Впускной клапан 40Х9С2

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Термическая обработка и ее характерные структуры

 

            Термическая обработка стали – это совокупность операций нагрева, выдержки и охлаждения твёрдых металлических сплавов с целью придания им определённых свойств за счёт изменения внутреннего строения и структуры.

            Цель термообработки – это придание сплавам таких свойств, которые требуются в процессе эксплуатации этих изделий. Есть упрочнение металла (например: коленчатый вал в двигателе автомобиля – к нему предъявляется повышенная прочность при эксплуатации). Но есть и такие технологические процессы, в которых термообработка не является конечной операцией, а промежуточной и её цель – снижение твёрдости стали, сплава для последующей обработки. Процесс термообработки состоит из нагревания до каких то определённых температур, выдержки детали, заготовки при этих температурах и последующем охлаждении с определённой скоростью.

Закономерности  образования аустенита в углеродистой стали в основных чертах остаются справедливыми и для легированной стали. Однако введение в сталь легирующих элементов смещает температурные  границы протекания процессов при  нагревании.

Присутствие легирующих элементов вызывает, прежде всего, сдвиг критических точек  по температуре по отношению к  их положению в нелегированной стали, т. е. на диаграмме Fe-Fe₃C. В сталях, легированных одним элементом, смещение критических точек, в общих чертах, направлено так же, как в бинарных сплавах этого элемента с железом.

Объясняется это тем, что углерод в количествах, допускаемых в стали, не изменяет принципиально температурных границ существования равновесных ферритной  и аустенитной фаз по сравнению с тем, что наблюдается в бинарных сплавах железа с легирующими элементами.

Соответственно  элементы группы никеля (Ni, Со, Мn) понижают критические точки Асх и Ас3, а элементы группы хрома (Сг, Мо, W, V, Si, Ti, А1, В, Nb, Zr) их повышают. Эффект влияния основных элементов на положение точки Асх показан.

При содержании в стали одновременно двух и более  легирующих элементов, влияющих на критические  точки стали в одном и том  же направлении, обычно критические  точки оказываются соответственно пониженными или повышенными  больше, чем в результате воздействия  только одного из присутствующих элементов. В случае содержания в стали элементов  с противоположным влиянием на критические  точки конечный эффект может быть различным и зависит от количественного  соотношения элементов.

Влияние элементов проявляется также  в сдвиге критических точек не только по температуре, но и по концентрации. Такую сталь условимся в дальнейшем обозначать термином «однолегированная», в отличие от сложнолегированной, содержащей более одного легирующего элемента. Термин же «высоколегированная» будем применять в общепринятом смысле для обозначения повышенного процента легирующих элементов, независимо от их числа.

Легированная  сталь иллюстрирует действие элементов  на концентрацию углерода в эвтектоиде. Как видно из фигуры, легирующие элементы понижают содержание углерода в эвтектоиде и, следовательно, сдвигают эвтектоидную точку 5 (см. диаграмму Fe-Fe₃C) в сторону меньших концентраций.

Большинство элементов понижает также и предел растворимости углерода в т-железе. Следовательно, легирующие элементы сдвигают точку Е (см. диаграмму в Приложении 1 - Fe-Fe₃C) в сторону меньших концентраций. Присутствие легирующих элементов в стали крайне существенно отражается на скорости превращений при нагревании.

Последнее объясняется тем, что легированные карбиды характеризуются значительно  большей устойчивостью, чем нелегированные, а также тем, что скорость диффузии углерода в присутствии ряда легирующих элементов (Мn, Сг, W, Мо и др.) сильно замедляется.

Существенное  значение имеет также чрезвычайно  низкую скорость диффузии самих легирующих элементов в стали. Между тем, процессы превращения в стали  при нагревании реализуются исключительно  в результате перемещений атомов углерода и легирующих элементов  за счет диффузии. Понятно поэтому, что указанные факторы оказывают  решающие влияния на скорость превращений  при нагревании.

Практически превращения в легированной стали  при нагревании сильно замедляются, протекают при непрерывном нагреве  в широком интервале температур и требуют для своего завершения значительно больших промежутков времени, чем это необходимо для превращений в углеродистой стали.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Методы термообработки

 

В сложнолегированной стали, содержащей в своем составе  активные карбидообразующие элементы, эти превращения, как в отношении  полного растворения карбидов, так  и выравнивания (гомогенизации) состава  аустенита в условиях обычного нагрева, как правило, не успевают пройти до конца.

Например, даже в случае нагрева до температур, на несколько сотен градусов превышающих  равновесных критических точек, обычно не достигается полного растворения  карбидов титана, циркония, ниобия и  ванадия.

 

Таблица 5. Механические свойства при повышенных температурах

t испытания, °C	s0,2, МПа	sB, МПа	d5, %	y, %
Отжиг 850-870 °С.
20	640	880	20	58
200	550	820	18	64
300	520	780	18	63
400	450	780	18	62
500	410	590	17	65
600	390	520	17	80
700	170	215	18	92
800	49	78	22	99
Образец диаметром 10 мм и  длиной 50 мм, прокатанный и отожженный. Скорость деформирования 1,1 мм/мин, скорость деформации 0,0004 1/с.
700		135	54	95
800		51	70	98
900		59	34	59
1000		45	29	45
1100		23	33	42
1200		16	71	74

 

 

Таблица 6. Механические свойства в зависимости от температуры отпуска

t отпуска, °С	sB, МПа	d5, %	KCU, Дж/м2	HB
Закалка 1050 °С, масло.
300	2150	5	18	600
400		7	17	560
500	1470	11	16	410
600	1420	15	39	350
700	1280	18	69	300
800	1200	22	93	300

 

 

 

Таблица 7. Влияние легирующих элементов

Легирующий элемент	Входит в твердый раствор с  Fe и упрочняет его	Увеличивает ударную вязкость	Расширяет область аустенита	Сужает область аустенита	Увеличивает прокаливаемость	Способствует раскислению	Образует устойчивые карбиды	Повышает сопротивление коррозии
Cr	+	-	-	+	-	-	+	+
Si (более 0,8%)	+	+	-	+	-	+	-	-

 

 

 

Температура критических точек материала 40Х9С2.

Ac1 = 900 , Ac3(Acm) = 970 , Ar3(Arcm) = 970 , Ar1 = 810

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Клапан впускной является элементом автоматического  защитного устройства подогревателей высокого давления (ПВД), предназначенного для защиты турбины от попадания  в нее воды в случае разрыва  труб и предохранения от повреждения  корпуса ПВД путем отключения подогревателей высокого давления и  байпасирования питательной воды, минуя ПВД.

Клапан устанавливается  на трубопроводе питательной воды со стороны входа в ПВД в местах, удобных для обслуживания.

 Основное  и вспомогательное оборудование  выбираю в зависимости от габаритных  размеров детали, используем индукционный  нагреватель ВЧ-4А с внутренним  диаметром индуктора 180x330x410. Габаритные  размеры детали 36х36х118 мм.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Приложение 1

 

                                (диаграмма Fe-Fe ₃C)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список  использованной литературы

 

1. Марочник сталей

2. Данные взяты с сайта: http://www.1metal.com

3. Данные взяты с сайта: http://www.acrossteel.ru

4. «Технология горячей обработки материалов». Под ред. Н.М. Челнокова, М, 1992г.

5. «Справочник термиста» М.А.Тылкин, М,1982г.

6. «Устройство автомобиля». Под ред. Е.Я. Тур Машиностроение, 1991г.