82951

Расчет режима термической обработки детали «Стакан буферный»

Курсовая

Производство и промышленные технологии

Проведен расчет прокаливаемости сталей 30Х, 38ХА, 50Х. Описаны режимы термической обработки этих сталей и структура, и механические свойства до, после различных видов ТО. Разработан технологический процесс термической обработки детали «Стакан буферный» по ее чертежу.

Русский

2015-03-05

1.07 MB

24 чел.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

2

БГТУ.1401.03.000

Разработала

Буданова Е. А.

Проверил

Илюшкин Д. А.

 

 Н. Контр.

 Утверд.

Расчет режима термической обработки детали «Стакан буферный»

Лит.

Листов

Содержание

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

1. Характеристика сталей 30Х, 38ХА, 50Х...........................................................5

1.1. Сталь 30Х..........................................................................................................5

1.2. Сталь 38ХА.......................................................................................................6

1.3. Сталь 50Х..........................................................................................................7

2. Закаливаемость сталей  30Х, 38ХА, 50Х..........................................................9

3. Расчет прокаливаемости стали 30Х, 38ХА, 50Х............................................12

3.1. Упрощенный вариант расчета прокаливаемости .......................................14

3.2. Расчет прокаливаемости по номограмме М. Е. Блантера...........................18

4. Разработка процессов термической обработки детали  «Стакан буферный»..............................................................................................................26

4.1. Характеристика стали 20ГЛ..........................................................................28

4.2. Выбор нагреваемого устройства ..................................................................30

4.3. Расчет режима ТО...........................................................................................33

4.3.1. Температуры нагрева..................................................................................33

4.3.2. Расчет времени нагрева..............................................................................34

4.3.3. Расчет времени выдержки..........................................................................36

Заключение.............................................................................................................40

Список литературы................................................................................................41

Аннотация

    Проведен  расчет прокаливаемости сталей 30Х, 38ХА, 50Х. Описаны режимы термической обработки этих  сталей и структура, и механические свойства до, после различных видов ТО.

     Разработан технологический   процесс  термической  обработки  детали  

«Стакан буферный»  по ее чертежу. Выбрано нагревательное устройство для термической обработки детали.

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Лист

4

БГТУ.140103.000

Введение

Термической обработкой называется технологический процесс, состоящий из совокупности операций нагрева, выдержки и охлаждения изделий из металлов и сплавов, целью которого является изменение их структуры и свойств в заданном направлении.

Теория термической обработки рассматривает и объясняет изменения строения и свойств металлов и сплавов при тепловом воздействии, а также при тепловом воздействии в сочетании с химическим, деформационным, магнитным и другим воздействиями.

Термическая обработка является одним из наиболее распространенных в современной технике способов получения заданных свойств металлов и сплавов. Термическая обработка применяется либо в качестве промежуточной операции для улучшения обрабатываемости резанием, давлением и т.д., либо в качестве окончательной операции для придания металлу или сплаву такого комплекса механических, физических и химических свойств, который сможет обеспечить заданные эксплуатационные характеристики изделия. Чем ответственнее изделие (конструкция), тем, как правило, в нем больше термически обработанных деталей.

Целью работы является разработка технологического процесса термической обработки детали «Стакан буферный» по  чертежу с необходимость уравнения  их  физико-химических и эксплуатационных  свойств.

Основными задачами курсового проекта разработать режим термической обработки детали «Стакан буферный».

1. Характеистика сталей

1.1. Сталь 30Х

Сталь 30Х - это конструкционная легированная хромом, сталь с содержание хрома 0,8-1,1%. Химический состав этой стали приведен в таблице 1.

Таблица 1

Химический состав стали 30Х ГОСТ 4543-71

Содержание химических элементов, % по массе

С

Si

Mn

Ni

S

P

Cr

Cu

0,24-0,32

0,17-0,37

0,5-0,8

0,3

0,035

0,035

0,8-1,1

0,3

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Лист

5

БГТУ.140103.000

Хром подобно углероду, обладает свойствами значительно повышающие прочность, твердость, износостойкость стали, сопротивляемость коррозии. Добавка 1—2% хрома повышает прочность стали в 1,5—2 раза, 12%—делает ее нержавеющей, 25% — жароупорной,  окалиностойкой. Однако добавка хрома способствует росту зерна при длительном нагреве. Поэтому хромистые стали не следует долго выдерживать в печи при ковочной температуре. Хотя прокаливаемость хромистой стали больше, чем углеродистой, все же она не очень велика. У этой  стали  как и у всех большинства сталей есть заменители, ими  являются 30ХРА, 35Х, 35ХРА. Сталь 30Х ограниченно сваривается, это значит, что сварка возможна при подогреве до 100 -120  ̊С и последующей термообработке. Режимы термообработки и механических свойств для стали 30Х приведены в таблице 2.

