Режим термической обработки

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Содержание.

1.Введение…………………………………………………………………....стр. 3

2. Описание изделия  и условия его работы………………………………...стр. 4

3. Технические  требования, предъявляемые к термообработанным изделиям……………………………………………………………………....стр. 6

4. Выбор и  обоснование выбора материала  для изделия………………….стр. 7

5. Выбор и  обоснование операций термической  обработки, а так же дополнительных  и вспомогательных операций…………………………...стр.11

6. Выбор и  конструирование приспособлений……………………............стр.23

7. Методы контроля  выбранных операций………………………………...стр.26

8. Возможные  виды брака при операциях термически  обработанных изделий мероприятия  по их предупреждению……………………………………...стр.29

9. Вопросы техники  безопасности и охраны труда……………………….стр.31

10. Список литературы……………………………………………………...стр.33 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

  1. Введение.

     Основным  направлением в развитии машиностроение и черной металлургии является коренное улучшение качества металлопродукции путем внедрения прогрессивных  способов обработки металла повышением эффективности применение металла  в народном хозяйстве. Значительным резервом улучшения качества и повышения  механических характеристик металла, а также экономики в народном хозяйстве является применение высокоэффективной  термообработки.

     Наряду  с выводом в эксплуатацию нового прогрессивного оборудования и модернизации существующих агрегатов термических  цехов на многих заводах проводится механизация и автоматизация  процессов термообработки, что, несомненно, облегчает труд термистов и повышает производительность труда.

     Термообработка  обладает широкими возможностями для  придания материалом заданного количества свойств с ее помощью можно  достичь уникальных свойств изделий.

     Развитие  термической обработки в настоящее  время происходит в условиях острого  дефицита энергии и запасов природных  ресурсов. Поэтому усилия ученых направлены на создание качественно новых технологических  процессов с малыми энергозатратами  в целях экономики энергоресурсов, повышение производительности труда, качества продукции, степени автоматизации  и механизации, а также охраны окружающей среды.

Целью данного курсового проекта является разработка режима термической обработки  данной детали плита из стали марки 40. 
 
 
 
 
 
 

 2.Описание изделия и условия его работы.

Деталь Плита входит в состав сборочной единицей гидропривода,  предназначенного для перемещения крестового стола на станках.

Деталь Плита является крепежной для остальных деталей гидропривода.

Пневмогидравлический усилитель применяется во многих металлорежущих станках в зажимных устройствах. От качества его изготовления зависит равномерность зажатия заготовок. 
Высокого качества производимой продукции можно добиться внедрением в производство нового эффективного оборудования, различных методов технико-экономического анализа и расчетно-аналитических способов решения производственных задач, что обеспечит более эффективное и качественное производство с требуемой производительностью.

Плита представляет собой базовую деталь, на которую устанавливают другие детали и сборочные единицы, точность относительного положения которых  должна обеспечиваться как в статике, так и в процессе работы пневмогидравлического усилителя под нагрузкой. В соответствии с этим плита нижняя должна иметь требуемую точность и обладать необходимой жесткостью. 
Конструктивное исполнение плиты нижней, ее материал и необходимые параметры точности определяем исходя из служебного назначения детали, требований к работе механизма и условиях его эксплуатации. При этом учитывается также технологические факторы, связанные с возможностью получения требуемой конфигурации заготовки, возможностями обработки резанием и удобства сборки, которую начинают с базовой корпусной детали.

Вес детали 1,3 кг.

Габаритные  размеры:

l = 95 мм

 b = 55 мм

 h = 32 мм. 
 
 
 

Эскиз детали. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

3. Технические требования, предъявляемые к  термически обработанному  изделию.

К конструкционным  сталям, из которых изготовляют самые  разнообразные детали машин для  различных отраслей промышленности, предъявляют требования высоких  механических свойств, технологичности  в обработке и дешевизны. Конструкционная  сталь должна иметь высокую прочность  и пластичность, хорошо сопротивляться ударной нагрузке и усталости.

Кроме указанных механических свойств, очень  важное значение имеет склонность конструкционной стали к хрупкому разрушению, чувствительность к концентрации напряжений, что определяет конструктивную прочность детали.

Улучшаемые стали  должны иметь высокую прочность, пластичность, высокий предел выносливости, малую чувствительность к отпускной  хрупкости, должны хорошо прокаливаться. Важное значение, особенно при действии высоких переменных напряжений и ударной нагрузки у деталей машин с конценцентраторами напряжений, имеет сопротивление к хрупкому разрушению.

