49573

Расчет режима термической обработки

Курсовая

Производство и промышленные технологии

Назначить режим термической обработки температуру закалки охлаждающую среду и температуру отпуска метчиков и плашек из стали У10. Метчики и плашки изготавливают из инструментальной углеродистой и быстрорежущей стали. Инструментальными сталями называют углеродистые и легированные стали обладающие высокой твердостью HRC 6065 прочностью при некоторой вязкости для предупреждения поломки инструмента в процессе работы и износостойкостью необходимой для сохранения размеров и формы режущей кромки при резании. Закаливаемость – способность...

Русский

2014-01-15

69.5 KB

73 чел.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Российский Государственный Университет

нефти и газа им. И.М. Губкина

Кафедра металловедения и неметаллических конструкций

Курсовая работа по материаловедению

                                                                              Выполнил: Абдулова Л. Д.

                                                                                         группа: МИ-06-1

                                                                                         Проверил: Куракин И. Б.

Москва 2008г.


Содержание.

Задание...............................................................................................................................3

Введение.............................................................................................................................4

Сталь У10...........................................................................................................................5

Закалка................................................................................................................................7

Отпуск.................................................................................................................................8

Заключение........................................................................................................................10

Список литературы...........................................................................................................11


Задание.

Назначить режим термической обработки (температуру закалки, охлаждающую среду и температуру отпуска) метчиков и плашек из стали У10. Описать сущность происходящих процессов, превращений, структуру, твердость инструмента после термообработки.


Введение.

Метчик – инструмент, предназначенный для нарезания внутренней резьбы в сквозных и глухих отверстиях. Представляет собой цилиндрический  винт, сопряженный с нарезаемой резьбой, с режущими кромками на конце.

Плашка - инструмент, предназначенный для нарезания наружной резьбы. Круглая плашка представляет собой гайку, сопряженную с нарезаемой резьбой, превращенную в режущий инструмент.

К основным требованиям при изготовлении ручных метчиков и плашек относятся высокая твердость (HRC 60-62 для метчиков и HRC 59-61 для плашек) – для того, чтобы срезать стружку; прочность и износостойкость материала, из которого изготовлен инструмент, - для предотвращения поломки инструмента.

Метчики и плашки изготавливают из инструментальной углеродистой и быстрорежущей стали. Для изготовления ручных метчиков и плашек применяют углеродистую (легированную) инструментальную сталь, обычно заэвтектоидную (У10 и У11, У12 и У13), у которых после термической обработки структура – мартенсит и карбиды.


Сталь У10.

Инструментальными сталями называют углеродистые и легированные стали, обладающие высокой твердостью (HRC 60-65), прочностью при некоторой вязкости для предупреждения поломки инструмента в процессе работы и износостойкостью, необходимой для сохранения размеров и формы режущей кромки при резании. Важной характеристикой инструментальных сталей является прокаливаемость.  Прокаливаемость – глубина проникновения закаленной зоны. За глубину закаленного слоя условно принимают расстояние от поверхности изделия до полумартенситной зоны (50% мартенсита + 50% троостита). Сталь У10 относится к углеродистым сталям небольшой прокаливаемости и закаливаемости. Закаливаемость – способность стали повышать твердость после закалки. Закаливаемость стали определяется в первую очередь содержанием в стали углерода.

Более рационально углеродистые стали использовать для инструментов диаметром 10-30 мм, т.к. при закалке они приобретают высокую поверхностную твердость, сохраняя незакаленную вязкую сердцевину, поэтому их используют для изготовления инструментов, работающих под динамическими нагрузками: ручных метчиков, штамп простой формы и плашек. В инструментах, имеющих в сечении более 30 мм, закаленный слой получается тонким и под действием нагрузки сминается; в инструменты небольших сечений (2-3 мм) равномерной высокой твердости не получают. Сталь У10 относится к группе умеренной износостойкости,  они пригодны для резания с небольшой скоростью и для деформирования довольно мягких материалов, т.к. при нагреве выше 190-200º С твердость снижается.

Химический состав (%) стали У10.

    Марка      

      С

Mn

Si

Cr

W

Mo

V

У10

0,95-1,04

0,15-0,35

До 0,20

-    

-

-

-

Температуры критических точек стали У10.

,° С

,° С

,° С

,° С

730

800

700

210

Углеродистые стали в исходном состоянии имеют структуру зернистого перлита, при этом твёрдость их не превышает 170-180 НВ. Температура закалки углеродистой стали должна быть чуть выше точки Ас1 (на 30-50° С) - 760-780º С, но ниже, чем Аст для того, чтобы в результате закалки получить мартенситную структуру и сохранить мелкозернистую нерастворённую структуру вторичного цементита.