Таблица 2

Режимы термообработки и механические свойства стали 30Х

ГОСТ 4543-71

Режим ТО

Температура, ̊С

Среда охлаждения

Сечение, мм

σт, Н/мм2

σв, Н/мм2

δ, %

ψ, %

KCU, Дж/см2

Закалка

845

Масло

>80

685

880

12

45

69

Отпуск

450

Масло или вода

Закалка

875

Масло

80 до 150

685

880

10

40

62

Отпуск

550

Масло или вода

150 до 250

685

880

9

35

59

Закалкой -  называется операция термической обработки, состоящая из нагрева до температур выше верхней критической точки AC3 для доэвтектоидной стали и выше нижней критической точки АС1.

Отпуском - называется, нагрев закаленной стали до температур ниже критической точки Ас1 выдержка при этой температуре с последующим охлаждением.

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Лист

6

БГТУ.140103.000

Критические температурные точки стали 30Х приведены в таблице 3.

Таблица 3

Температуры критических точек ГОСТ 4543-71

Марка стали

Критические точки

Ac1

Ac3

Ar1

Ar3

30Х

740

815

670

-

1.2. Сталь 38ХА

Сталь 38ХА является конструкционной высококачественной, легированная хромом, сталь с содержание хрома 0,8-1,1%. Химический состав этой стали приведен в таблице 4.

Таблица 4

Химический состав стали 38ХА ГОСТ 4543-71

Содержание химических элементов, %

C

Si

Mn

Ni

S

P

Cr

Cu

0,35-0,42

0,17-0,37

0,5-0,8

0,3

0,025

0,025

0,8-1,1

0,3

У стали  38ХА так же  есть заменители, ими  являются  40Х, 35Х, 40ХН. Сталь 38ХА  трудно  сваривается, это значит, что  для получения качественных сварных соединений требуются дополнительные операции: подогрев до 200-300  ̊С, при сварке. Термообработка после сварки - отжиг. Режимы термообработки и механических свойств для стали 30Х приведены в таблице 5.

Таблица 5

Режимы термообработки и механические свойства стали 38ХА ГОСТ 4543-71

Режим ТО

Температура, ̊С

Среда охлаждения

Сечение, мм

σт, Н/мм2

σв, Н/мм2

δ,  %

ψ, %

KCU, Дж/см2

HB

Закалка

860

Масло или  вода

25

780

930

12

50

88

-

Отпуск

550

Закалка

850

Вода

25

1220

1310

7

38

54

380

Отпуск

400

Закалка

850

25

930

1030

12

47

108

320

Отпуск

500

Закалка

850

Вода

25

710

830

17

63

167

360

Отпуск

600

Критические температурные точки стали 38ХА приведены в таблице 6.

Таблица 6

Марка стали

Критические точки

Ac1

  Ac3

Ar1 

Ar3 

38ХА

743

782

693

730

Температуры критических точек ГОСТ 4543-71

1.3. Сталь 50Х

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Лист

7

БГТУ.140103.000

Сталь 50Х - сталь, конструкционная легированная хромом, с содержание хрома 0,8-1,1%. Химический состав этой стали приведен в таблице 7.

Таблица 7

Химический состав стали 50Х ГОСТ 4543-71

Марка стали

Содержание химических элементов, %

C

Si

Mn

Ni

S

P

Cr

Cu

50X

0,46-0,54

0,17-0,37

0,5-0,8

0,3

0,035

0,035

0,8-1,1

0,3

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Лист

8

БГТУ.140103.000

Стали 50Х имеет заменители, ими являются 40Х, 45Х, 50ХН, 50ХФА. Сталь 50Х трудно сваривается, это значит, что для получения качественных сварных соединений требуются дополнительные операции: подогрев до 200-300 ̊С, при сварке, термообработка после сварки - отжиг. Режимы термообработки и механические свойства для стали 30Х приведены в таблице 8.

