Завод проводит химико-термическую обработку массовых партий зубчатых колес диаметром 50 мм из стали 20 в термическом цехе. Зубчатые колеса поступали в термический цех из механического цеха, а затем вновь возвращались для окончательной обработки в механический цех. (Решение → 21820)

Заказ №38657

Завод проводит химико-термическую обработку массовых партий зубчатых колес диаметром 50 мм из стали 20 в термическом цехе. Зубчатые колеса поступали в термический цех из механического цеха, а затем вновь возвращались для окончательной обработки в механический цех. Для повышения производительности и сокращения длительности производственного цикла завод изменил марку стали и начал выполнять закалку с индукционного нагрева. Это позволило проводить термическую обработку непосредственно в потоке механического цеха. Приведите марку стали, из которой следует изготавливать зубчатые колеса, закаливаемые с индукционного нагрева. Укажите технологический режим обоих процессов термической обработки и сравните их по продолжительности операций.

Термообработка деталей из стали 20

Сталь 20 по химическому составу – углеродистая, по назначению – конструкционная, по качеству –качественная. По структуре эта сталь – доэвтектоидная (исходная структура феррит и перлит), по степени раскисления – спокойная, по содержанию углерода – низкоуглеродистая (содержит в среднем 0,2 % углерода).

Для обеспечения высокой поверхностной твердости (~60 НRC) деталей из стали 20 целесообразно проводить химико-термическую обработку (цементацию) с последующей закалкой и низким отпуском.

Температура критических точек стали 20, оС: Ac1 = 735, Ac3 = 850.

Цементация – процесс насыщения поверхностного слоя стали углеродом. Цель цементации – получить детали машин с твердой и износоустойчивой поверхностью при сохранении вязкой, выдерживающей динамические нагрузки сердцевины. Цементованные изделия хорошо работают при знакопеременных нагрузках и в условиях трения. Цементация и последующая термическая обработка повышают и предел выносливости. Цементация производится путем нагрева и длительной выдержки деталей в соответствующей “науглероживающей” среде при температурах аустенитного состояния стали (920–950 С), то есть выше линии Ас3 (линии GS на диаграмме железо-цементит) (рис. 6.1).

Длительность цементации зависит от требуемой толщины цементованного слоя и температуры нагрева. В среднем можно принять скорость насыщения углеродом 0,1 мм в час. Таким образом, для получения цементованного слоя толщиной 1 мм необходима выдержка 10 часов.

В исходном состоянии сталь 20 имеет структуру доэвтектоидной стали – феррит и перлит. При ХТО происходит нагрев стали до температур выше Ас3, при этом феррито-перлитная структура превращается полностью в аустенит. Одновременно происходит насыщение поверхностного слоя стали углеродом, в результате чего после охлаждения структура цементованной стали будет иметь 3 различные зоны (рис. 6.2)

Окончательные служебные свойства цементованные изделия приобретают в результате термической обработки (закалки и низкого отпуска), выполняемой после цементации. Учитывая то, что на поверхности стали 20 после цементации образовался слой со структурой заэвтектоидной стали, целесообразно проведение неполной закалки после цементации с целью устранения перегрева цементованного слоя и придания ему высокой твердости.

Температура нагрева при неполной закалке назначается на 30 – 50 оС выше критической точки Ас1 (линия PSK на диаграмме железо – цементит) и составит: Тн = Ас1 + (30 – 50 оС) Тн = 735 + (30 – 50 оС) = 765 – 785 оС.

Длительность выдержки при температуре закалки – 1 мин на 1 мм сечения для углеродистых сталей, для детали сечением 50 мм составит 50 мин.