Исследование втулки сталь 12хн3а

Оглавление

1. Способ получения заготовки детали, применяемое оборудование и инструмент. Последовательность механической обработки.
2. Химический состав, исходная структура металла детали, способ термической обработки. Тип нагревательной печи и её техническая характеристика.
3. Диаграмма состояния Fe-FeC, кривая охлаждения
4. 1. Цементация поверхности заготовок

     1.1 Общие положения

     1.2 Режим цементации

     1.3 Оборудование для цементации

     1.4 Загрузка печи и ведение процесса  цементации

     1.5 Очистка от окалины

     2. Термическая обработка после цементации

     2.1 Закалка и низкотемпературный  отпуск

     3. Контроль

     3.1 Технологический контроль

     3.2 Контроль качества изделий

     3.2.1 Контроль качества цементованных  изделий

     3.2.2 Контроль качества закаленных  изделий

Список использованных источников 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Способ  получения заготовки  детали, применяемое  оборудование и инструмент. Последовательность механической обработки.

Характеристика втулок

К деталям класса втулок относятся втулки, гильзы, стаканы, вкладыши, т.е. детали, образованные наружными  и внутренними поверхностями вращения, имеющие общую прямолинейную ось.

Некоторые основные виды подшипниковых втулок служат как  опоры вращающихся валов.

Наиболее часто  применяют втулки с L/D ≥ 3.

Технологические задачи. Отличительной технологической задачей является обеспечение концентричности наружных поверхностей с отверстием и перпендикулярности торцов к оси отверстия.

Точность размеров. Диаметры наружных поверхностей выполняют по h6, h7; отверстия по Н7, реже по Н8, для ответственных сопряжении по Н6.

Точность формы. В большинстве случаев особые требования к точности формы поверхностей не предъявляются, т.е.

погрешность формы  не должна превышать определенной части  поля допуска на размер.

Точность взаимного расположения:

− концентричность  наружных поверхностей относительно внутренних поверхностей 0,015...0,075 мм;

− разностенность не более 0,03...0,15 мм;

− перпендикулярность торцовых поверхностей к оси отверстия 0,2 мм на радиусе 100 мм, при осевой загрузке на торцы отклонения от перпендикулярности не должны превышать 0,02...0,03 мм.

Качество поверхностного слоя. Шероховатость внутренних и наружных поверхностей вращения соответствует Ra=1,6...3,2 мкм, торцов Ra = 1,6...6,3 мкм, а при осевой нагрузке Ra = 1,6...3,2 мкм. Для увеличения срока службы твердость исполнительных поверхностей втулок выполняется НRС 40...60.

В качестве материалов для втулок служат: сталь, латунь, бронза, серый и ковкий антифрикционный  чугун, специальные сплавы, металлокерамика, пластмассы.

Заготовками для  втулок с диаметром отверстия  до 20 мм служат калиброванные или горячекатаные прутки, а также литые стержни. При диаметре отверстия больше 20 мм применяются цельнотянутые трубы или полые заготовки, отлитые в песчаные или металлические формы, используют также центробежное литье и литье под давлением. Заготовкой для рассматриваемой детали является штамповка, полученная на горизонтально-ковочной машине. Задача обеспечения концентричности наружных поверхностей относительно отверстия и перпендикулярности торцовых поверхностей к оси отверстия может быть решена обработкой:

− наружных поверхностей, отверстий и торцов за один установ;

− всех поверхностей за два установа или за две операции с базированием при окончательной  обработке по наружной поверхности (обработка от вала);

− всех поверхностей за два установа или за две операции с базированием при окончательной обработке наружной поверхности по отверстию (обработка от отверстия).

При обработке  за один установ рекомендуется следующий  технологический маршрут обработки  втулки:

− подрезка торца  у прутка, подача прутка до упора, зацентровка торца под сверление, сверление отверстия и обтачивание наружной поверхности, растачивание или зенкерование отверстия и обтачивание наружной поверхности со снятием фасок на свободном торце, предварительное развертывание, окончательное развертывание, отрезка. Эта первая операция выполняется на токарно-револьверном станке, одношпиндельном или многошпиндельном токарном автомате;

− снятие фасок  с противоположного торца втулки на вертикально-сверлильном или  токарном станке;

− сверление  смазочного отверстия;

− нарезание  смазочных канавок на специальном  станке. При обработке втулки из трубы вместо сверления производят зенкерование или растачивание отверстия, далее технологический маршрут  сохраняется.

