Металловедение и термическая обработка металлов. Сизов И.Г - 107 стр.

UptoLike

Сталь марки Ст. 4, согласно ГОСТ, имеет
следующие свойства в состоянии поставки: σ
в
= 420-540 МПа, σ
0,2
= 240-260 МПа, δ = 2,1%.
Сталь 45, согласно ГОСТ, в состоянии поставки имеет
твердость не более НВ 207. При твердости НВ 190-200
сталь имеет предел прочности не выше 600-620 МПа, а при
твердости ниже НВ 180 предел прочности не превышает
550-600 МПа. А предел текучести составляет 270-320 МПа.
Сталь 20ХНЗА, согласно ГОСТ, в состоянии поставки
имеет твердость не более НВ 250. Предел прочности при
твердости НВ 230-250 не превышает 670-750 МПа. Предел
текучести составляет 350-400 МПа. Таким образом, для
получения заданной величины предела текучести вал
необходимо подвергнуть термической обработке.
Низкоуглеродистая сталь Ст. 4, как сталь
обыкновенного качества, имеет повышенное содержание
серы и фосфора, которые понижают механические свойства,
и особенно сопротивление ударным нагрузкам. Для такого
ответственного изделия, как вал двигателя, поломка
которого нарушает работу машины, применение более
дешевой по составу стали обыкновенного качества
нерационально.
Сталь 45 относится к классу качественной
углеродистой, а сталь 20ХНЗА - к классу
высококачественной легированной стали. Эти стали
содержат соответственно 0,42-0,5 и 0,17-0,23 % С и
принимают закалку.
Для повышения прочности можно применять
нормализацию или закалку с высоким отпуском.
Последний вариант обработки сложнее, но позволяет
получить не только высокие характеристики, но и более
высокую ударную вязкость. В стали 45 минимальные
значения ударной вязкости после нормализации составляют
0,2-0,3 МДж/м
2
, а после закалки и высокого отпуска (500
°С) достигают 0,6-0,7 МДж/м
2
.
Так как вал двигателя в работе воспринимает
динамические нагрузки, а также и вибрации, более
целесообразно принимать закалку и высокий отпуск.
После закалки в воде углеродистая сталь 45 получает
структуру мартенсита, однако, вследствие небольшой
прокаливаемости углеродистой стали, эта структура в
изделиях диаметром более 20-25 мм образуется только в
сравнительно тонком и поверхностном слое толщиной до 2-
4 мм.
Последующий отпуск вызывает превращение
мартенсита в сорбит только в тонком поверхностном слое,
но не влияет на структуру и свойства перлита и феррита в
основной массе изделий.
Сорбит отпуска обладает более высокими
механическими свойствами, чем феррит и перлит.
Наибольшие напряжения от изгиба, кручения и
повторно переменных нагрузок воспринимают наружные
слои, которые и должны обладать повышенными
механическими свойствами. Однако в сопротивлении
динамическим нагрузкам, которые воспринимает вал,
участвуют не только поверхностные, но и нижележащие
слои металла.
Таким образом, углеродистая сталь не будет иметь
требуемых свойств по сечению вала диаметром 70 мм.
Сталь 20ХНЗА легирована никелем и хромом для
повышения прокаливаемости и закаливаемости. Она
получает после закалки достаточно однородные структуру и
механические свойства в сечении диаметром до 75 мм.
Для стали 20ХНЗА рекомендуется термическая
обработка:
1. Закалка с 820-835° С в масле.
При закалке с охлаждением в масле (а не в воде как
203
206 207