Стали применяют  для деталей, требующих повышенной  прочности или высокой твердости  поверхности. Детали, от которых требуется  повышенная твердость, например шпиндели, валы, оправки, оси, шайбы и другие, закаливают и отпускают.

Для получения  равномерной и высокой твердости  и структуры мелкоигольчатого мартенсита сталь следует предварительно улучшить или нормализовать

Таблица 1.

σ0,2 σв δ5 ψ KCU

Дж/см2

 HВ

(не более)

МПа %
≥450 ≥660 ≥16 ≥66 ≥167 188

 
 
 
 
 
 
 

4. Выбор и обоснования  материала для  изделия.

Для детали плита  можно рекомендовать следующие  марки стали.

Сталь 35.

Назначение –  детали невысокой прочности, испытывающие небольшие напряжения: оси, цилиндры, коленчатые валы, шатуны, шпиндели, звездочки, тяги, ободы, траверсы, валы, бандажи, диски и другие.

Таблица 2.                                                                                                     [3, стр. 64]

σ0,2 σв δ5 ψ KCU

Дж/см2

 HВ

(не более)

МПа %
≥275 ≥530 ≥20 ≥40 ≥44 156-197

 

Сталь 40.

Назначение –  после улучшения – коленчатые валы, шатуны, зубчатые венцы, маховики, зубчатые колеса, болты, оси и другие детали; после поверхностного упрочнения с нагревом ТВЧ – детали средних  размеров, к которым предъявляются  требования высокой поверхностной  твердости и повышенной износостойкости  при малой деформации (длинные  валы, ходовые валики, зубчатые колеса).

Таблица 3                                                                                                   [ 3, стр. 67]

σ0,2 σв δ5 ψ KCU

Дж/см2

 HВ

(не более)

МПа %
≥450 ≥660 ≥16 ≥66 ≥167 188

 

Технологические свойства.

Температура ковки, ˚С: начала 1250, конца 800. Охлаждение заготовок  сечением до 400 мм на воздухе.

Свариваемость – ограниченно свариваемая. Способы  сварки: РДС, АДС под флюсом и газовой  защитой, ЭШС. Рекомендуется подогрев и последующая термообработка. КТС  без ограничений.

Обрабатываемость  резанием – в чорячекатанном состоянии  при НВ 170 и 

σв = 520 МПа.

Флокеночувствительность – не чувствительна.

Склонность к  отпускной хрупкости – не склонна.

Сталь 45.

Назначение –  вал-шестерни, коленчатые и распределительные  валы, шестерни, цилиндры, кулачки и  другие нормализованные, улучшаемые и  подвергаемые поверхностной термообработке детали, от которых требуется повышенная прочность. 

Таблица 4.                                                                                                     [3, стр. 69]

σ0,2 σв δ5 ψ KCU

Дж/см2

 HВ

(не более)

МПа %
≥315 ≥570 ≥12 ≥30 ≥29 167-207

 

Технологические свойства.

Температура ковки, ˚С: начала 1250, конца 700. Охлаждение заготовок  сечением до 400 мм на воздухе.

Свариваемость – трудносвариваемая. Способы сварки: РДС и КТС. Необходим подогрев и последующая термообработка.

Флокеночувствительность – малочувствительна.

Склонность к  отпускной хрупкости – не склонна. 

Из данных сталей выбираем сталь 40  т.к. она наиболее подходит для данного изделия, отвечает механическим свойствам, заданным технологическим  требованиям, наиболее доступная и  дешевая.

 
 
 

Влияние углерода на свойства сталей

С ростом содержания углерода в структуре стали увеличивается количество цементита, при одновременном снижении доли феррита. Изменение соотношения между составляющими приводит к уменьшению пластичности, а также к повышению прочности и твердости. Прочность повышается до содержания углерода около 1%, а затем она уменьшается, так как образуется грубая сетка цементита вторичного.

 

                                          

Рис 1. Влияние углерода на свойства сталей

 

Углерод влияет на вязкие свойства. Увеличение содержания углерода повышает порог хладноломкости и снижает ударную вязкость.

Повышаются электросопротивление и коэрцитивная сила, снижаются магнитная проницаемость и плотность магнитной индукции.