При обработке  втулки с базированием по внутренней поверхности рекомендуется следующий технологический маршрут обработки втулки:

− зенкерование отверстия втулки и снятие фаски  в отверстии на вертикально-сверлильном  станке (технологическая база –  наружная поверхность);

− протягивание отверстия на горизонтально-протяжном станке со сферической самоустанавливающейся шайбой, которую применяют, потому что торец не обработан;

− предварительное  обтачивание наружной поверхности (в зависимости от точности заготовки), подрезка торцов и снятие наружных (а часто и внутренних фасок на токарно-многорезцовом полуавтомате). Базирование осуществляется по внутренней поверхности на разжимную оправку;

− чистовое обтачивание  наружной поверхности, чистовая подрезка торца.

При выборе метода базирования следует отдавать предпочтение базированию по отверстию, которое имеет ряд преимуществ:

− при обработке  на жесткой или разжимной оправке  погрешность установки отсутствует  или значительно меньше, чем

при обработке  в патроне с креплением заготовки  по наружной поверхности;

− более простое, точное и дешевое центрирующее устройство, чем патрон;

− при использовании  оправки может быть достигнута высокая  степень концентрации обработки.  
 
 

2. Химический  состав, исходная структура  металла детали, способ термической обработки. Тип нагревательной печи и её техническая характеристика.

Общие сведения стали 12ХН3А

Химический состав стали 12ХН3А

Механические  свойства стали 12ХН3А

Механические  свойства при повышенных температурах

Механические свойства в зависимости от температуры отпуска

Механические  свойства прутка

Технологические свойства стали 12ХН3А

Температура критических  точек стали 12ХН3А

Ударная вязкость стали 12ХН3А

Ударная вязкость, KCU, Дж/см2

Закалка 840 С. 

Физические свойства стали 12ХН3А

3. Диаграмма состояния Fe-FeC. Кривая охлаждения.

4. Общие сведения. Цементация.

Для цементуемых  изделий применяют низкоуглеродистые (0,1–0,25% С) стали. После цементации, закалки и низкого отпуска этих сталей цементованный слой должен иметь твердость HRС 58–62, а сердцевина HRC 20–40. Сердцевина цементуемых сталей должна иметь высокие механические свойства, особенно повышенный предел текучести, кроме того, она должна быть наследственно мелкозернистой.

Для деталей  ответственного назначения, испытывающих в эксплуатации значительные динамические нагрузки, применяют хромоникелевые и более сложно-легированные стали.

Одновременное легирование хромом и никелем повышает прочность, пластичность и вязкость сердцевины. Никель, кроме, того, повышает прочность и вязкость цементованного слоя.

Хромоникелевые  стали малочувствительны к перегреву  при длительной цементации и не склонны к пересыщению поверхностных слоев углеродом. Большая устойчивость переохлажденного аустенйта в области перлитного и промежуточного превращений обеспечивает высокую прокаливаемость хромоникелевой стали.

Рисунок 2 – Диаграмма  изотермического превращения переохлажденного аустенита для цементуемых стали 12ХН3А в нецементованном (слева) и цементованном (справа) состояниях

1  Цементация поверхности заготовок  

1.1 Общие положения

Цементацией (науглероживанием) называется химико-термическая обработка, заключающаяся в диффузионном насыщении поверхностного слоя стали углеродом при нагреве в науглероживающей среде (карбюризаторе). Окончательные свойства цементованных изделий приобретают после закалки и низкого отпуска. Назначение цементации и последующей термической обработки – придать поверхностному слою высокую твердость и износостойкость, повысить предел контактной выносливости и предел выносливости при изгибе при сохранении вязкой сердцевины.