Таблица 8

Режимы термообработки и механические свойства стали 50Х ГОСТ 4543-71

Режим ТО

Темпе-ратура, ̊С

Среда охлажде-ния

Сечение,мм

σт, Н/мм2

σв, Н/мм2

δ,  %

ψ, %

KCU, Дж/см2

НВ

Закалка

830

Масло

25

880

1080

9

40

39

-

Отпуск

520

Вода или масло

Нормали-зация

860

<100

345

590

18

45

59

174-217

100-300

17

40

54

300-500

14

38

49

Закалка

830

Масло

500-800

12

38

39

Отпуск

520

Вода или масло

Закалка

830

Масло

300-500

540

685

13

40

49

223-262

Отпуск

520

Вода или масло

Закалка

830

Масло

100-300

590

732

235-277

Отпуск

520

Вода или масло

Критические температурные точки сталь 50Х приведены в таблице 9.

Таблица 9

Температуры критических точек ГОСТ 4745-71

Марка стали

Критические точки

Ac1

  Ac3

Ar1 

Ar3 

50Х

720

770

660

693

2. Закаливаемости сталей 30Х, 38ХА, 50Х

Под закаливаемостью стали понимают - твердость стали, приобретаемую при закалке. При закалке сталь нагревается выше критической температуры и затем охлаждается со скоростью равной или выше критической, необходимой для получения неравновесной структуры — мартенсита закалки. Эта операция термической обработки является весьма распространенной и наиболее ответственной. В связи с этим необходимо уделить особое внимание правильному выбору основных параметров технологии закалки.

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Лист

9

БГТУ.140103.000

Выбор температуры закалки производится в зависимости от температуры критических точек. При этом доэвтектоидные стали нагреваются выше точки Ас3 на 30...40 °С. Нагрев этих сталей выше точки Ас1, но ниже Ас3 недопустим, ибо при последующем охлаждении с критической скоростью образуется смесь структур мартенсита закалки и феррита. Из-за низкой твердости феррита (80 НВ) твердость стали после закалки будет существенно понижена. Для заэвтектоидных сталей является оптимальной температура нагрева выше точки Ас1 на 30...40 °С. После охлаждения с критической скоростью образуется структура мартенсита закалки и вторичного цементита. При таком сочетании структурных составляющих обеспечивается максимальная твердость стали после закалки, так как твердость цементита (750 НВ) даже выше, чем твердость мартенсита высокоуглеродистой стали (700 НВ). Необходимо учитывать, что при нагреве выше Aс1 заэвтектоидных сталей (при неполной закалке) оптимальные результаты будут получены только в том случае, если выделения вторичного цементита имеют зернистую (сфероидальную) форму. Выделения цементита в виде сетки по границам зерен недопустимы, так как заэвтектоидная сталь после закалки в этом случае будет хрупкой. Поэтому заэвтектоидные стали для получения качественной исходной структуры перед закалкой обязательно подвергаются сфероидизирующему отжигу. Твердость мартенсита закалки зависит от содержания углерода (Рис.1)

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Лист

10

БГТУ.140103.000

Рис. 1. Изменение твердости закаленной стали

в зависимости от содержания углерода:

а – закалка от температуры нагрева выше Ас3 ;

б – твердость мартенсита; в – закалка от температуры

нагрева выше Ас1

На рис. 2 приведены области оптимальных температур для закалки углеродистых сталей с разным количеством углерода.

Рис.2. Оптимальный интервал закалочных

температур углеродистой стали

Как видно из рис. 1 твердость заэвтектоидной стали после неполной закалки с увеличением количества углерода несколько повышается. Это объясняется тем, что увеличивается количество очень твердого цементита в структуре, после закалки. Так как содержание углерода в мартенсите заэвтектоидных сталей практически одно и то же. Для разных по составу сталей твердость мартенсита заэвтектоидных сталей одинакова (рис.1, б)           Температура для закалки легированных сталей выбирается по данным из справочников.

Скорость охлаждения при закалке. Наиболее ответственной операцией при закалке является охлаждение, которое должно осуществляться со скоростью выше критической для получения структуры мартенсита.

Критическая скорость закалки Vk, для данной стали определяется по термокинетической диаграмме состояния.

