенсита (не ниже критической). Минимальная скорость охлаждения, при которой не успевает пройти диффузионный распад аустенита на феррито-цементитную смесь, называется критической скоростью закалки на мартенсит. Скорость охлаждения обеспечивается определённой охлаждающей средой (вода, растворы солей, масло, для некоторых сталей – воздух). Назначение закалки заключается в получении мартенситной структуры.

Отпуск – термическая обработка, заключающаяся в нагреве закалённой стали до температуры ниже линии PSK, выдержке при этой температуре и охлаждении. Отпуск стали способствует снятию внутренних напряжений и получению необходимых свойств стали. Отпуск имеет важное практическое значение. Именно в процессе отпуска формируются окончательные структуры и комплекс эксплуатационных свойств сталей. Назначение среднетемпературного (среднего) отпуска заключается в том, что структура мартенсита переходит в троостит отпуска.

5.2. Фазовые превращения и получаемые структуры и свойства

Структура низкоуглеродистой стали после нормализации феррито-перлитная, такая же, как и после отжига, а у средне- и высокоуглеродистой стали – сорбитная;

Структура стали при закалке при нагреве до 840 ◦С перейдет в аустенит, а в дальнейшем при охлаждении в мартенсит закалки при этом свойства структуры станут твёрдыми, хрупкими, напряжёнными и неустойчивыми. При дальнейшей термообработке среднетемпературным (средним) отпуском структура мартенсита закалки перейдет в троостит отпуска. При этом троостит отпуска будет, имеет следующие свойства структуры, такие как высокий предел упругости и повышенная вязкость.

5.3. Режим термообработки

Сначала сталь в течении 15-20 минут нагревают до температуры 840 ◦С при этом структура – аустенит . После этого ее быстро охлаждают в воде и структура изменяется на мартенсит закалки. Затем сталь вновь нагревают, но в течении 60-120 минут и на температуру 400 ◦С . После этого охлаждают любым способом и структура из мартенсита закалки изменяется на троостит отпуска.

Полный отжиг заключается в нагреве доэвтектоидной стали на 30-50°С выше температуры, соответствующей точке АС3, выдержке при этой температуре для полного прогрева и завершения фазовых превращений в объеме металла и последующем медленном охлаждении.

Критическая точка Ас3 стали 65г равна 740ºС. Поэтому температура нагрева в соответствии с определением полного отжига составляет 770-790ºС. При этой температуре имеем структуру аустенита (100%). При снижении температуры до Аr3 начинают появляться первые зерна феррита. При дальнейшем снижении температуры до Аr1 из аустенита будут образовываться только зерна феррита, а содержание углерода в остающемся аустените будет увеличиваться и при температуре Аr1 достигнет 0,8%. При снижении температуры ниже Аr1 из аустенита будет образовываться перлит. После отжига сталь имеет низкую твердость и прочность при высокой пластичности. Отжиг облегчает обработку, резание стали.

6. Использование стали после термообработки в реальных условиях

Как было сказано раньше после отжига структура сплава состоит из зернистого троостита отпуска. Его твердость находится на уровне HRC 40-45, что позволяет задать высокие пределы упругости и выносливости. Благодаря таким свойствам чаще всего данный вид сплава применяется для рессор, пружин и других упругих элементов. Например, пружина может быть изготовлена из любого материала, имеющего достаточно высокие прочностные и упругие свойства, такими свойствами обладает и сталь после закалки и среднетемпературного (среднего) отпуска. Так же такие свойства стали позволяют использовать ее в рессоре (упругом элементе подвески транспортного средства). Рессора передаёт нагрузку с рамы или кузова на ходовую часть (колёса, опорные катки гусеницы и т. д.) и смягчает удары и толчки при прохождении по неровностям пути. Изготовляется из термически обработанной стали и торсион— вал, работающий на кручение и выполняющий функцию упругого элемента (рессоры, пружины). Свойства стали после среднетемпературного (среднего) отпуска позволяют торсионному валу выдерживать большие напряжения кручения и значительные углы закручивания (десятки градусов).

Таким образом, упругие элементы являются неотъемлемыми деталями для таких транспортных механизмов как автомобиль, самолет, локомотив и др., так как они предназначены для накапливания и поглощения механической энергии. И изготовление стали после отжига позволяет использовать во многих областях производства.

Как было сказано раньше после нормализации структура сплава состоит из сорбита. Его твердость находится на уровне 250. 350 НВ, что позволяет задать высокие пределы упругости и выносливости.

|	следующая лекция ==>
РАБОТА МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА В РЕЖИМЕ ГЕНЕРАТОРА	|	Приемников звездой

Дата добавления: 2015-05-06 ; Просмотров: 8425 ; Нарушение авторских прав? ;

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет