Прогнозирование структуры и свойств сталей в объеме изделия при закалке и отпуске

• Автор: Ампилогов, Алексей Юрьевич
• Шифр специальности: 05.02.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 145 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение
Г лава 1. Анализ литературы
1.1. Существующие способы прогнозирования структуры
1.2. Факторы, влияющие на структурообразование
1.3. Нестационарное тепловое состояние изделия в процессе закалки
1.3.1. Аналитическое'описание температурного состояния изделия
1.3.2. Численный метод решения тепловой задачи
Выводы
Глава 2. Расчет температурного состояния изделия
2.1. Численные модели термической обработки деталей
2.2. Конечные элементы, применяемые при расчетах температурного поля изделий
2.3. Примеры расчетов температурных полей для деталей различной геометрической формы
Выводы
Глава 3. Разработка датчика и способа определения температурной
зависимости коэффициента теплоотдачи
3.1. Датчик для определения температурной зависимости коэффициента теплоотдачи
3.2. Способ определения температурной зависимости коэффициента теплоотдачи
Выводы

Г лава 4. Методика прогнозирования прокаливаемости,
распределения структуры и твердости по объему деталей после закалки и последующего отпуска
4.1. Методика прогнозирования структурных составляющих и твердости по объему деталей, подвергаемых закалке
и последующему отпуску
4.2. Методика компьютерного прогнозирования структуры
и тверд ости
4.3. Проверка адекватности методики прогнозирования структуры и твердости по объему изделия при закалке
и последующем отпуске
Выводы
Глава 5. Система мониторинга марки стали и закалочной среды на
стадии проектирования изделия
5.1. Базы данных свойств материала и охлаждающих сред, необходимых для осуществления мониторинга
5.2. Методика мониторинга
5.3. Мониторинг термической обработки кронштейна
Выводы
Общие выводы
Литература
Приложение

Введение
Повышение качества продукции машиностроения неразрывно связано с рациональным выбором материала деталей и совершенствованием процесса их термической обработки. Основным видом упрочняющей термической обработки деталей является закалка и последующий отпуск.
При закалке сталей, за редким исключением — сквозной прокаливаемости, и при последующем отпуске по объему изделия формируются области с различными структурами и, следовательно, свойствами [1]. В целом их совокупность определяет конструкционную прочность, включающую критерии прочности, надежности и долговечности.
Однако, на практике при выборе материала деталей ориентируются лишь на его прокаливаемое™ и свойства одного или в лучшем случае двух структурных состояний. Для компенсации несовершенств выбора материала вводятся высокие значения коэффициентов запаса прочности и допускаются в широких пределах колебания величин прокаливаемое™. Объясняется это тем, что учет реального структурного состояния изделий для оценки его свойств затруднен, так как металлографические методы анализа структуры требуют разрушения деталей [2]. Использование с этой целью метода торцевой закалки образцов так же не решает задачи, так как позволяет рассчитывать только глубину закаленного слоя для простейших по форме изделий.
В широком плане актуальная проблема выбора материала изделий, условий их закалки и контроля качества может решаться путем создания и использования методики прогнозирования структурообразования в объеме деталей, учитывающей их форму и размеры, свойства партии поставки материала и характеристики охлаждающей среды в момент закалки. Следует отметить, что стадия закалки является основным объектом прогнозирования. В работе также предложена методика определения структурных превращений и изменения свойств при последующем отпуске деталей.

М„= 1258,055-2104С+11198,0318І+ +775,733Мп-4378,9776Сг-6481,7973№.
(1.9)
Таблица 7.
Химический состав сталей 6-ой группы, (% вес)
С Э1 Мп Сг Мо № V ЧУ
0,99-1,04 0,26-0,55 0,3-1,0 1,4-1,53 0 0,0-0
Мн= 332,32-286,831С-817Д1781+66,904Мп+368,375Сг-878,278№. (1.10)
Значения (столбец «Мнрасч»), полученные по уравнениям (1.5-1.10) для расчета критических точек Мн в близки к значениям экспериментальных точек Мн (столбец «Мнэксп»), что видно из табл. 8:
Таблица 8.
Исходные данные [13] и результаты расчета значений критической точки Мн
Марка стали С, % 8І. % Мп, % Сг, % N1 % Мо, % V, % Л/, % МНэкСП, °С МНрасч °С
ЗХЗМЗФ 0,34 0,4 0,5 3,5 0,35 3 0,6 0 324 334
4ХЗВМФ 0,48 0,9 0,6 3,5 0,35 0,6 0,9 1 230 229
30ХН2МА 0,34 0,37 0,6 0,9 1,65 0,3 0 0 340 339
35ХН1М2ФА 0,4 0,37 0,8 1,7 1,7 0,6 0,2 0 300 299
5Х2МНФ 0,53 0,4 0,7 2 1,6 1,1 0,5 0 210 209
4Х5МФС 0,4 1,2 0,5 5,5 0 1,5 0,5 0 300 299
5ХЗВЗМФС 0,52 0,8 0,5 3,2 0,35_] 1,1 1,8 3,6 330 329
4Х4ВМФС 0,44 1 0,5 4 0,6 1,5 0,9 '1,2 255 254
4Х5В2ФС 0,45 1,2 0,4 5,5 0,35 0 0,9 2,2 275 274
4ХМФС 0,45 0,8 0,8 1,8 0,35 1,2 0,5 0 280 279
4Х5МФ1С 0,44 1,2 0,4 5,5 0 1,5 1,1 0 305 305
6ХЗМФС 0,62 0,65 0,4 3,3 0 0,5 0,6 0 215 215
4Х2В2МФС 0,5 0,6 0,6 2,5 0 1,1 0,9 2,4 315 315
4Х2В5МФ 0,4 0,35 0,4 3 0,1 0,9 0,9 5,5 205 204
ЗХ2В8Ф 0,4 0,4 0,4 2,7 0 0,5 0,5 8,5 380 379
2Х9В6 0,2 0 0 9 0 0 0,5 6,5 280 280
4ХМФ 0,38 0 0,81 1,5 0 0,63 0,3 0 350 350
4ХМВФ 0,39 0 0 1,5 0 0,67 0,7 0,6 360 360
4Х5МФС 0,39 0,94 0 5,5 0 0,87 0,5 0 370 370
5ХГМ 0,53 0,38 1,53 0,8 0,3 0,17 0 0 225 225
5ХНМ 0,52 0,29 0 1,1 1,72 0,43 од 0 270 270
4ХН4М 0,4 0,2 0,36 1,3 4,03 0,24 0 0 280 280
5ХНВ 0,56 0,23 0,59 0,6 1,6 0 0 0,8 260 259