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Лист

11

БГТУ.140103.000

При больших скоростях охлаждения при закалке возникают внутренние напряжения, которые могут привести к короблению или растрескиванию деталей. Поэтому нужно иметь ясное представление о механизме образования внутренних напряжений, чтобы успешно их регулировать и предотвращать образование брака.

3.Расчет  прокаливаемости сталей 30Х, 38ХА, 50Х

Под прокаливаемостью понимают способность стали получить закаленный слой с мартенситной или троститно - мартенситной структурой и на определенную глубину.

За характеристику прокаливаемости принято считать критический диаметр Dk, т. е. наибольший диаметр цилиндра из данной стали, который получат в результате закалки полумартенситную структуру в центре образца.

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Лист

12

БГТУ.140103.000

Полумартенситная структура содержит 50 % мартенсита и 50 % троостита. В этом случае Dk обозначается D50. Однако часто важно знать значение диаметра, где содержание мартенсита значительно выше: 95 % и 99,9 %. В этих случаях Dk обозначают D95 и D99. Вопрос о прокаливаемости возникает потому, что скорость охлаждения по сечению закаливаемой детали различная: она максимальная на поверхности, уменьшается в более глубоких от поверхности слоях и минимальная в центральной части детали (рис. 3).

Рис. 3. Схема изменения скорости охлаждения

по сечению цилиндра при закалке

Естественно, что твердость по сечению детали, не имеющей сквозную прокаливаемость, будет неодинаковая. После отпуска, когда можно выровнять твердость по сечению, ряд других свойств (особенно ан и σт) в непрокалившихся участках сечения оказываются заведомо сниженными. На рисунке 4 показаны схемы кривых, изменения свойств по сечению у непрокалившего образца (а) и образца со сквозной прокаливаемостью (б) после отпуска.

Для машиностроительных деталей ответственного назначения, которые работают в жестких условиях нагружения (на разрыв и, особенно на удар), также для деталей типа пружин, рессор и подавляющего большинства инструментов требуется, чтобы после закалки структура по всему сечению состояла из 100 % мартенсита, что обеспечит однородную структуру после отпуска.

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Лист

13

БГТУ.140103.000

Для деталей машин, работающих в условиях менее жесткого нагружения (в основном на изгиб и кручение) в последнее время за критерий прокаливаемости принимается 100 % мартенсита на глубине 0,5 радиуса детали;

Таким образом для конструктора, выбирающего материал для детали, знание прокаливаемости (критического диаметра Dк) стали весьма важно.

Рис. 4. Схема изменения механических свойств

по сечению после закалки и отпуска на одинаковую

твердость: а – образец с неполной прокаливаемостью;

б – полностью прокалившийся образец

(прокалившаяся зона заштрихована)

Рассмотрим определение прокаливаемости методом торцевой закалки. При этом методе стандартный образец (1 = 100 мм и 0 = 25 мм) из исследуемой стали подвергается охлаждению струей воды только с торца. Естественно, что скорость охлаждения по удалению от торца будет уменьшаться (соответственно уменьшается и твердость).

На прокаливаемость стали влияет много факторов:

а) состав аустенита (все элементы, растворяющиеся в аустените, за исключением  Со, увеличивают стабильность аустенита, сдвигают вправо С-образные кривые распада аустенита и увеличивают прокаливаемость);

б) с ростом зерна аустенита прокаливаемость также увеличивается;

в) увеличение неоднородности аустенита и наличие нерастворимых частиц (оксиды, карбиды) в аустените ускоряют распад аустенита и уменьшают прокаливаемость.

3.1. Упрощенный вариант расчета прокаливаемости

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Лист

14

БГТУ.140103.000

На рис. 5 представлены полосы прокаливаемости сталей 30Х, 38ХА, 50Х, которые  определяют расстояние от торца образца до полумартенситной и мартенситной зоны.

а)

б)

в)

Рис. 5. Полосы прокаливаемости:

а- стали 30Х; б- стали 38ХА; в- стали 50Х

На рис. 6 приведена кривая, показывающая твердость полумартенситной структуры HRC50м в зависимости от содержания углерода в стали.  

Например, для стали 30Х из рис. 6 определяем твердость полумартенситной и мартенситной зоны  HRC50m = 36, HRC99,9М=46. Получаем  значения  для  полумартенсита откладываем  по оси ординат на рис. 5, а значения твердости мартенсита  по оси ординат на рис. 1, проводим горизонтали до пересечения с кривыми HRC = f(h). Спроектировав полученные точки пересечения на ось расстояний, получим, что расстояние до полумартеиситной зоны  11 мм, а расстояние до мартенситной  зоны 6 мм.

Рис.6. Зависимость твердости полумартенситной

структуры HRC (50%М+50%Т) от содержания

углерода в стали

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Лист

15

БГТУ.140103.000

Для определения D50 используем диаграмму на рис. 7. Отложим по оси абсцисс найденные расстояния и из полученных точек восстановим перпендикуляры до кривой «вода» и «масло». Из полученных точек пересечения проведем горизонтали до пересечения с осью ординат и найдем, что при закалке в воде Dk = 49 мм, при закалке в масле Dk = 29 мм. В ответственных деталях, работающих на разрыв и ударный изгиб, необходимо, чтобы по всему сечению при закалке образовалась мартенситная структура. В этом случае структуры, образующиеся при распаде мартенсита в процессе отпуска, имеют высокий комплекс механических свойств. Чтобы определить критические диаметры, для стали с содержанием 95 % M(D95) и 99,9 % M(D99,9) воспользуется  графиком на рис. 8.

Рис. 7. Диаграмма для определения критического

диаметра D50 стали ускоренным методом

Рис. 8.  График для определения D95 и D99,9 по значению D50

Получаем, что критические  диаметры стали 30Х в воде составляют  D95=30, D99,9=20, в масле  D95=23, D99,9=15.

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Лист

16

БГТУ.140103.000

Для сталей 38ХА и 50Х твердость  полумартенситной и мартенситной зоны,   критические диаметры определяется аналогично как  стали  30Х. Твердость полумартенситной и мартенситной зоны представлены в таблице 10. В таблице 11  представлены   критические диаметры сталей 30Х, 38ХА, 50Х  в охладителях масле и воде.

Таблица 10

Зависимости твердости полумартенситной и мартенситной  структуры от содержания углерода

Марка стали

Содержание С,  %

Полумартенситная зона

Мартенситная зона

HRC

Расстояние от торца, мм

HRC

Расстояние от торца, мм

30Х

0,3

36

11

46

6

38ХА

0,38

37

20

51

9

50Х

0,5

43

27

56

14

Таблица 11

Критический диаметр

Вид охладителя

Марка стали

30Х

38ХА

50Х

D50

Вода

49 

82 

101 

Масло

29 

 52

 70

D95

Вода

30 

 60

70 

Масло

 23

 35

 50

D99,9

Вода

 20

33 

47 

Масло

15 

 25

 30

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Лист

17

БГТУ.140103.000

Критический диаметр сталей марок 30Х, 38ХА, 50Х

3.2. Расчет прокаливаемости по номограмме М. Е. Блантера

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Лист

18

БГТУ.140103.000

При расчетах по второму варианту на основании данных о толщине мартенситной и полумартеиситной зоны, указанной в приведенных ниже или предварительно экспериментально определяемых по способу торцевой закалки, рассчитывают критический диаметр цилиндрической детали (с различным отношением высоты к диаметру), шара или параллелепипеда для различных условий охлаждения при закалке.

Для решения задачи используется специальная номограмма (номограмма  М. Е. Блантера). В ее верхней части (приложение 1) даны две шкалы I и II, характеризующие расстояние от охлаждаемого торца образца. Для определения наибольшего диаметра (называемого критическим) или детали, прокаливающихся полностью по сечению с образованием мартенситной структуры, используют шкалу II, а для определения наибольшего диаметра (толщины) для полумартенситной зоны (50 % мартенсита и 50 % троостита) — шкалу I.

На шкале I или соответственно шкале II находят расстояние от торца до конца мартенситной и полумартенситной зоны. Схема пользования номограммой приведена на рис. 10.

На шкале I или соответственно шкале II находят расстояние от торца до конца мартенситной и полумартенситной зоны, найденное экспериментально для данной стали или по данным рис.1, 5-6.