Углерод оказывает  влияние и на технологические свойства. Повышение содержания углерода ухудшает литейные свойства стали (используются стали с содержанием углерода до 0,4 %), обрабатываемость давлением и резанием, свариваемость. Следует учитывать, что стали с низким содержанием углерода также плохо обрабатываются резанием.

Влияние постоянных примесей на свойства стали.

Марганец и  кремний являются полезными примесями  в стали. Марганец обычно содержится в стали в количестве до 0,7%, а  кремний до 0,5%. Марганец и кремний  добавляют в сталь при ее выплавке для удаления окислов железа.

Положительное влияние марганца заключается еще  в том, что он способен удалять  из стали вредные сернистые соединения. Марганец и кремний растворяются в феррите и повышают его твердость  и прочность.

Сера попадает в сталь из чугуна, а в чугун  из кокса и руды. Сера с железом  образует сульфид железа FeS. Сульфид железа в стали находится в виде эвтектики Fe – FeS, располагающийся по границам зерен стали. Это эвтектика хрупкая и легкоплавкая – температура ее плавления 985 ˚С. При нагреве стали до 1000 - 1200˚С для горячей обработки ее давлением эвтектика плавится и связь между зернами ослабляется. Это явление называется красноломкостью стали.

Присутствие серы в виде включений MnS  нежелательно. Эти включения, не оказывая значительного влияние на статическую прочность стали, снижают динамическую и усталостную прочность, а также износостойкость. Поэтому повышенное содержание серы в сталях, предназначенных для ответственных деталей, недопустимо. Сера оказывает благоприятное влияние только в том случае, когда требуется хорошая обрабатываемость стали режущими инструментами.

Фосфор, как и  сера попадает в сталь из руд. Фосфор растворяется в феррите, повышает его твердость и прочность, но в сильной степени снижает пластичность, поэтому сталь становится хрупкой. Фосфор также улучшает обрабатываемость стали резаньем.

Газы (кислород, азот, водород) частично растворены в  стали, присутствует в виде неметаллических  включений (окислы – соединение металла  с кислородом, нитриды – соединение металла с азотом) или расположены  в свободном виде в раковинах, трещинах и других несплошностях. Кислород в стали находится главным  образом в виде оксидов Al₂O₃, SiO₂ и др. Оксиды в отличии от сульфидов хрупки, при горячей обработке не деформируется, а крошатся, разрыхляют металл и располагаются в виде прерывистой линии. В присутствии большого количества водорода в стали возникает очень опасный дефект – внутренние надрывы в металле, так называемые флокены.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

5. Выбор и обоснование  выбора операций  термической обработки,  а так же дополнительных  и вспомогательных  операций.

Маршрутная технология

  1. Выплавка стали – сталеплавильный цех.
  2. Получение слитка – литейный цех.
  3. Ковка детали – кузнечный цех.
  4. Предварительная термическая обработка – термический цех.
  5. Механическая обработка – механический цех.
  6. Окончательная термическая обработка – термический цех.
  7. Контроль качества – отдел технического контроля.
  8. Окончательная механическая обработка – механический цех.
 

Разливка  стали.

Из плавильных печей сталь выпускают в ковш, который мостовым краном переносят  к месту разливки металла.

Сталеразливочный  ковш имеет стальной кожух с цафами для захвата его крюками мостового крана. Внутри он футерован шамотным кирпичом. В днище ковша вставлен стакан из магнезита или шамота с отверстием для разливки стали по изложницам.

Изложницы представляют собой чугунные толстостенные формы  для получения стальных слитков. Поперечное сечение изложницы выбирают в зависимости от последующей  обработки давлением получаемого  слитка.

При разливке сверху каждую изложницу заполняют отдельно, для чего устанавливают отверстие  стакана ковша по центру изложницы. В утеплённой надставке сталь  более продолжительно сохраняется  в жидком состоянии и питает металлом тело слитка при усадке, уменьшая тем  самым глубину распространения  усадочной раковины.

При разливке сифоном  сталь из ковша поступает в  центровой литник, футерованный шамотными  трубами, протекает по каналам, составленный из пустотельных шамотных кирпичей, и  снизу поступает в изложницы, установленные на чугунном поддоне. При этом одновременно отливается до нескольких десятков слитков.

Получение слитка

При соприкосновении  с холодной стенкой изложницы  образуется зона мелких равноосных кристаллов, а так же образуется зона крупных  неориентированных кристаллов и  зона столбчатых кристаллов.