Цементация широко применяется для упрочнения среднеразмерных  зубчатых колес, валов коробки передач автомобилей, отдельных деталей рулевого управления, валов быстроходных станков, шпинделей и многих других деталей машин. На цементацию детали поступают после механической обработки с припуском на грубое и окончательное шлифование 0,05–0,010 мм. Во многих случаях цементации подвергается только часть детали, тогда участки, не подлежащие упрочнению, покрывают тонким слоем малопористой меди (0,02–0,04 мм), которую наносят электролитическим способом, или изолируют специальными обмазками, состоящими из смеси огнеупорной глины, песка и асбеста, замешанных на жидком стекле. Для обеспечения стабильности и качества рекомендуют детали перед цементацией подвергнуть промывке в 3 – 5% содовом растворе.

Процесс газовой  цементации обладает рядом преимуществ по сравнению с цементацией в твердом карбюризаторе:

·  повышается производительность процесса по сравнению с цементацией в твердом карбюризаторе, так как не нужно затрачивать время на упаковку и прогрев ящиков;

·  сокращается потребная производственная площадь и количество рабочей силы, так как отпадает необходимость в упаковке и распаковке деталей, хранении и транспортировке ящиков и карбюризатора;

·  сокращается потребность в жаростойком материале, так как расход его на муфели и приспособления при газовой цементации гораздо меньше, чем на ящики при цементации в твердом карбюризаторе;

·  появляется возможность регулирования процесса для получения цементованного слоя заданной глубины и насыщенности;

·  уменьшается деформация деталей вследствие более равномерного нагрева до рабочей температуры;

·  появляется возможность непосредственной закалки деталей после цементации;

·  применение печей непрерывного действия позволяет полностью механизировать и автоматизировать процесс и установить агрегат для термической обработки в поточной линии механического цеха.

Углеводороды  являются основными науглероживающими  газами, причем главную роль среди  них играет метан. Содержание метана в цементующей среде 1 – 40%. Окись  углерода как науглероживающий компонент в условиях газовой цементации имеет второстепенное значение, хотя содержание ее в газовой фазе может достигать значительной величины (до 30%). Содержание кислорода и двуокиси углерода обычно невелико и в сумме не превышает 2 – 3%; содержание водорода, являющегося обезуглероживающим газом, в цементующей среде может достигать 80%.

Принято различать  полную и эффективную толщину  цементованного слоя (см. рис. 3).

За эффективную  толщину принимают сумму заэвтектоидной, эвтектоидной и половины доэвтектоидной зоны слоя. Эффективная толщина цементованного слоя обычно составляет 0,5–1,8 мм и в исключительных случаях достигает 6 мм при больших контактных нагрузках на цементованную поверхность.

Структура после  цементации получается крупнозернистой  в связи с длительной выдержкой деталей при температуре науглероживания. Длительность изотермической выдержки при цементации зависит от заданной толщины слоя и марки цементируемой стали.

Рисунок 3 – Участок диаграммы Fе–FезС. Изменение содержания углерода и структуры по толщине цементованного слоя (схема): t ц – температура цементации; t31 – температура нагрева при первой закалке; t32 – температура нагрева при второй закалке.

1.2 Режим цементации  

Температура цементации. Температурный режим цементации слагается из двух, иногда из трех периодов. В первый период происходит нагрев деталей до заданной рабочей температуры. Второй период соответствует выдержке при рабочей температуре процесса, которая за весь период остается неизменной. По окончании выдержки, если осуществляют непосредственную закалку деталей, наступает третий период – подстуживание до температуры закалки.

Главный фактор температурного режима цементации –  рабочая температура процесса. На заводах эту температуру устанавливают  в интервале 900 – 1000 °С. С повышением температуры скорость цементации резко увеличивается. Поэтому ученые и производственники изыскивают возможности повышения температуры процесса. При этом возникают следующие трудности: ухудшение механических свойств металла вследствие роста зерна при высокой температуре и снижение стойкости оборудования и приспособлений. Кроме этого, возможны и другие затруднения, например увеличение деформации деталей под действием высокой температуры.

Рисунок 4 – Влияние  температуры на глубину цементационного  слоя

На рисунке 4 показано влияние температуры на глубину цементованного слоя при  различной продолжительности процесса.

Детали из стали  12ХН3А после высокотемпературной цементации (930 °С) нужно подвергать закалке с повторного нагрева; в противном случае не будет обеспечена необходимая мелкозернистость.