На практике применяют различные способы закалки. Наибольшее распространение получила закалка в одном охладителе, получившая название непрерывной. Для углеродистых сталей этот наиболее простой способ не приемлем ввиду возникновения значительных напряжений и деформации. Поэтому применяют другие способы закалки, способствующие снижению напряжений: прерывистую, ступенчатую, изотермическую закалку, закалку с самоотпуском. Мелкий инструмент, такой, каким являются метчики и плашки из стали У10, применяют ступенчатую закалку для выравнивания температуры по всему сечению изделия и уменьшения остаточных напряжений.

Проводят   низкий  отпуск при 150-170º С для сохранения высокой твёрдости (62-63 HRС), т.к. цементитный карбид, выделяющийся при отпуске, начинает коагулировать при относительно низком нагреве (200-250º С), что приводит к снижению твердости стали уже при нагреве до этих температур.


Закалка.

Закалка – вид термической обработки, заключающийся в нагреве стали на 30-50º выше температуры  (для доэвтектоидной стали) и  (для заэвтектоидной и эвтектоидной сталей), выдержке при этих температурах и последующем охлаждении со скоростью, равной или превышающей критическую скорость охлаждения (критическую скорость закалки).

 Ступенчатая закалка заключается в нагреве до температуры закалки (760-780° С),  охлаждении нагретой детали в закалочной среде при температуре несколько выше точки Мн (250°С) и выдержке в ней сравнительно короткое время, затем снова охлаждение до комнатной температуры на воздухе. Таким образом, регулируя скорость охлаждения, можно бороться с возникающими внутренними напряжениями, т.к. охлаждение разбивается на два этапа и разновременность превращения в разных точках сечения уменьшается.

При нагреве в пламенных или электрических печах взаимодействие печной атмосферы с поверхностью нагреваемого изделия приводит к окислению и обезуглероживанию, что снижает твердость, износостойкость и сопротивление усталости, поэтому режущие инструменты чаще нагревают в расплавленных солях. Ориентировочная продолжительность нагрева 3 минуты. В исходном (отожженном) состоянии сталь У10 имеет структуру зернистого перлита (Feα+Fe3C). При нагреве её до температуры 760-780° С происходит перестройка кристаллической решётки железа - кубическая объёмноцентрированная решётка переходит в гранецентрированную, получаем структуру аустенита, содержащего 0,8% С  и цементита (Feγ+Fe3C), который не успевает растворится в аустените ввиду нагрева ниже Аст (это необходимо для предотвращения роста зерна).

Сталь У10 имеет высокую критическую скорость охлаждения, поэтому для того, чтобы обеспечить скорость охлаждения выше критической, т.е. предотвратить распад аустенита на ферритно-цементитную смесь,  применяют воду и различные водные растворы в качестве закалочной (охлаждающей) среды - соляную ванну (KOH+NaOH) с добавкой воды около 3-5%. При переохлаждении аустенита  до температуры 250° С Г.Ц.К. решётка становится неустойчивой и диффузионные процессы становятся невозможными. Атомы углерода  занимают поры в решетке   α-железа и сильно ее искажают. В результате образуется мартенсит – пересыщенный твердый раствор внедрения углерода в α-железо. Так как процесс бездиффузионный, концентрация углерода в мартенсите будет такая же, как и в аустените.

   В результате выдержки в закалочной среде (250° С) происходит выравнивание температуры по всему сечению изделия. Процесс мартенситного превращения протекает не до конца при охлаждении на воздухе до комнатной темперутары, вследствие чего сталь сохраняет некоторое количество остаточного аустенита (Аост). При выбранном режиме закалки  получаем структуру мартенсит закалки + аустенит остаточный + карбиды   (М+Аост.+Fe3C), твёрдость изделия - 59-62 HRc .

    


Отпуск.

Закалка не является окончательной операцией термической обработки. Чтобы уменьшить хрупкость и напряжения, вызванные закалкой, и получить требуемые механические свойства, сталь после закалки обязательно подвергают отпуску.

Отпуск – термическая обработка, заключающаяся в нагреве закалённой стали ниже ,  выдержке при этой температуре и последующем охлаждении.

 Для метчиков из стали У10 выбираем отпуск при 180° С с последующим охлаждением в воде - низкий отпуск. Низкий отпуск наряду с увеличением твёрдости, избавляет изделие от внутренних напряжений закалки, что необходимо в данном случае для повышения износостойкости изделия. При этом снижаются закалочные микронапряжения, мартенсит закалки переводится в отпущенный мартенсит, повышается прочность и износостойкость, немного улучшается вязкость без снижения твердости. Продолжительность отпуска составляет обычно 1-2,5 часа.