Ликвацией называют неоднородность химического состава  в сплавах. Различают 3 вида ликвации: зональную, по плотности и дендритную.

Зональная ликвация наблюдается в объёме слитка. По мере кристаллизации металл слитка будет  всё более обогащаться разными  примесями, поэтому химический состав зон 1-3 будет различным.

Ликвация по плотности наблюдается при сплавлении металлов, сильно различающихся по плотности. Так, в сплавах системы  свинец – сурьма верхняя часть  слитка будет обогащена сурьмой, а нижняя – свинцом, тем самым  отличаясь от среднего состава сплава.

Дендритная ликвация наблюдается в объёме одного зерна. Чем больше температурный интервал между началом и концом кристаллизации.

Ковка детали.

Ковка — это высокотемпературная обработка различных металлов (железо, медь и её сплавы, титан, алюминий и его сплавы), нагретых до ковочной температуры. Для каждого металла существует своя ковочная температура, зависящая от физических (температура плавления, кристаллизация) и химических (наличия легирующих элементов) свойств. Для железа температурный интервал 1250–800 °С, для меди 1000–650 °С, для титана 1600—900 °С, для алюминиевых сплавов 480–400 °С.

Различают:

  • ковка на молотах (пневматических, паровых и гидравлических)
  • ручная ковка
  • штамповка.

Изделия и полуфабрикаты, получаемые ковкой называют - поковка.

При ковке в  штампах металл ограничен со всех сторон стенками штампа. При деформации он приобретает форму этой полости (см. Штампование, Ротационная ковка).

При свободной ковке (ручной и машинной) металл не ограничен совсем или же ограничен с одной стороны. При ручной ковке непосредственно на металл или на инструмент воздействуют кувалдой или молотом.

Свободную ковку  применяют также для улучшения  качества и структуры металла. При  проковке металл упрочняется, завариваются так называемые несплошности и размельчаются крупные кристаллы, в результате чего структура становится мелкозернистой, приобретает волокнистое строение.

Машинную  ковку выполняют на специальном оборудовании — молотах с массой падающих частей от 40 до 5000 кг или гидравлических прессах, развивающих усилия 2–200 МН (200–20000 тс), а также на ковочных машинах. Изготовляют поковки массой 100 т и более. Для манипулирования тяжёлыми заготовками при ковке используют подъёмные краны грузоподъёмностью до 350 т, кантователи и специальные манипуляторы.

Ковка является одним из экономичных способов получения  заготовок деталей. В массовом и крупносерийном производствах преимущественное применение имеет ковка в штампах, а в мелкосерийном и единичном — свободная ковка.

При ковке используют набор кузнечного инструмента, с  помощью которого заготовкам придают  требуемую форму и размеры.

 

Предварительная термообработка.

Отжиг стали.

Отжиг — вид термической обработки металлов и сплавов, заключающийся в нагреве до определённой температуры, выдержке и последующем, обычно медленном, охлаждении. При отжиге осуществляются процессы возврата (отдыха металлов), рекристаллизации и гомогенизации. Цели отжига — снижение твёрдости для повышения обрабатываемости, улучшение структуры и достижение большей однородности металла, снятие внутренних напряжений. Назначение отжига – снижение твёрдости, измельчение зерна, улучшение обрабатываемости, повышение пластичности и вязкости, снятие внутренних напряжений, устранение или уменьшение структурной неоднородности, подготовка к последующей термической обработке.

 

Механическая  обработка.

Механическая  обработка — обработка заготовки из различных материалов при помощи механического воздействия различной природы с целью создания по заданным формам и размерам изделия или заготовки для последующих технологических операций.

Обработка резанием осуществляется на металлорежущих станках путём внедрения инструмента в тело заготовки с последующим выделением стружки и образованием новой поверхности. Виды резания:

  • наружные цилиндрические поверхности — точение, шлифование, притирка, обкатывание, суперфиниширование;
  • внутренние цилиндрические поверхности — растачивание, сверление, зенкерование, развертывание, протягивание, шлифование, притирка, хонингование, долбление;
  • плоскости — строгание, фрезерование, шлифование.

При обработке  резанием механическая обработка также  разделяется по чистоте обработанной поверхности:

  • Черновая обработка
  • Получерновая обработка
  • Чистовая обработка
  • Получистовая обработка
  • Суперфиниш.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Выбор режимов термической  обработки

Режим термической обработки