Назначить режим термообработки шестерни из стали 50 с целью достижения высокой твердости и износостойкости

1. Деталь: шестерня;

2. Марка стали: сталь 50;

3. Содержание углерода: 0,47-0,55 %С

4. Цель термообработки: Повышение твердости и износостойкости.

5. Назначается термическая обработка – закалка с высоким отпуском.

Закалка - температура нагрева T_зак. = А_с1 + (30-50)°С = 755°С+(30-50)°С = 785-810°C

Охлаждающая среда – вода.

Отпуск -Т_от=500-650°С

Охлаждение на воздухе.

 

 

Рис. 1. "Стальной" участок диаграммы состояний сплава Fe-C

 

Рис. 2. Зависимость твердости закаленных углеродистых сталей с различным содержанием углерода от температуры отпуска

 

6. Закалка. Целью закалки является повышение твердости и прочности. Для зубчатых передач (деталь шестерня) важным является износостойкость, которая зависит от твердости.

После закалки стали с содержанием углерода 0,5%С получим твердость около 60 HRc.

В качестве охлаждающей (закалочной) среды для углеродистых сталей применяют воду.

После закалки возникают большие термические и структурные напряжения. Структура стали после закалки – мартенсит.

Для смягчения действия закалки сталь отпускают, нагревая до температуры ниже точки А₁.

Отпуск. Отпуск снимаетили уменьшает остаточные напряжения, повышает вязкость, уменьшается твердость и хрупкость. Различают низкий, средний и высокий отпуск.

Низкий отпуск (Тотп = 150-250°С), охлаждение на воздухе. Применяют для снятия внутренних напряжений в закаленной стали с целью повышения вязкости без заметного снижения твердости. Средний отпуск (Тотп. = 300-500°С), твердость стали, заметно понижается, вязкость увеличивается. В процессе высокого отпуска (Тотп=500-650°С) мартенсит распадается с образованием троостита, а затем и сорбита. Эти структуры обеспечивают лучшее сочетание механических свойств: повышенные прочность, вязкость и пластичность. Высокому отпуску (улучшению) подвергают среднеуглеродистые (0,3-0,5%С) конструкционные стали, к которым предъявляются высокие требования к пределу текучести, пределу выносливости и ударной вязкости. В данном случае для получения высоких показателей прочности, пластичности и ударной вязкости рекомендуется высокий отпуск.

6. Структурные превращения:

· Исходная структура (до закалки) – Механическая смесь феррита и перлита;

· Структура при нагреве выше Ас₁ – Аустенит (твердый раствор углерода в γ-железе);

· Структура после закалки – Мартенсит (пересыщенный твердый раствор углерода в

α-железе);

· Структура после высокого отпуска – Сорбит отпуска.

 

Структура улучшенной стали - сорбит

  

Микроструктура мартенсита стали 50 после закалки