Нагрев способствует выделению углерода из участков мартенсита и образованию в кристаллах мартенсита карбидов Fe2C, имеющего гексагональную кристаллическую решётку. Вследствие этого концентрация углерода на границах зерен уменьшается, тогда, как более удаленные участки сохраняют исходную концентрацию углерода, полученную после закалки, степень тетрагональности стремиться к единице. Структуру, образующуюся в результате распада мартенсита, называют отпущенным мартенситом – гетерогенная смесь пересыщенного α-твердого раствора и необособившихся частиц карбида, близкого по составу к Fe2C, связанных когерентно с решеткой мартенсита.

Плашки из стали У10, наряду с высокой твёрдостью и износостойкостью, должны обладать немного большей пластичностью, чем метчики. Это обусловлено тем, что плашки применяются для наружной нарезки резьбы и при излишней твёрдости могут “крошить” поверхность заготовки. Поэтому для плашек рекомендуется применять отпуск при температуре 220°-240°С - более высокой температуре, чем отпуск для метчиков. Полученная в результате отпуска твёрдость изделия будет равной 59-60 HRc .


Заключение.

В результате назначенной термообработки - ступенчатая закалка при 250° С в соляной ванне с последующим отпуском при 180° С (220-240° С для плашек) и охлаждении изделия в воде -  достигнуты следующие результаты:

1.  твёрдость после термообработки - 62-63 HRc.(59-61 HRc для плашек )

2.  увеличение прочности и износостойкости.

3.  структура из зернистого перлита трансформировалась в мартенсит отпущенный.

Вывод: изделия из стали У10 , прошедшие термообработку, полностью соответствуют предъявляемым к ним требованиям (высокая твёрдость, износостойкость, прочность).

 


Список литературы.

  1.  Гуляев А.П., Металловедение; «Металлургия», 1977г
  2.  Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П., Материаловедение, 1980 г
  3.  Справочник металлиста.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

66631. Жизнь и научная деятельность Ильи Андреевича Соколова 147.83 KB
  В то время этот лозунг действовал не только безотказно, но он завораживал всех, включая и ученый мир, своей, казалось бы, легкостью, целесообразностью его выполнения и что именно реализация освоения создаст "счастливую жизнь", в которой так нуждались народы СССР.
66632. Биография М.В.Ломоносова. Вклад Ломоносова в почвоведение 48.3 KB
  Внутренние противоречия в социально-экономическом развитии России неизбежно отражались на состоянии русской науки и культуры XVIII столетия. Ломоносов отдавший всю свою жизнь развитию науки и культуры России. Ломоносов показавший своей многогранной деятельностью какие творческие возможности народа скованы крепостничеством.
66633. Предмет исследования искусственного интеллекта 589 KB
  Обучение нейронной сети в первую очередь заключается в изменении силы синаптических связей между нейронами. Искусственный нейрон узел искусственной нейронной сети являющийся упрощённой моделью естественного нейрона. Нейрон представляет собой своеобразную единицу обработки информации...
66634. Научный вклад Павла Андреевича Костычева в почвоведение 922 KB
  Началом подготовки крестьянской реформы стало учреждение по указу Александра II в январе 1857 секретного комитета для обсуждения мер по устройству быта помещичьих крестьян главной задачей которого была отмена крепостного права с обязательным наделением крестьян землей.
66635. Народознавство: суть, принципи, функції та засоби 99.5 KB
  Таким чином до сфери народознавства входили б і такі науки як історія політична й історія розвитку державних інститутів історія наук і історія промислу все звичайно в сфері щонайобмеженішій наскільки це стосується певного конкретного народу. Народознавство у вузькому значенні етнографія наука про культуру побут народу його походження розселення національні традиції та обряди.
66636. Развитие психоанализа в работах А.Адлера и К.К. Г. Юнга 142.5 KB
  Психоанализ возник на рубеже ХIХ–ХХ столетий. Термин «психоанализ» впервые был использован австрийским невропатологом Зигмундом Фрейдом в статье «Наследственность и этиология неврозов», опубликованной на французском языке 30 марта 1896 года.
66637. Ассоциативная психология: история, идеи факты 96 KB
  Заметим, что понятие ассоциации возникло довольно давно и историю его возникновения мы можем проследить, начиная с работ Аристотеля и Платона. В ходе развития науки различные философские системы вкладывали в понятие ассоциации различный смысл.
66638. Гештальтпсихология: идеи и факты 131.5 KB
  Гештальттерапия которой я учусь уже два с половиной года в той или иной степени унаследовала идеи гештальтпсихологии. А появились эти понятия в 1910е годы прошлого века и именно гештальтпсихологии они обязаны своим появлением....
66639. Концепция «физиологии активности» 142.5 KB
  Бернштейн изучал естественные движения неповрежденного организма. Ученый утверждал что организм своими движениями активно воздействует на окружающую среду стремясь изменить ее в потребном ему направлении. Принцип сенсорных коррекций Ранее механизм движения описывался...