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Лист

19

БГТУ.140103.000

Из этой точки опускают перпендикуляр до пересечения с линией на номограмме (точка I на номограмме М.Е. Блантера), указывающей идеальное охлаждение (идеальную закалочную жидкость, т. е. жидкость, которая обеспечивала бы высокую и равномерную скорость охлаждения от температуры закалки до +20 °С). Из этой точки проводят горизонтальную линию влево до пересечения с линией номограммы (точка 2), соответствующей нужной в искомом случае среде охлаждения (вода, масло, воздух). Затем из точки 2 опускают перпендикуляр на шкалу «размер, мм» (в нижней части диаграммы). В точке пересечения читается ответ — наибольший диаметр (толщина) образца, прокаливающегося полностью в выбранной закалочной жидкости с получением полумартенситной или мартенситной структуры.

Критический диаметр определяем по номограмме Блантера. Данные о прокаливаемости в различных видах охладителей, у которой расстояние до полумартенситной зоны равно ≈ 11, 20, 27 мм, для мартенситной зоны ≈  6, 9, 11 мм приведены в таблице 12. (для сталей 30Х, 38ХА, 50Х).

Таблица 12

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Лист

20

БГТУ.140103.000

Критические диаметры сталей марок 30Х, 38ХА, 50Х, определенные  по диаграмме М. Е. Блантера

Марка стали

Номер охладителя*

Отношение длины  образца к  диаметра

L/d=0,5

L/d=1

L/d=3

Критический диаметр, мм

D50

D99,9

D50

D99,9

D50

D99,9

30Х

1

90

26

69

19

53

15

2

88

23,5

65

17,8

51

14

3

85

23

62

17

50

13,7

4

75

17,7

56

13

44

10,1

5

64

13

48

9,5

37

7,5

6

59

11,8

45

8,7

33,5

6,9

7

40

7

30

5,2

24

4,1

8

6,2

-

4,6

-

3,7

-

38ХА

1

145

33

110

24,1

85

19

2

142

29,8

106

22

83

17,5

3

140

28,3

105

21

81

16,5

4

130

22

100

16,1

79

13,3

5

118

17,8

88

13

68

10,1

6

110

15,6

83

11,8

63

9

7

82

9,2

60

7

48

5,5

8

13,9

-

10,1

-

8

-

50Х

1

181

40

142

29

110

23,9

2

179

36

140

27

105

22

3

178

35

136

26

102

21

4

160

28

120

21

91

16

5

158

22

115

16

89

13

6

150

20

110

15

87

11,8

7

113

12,8

70

9,3

65

7,5

8

18,8

-

15

-

11,9

-

* Виды охладителей, используемые при расчете:   1 – 5% NaOH  в воде 200С, 2 – 5% NaCl  в воде 200С, 3 – вода 200С , 4 – вода 400С, 5 – вода 600С, 6 – минеральное масло, 7 – вода 800С, 8 – воздух.


Графики прокаливаемости с получением  полумартенситной и мартенситной структуры показаны на рисунках (рис.11-16).

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Лист

21

БГТУ.140103.000

Рисунок 11. График прокаливаемости стали 30Х до мартенситной зоны: 1 - 5% NaOH в воде 20 0С,  2 - 5% NaCl в воде 20 0С,  3 - Вода 20 0С, 4 - Вода 40 0С, 5 -  Вода 60 0С, 6 -  Минеральные масла, 7 -  Вода 80 0С, 8 - Воздух.

Рисунок 12. График прокаливаемости стали 30Х до полумартенситной зоны: виды охладителя смотреть рисунок 11

Рисунок 13. График прокаливаемости стали 38ХА до мартенситной зоны виды охладителя смотреть рисунок 11

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Лист

22

БГТУ.140103.000

Рисунок 14. График прокаливаемости стали 38ХА до полумартенситной зоны виды охладителя смотреть рисунок 11

Рисунок 15. График прокаливаемости стали 50Х до полумартенситной зоны виды охладителя смотреть рисунок 11

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Лист

23

БГТУ.140103.000

Рисунок 16. График прокаливаемости стали 50Х до мартенситной зоны виды охладителя смотреть рисунок 11

В таблице 13 приведены  данные о том, в каких охладителях для валов из сталей 30Х, 38ХА, 50Х , будет получена мартенситная и полумартенситная структуры при различных диаметрах образцов.

Таблица 13

Прокаливаемость образцов марок сталей 30Х, 38ХА, 50Х

Марка стали

Структура

М

50%М+50%Т

Отношение длины образца  к диаметру

L/d=0,5

L/d=1

L/d=3

L/d=0,5

L/d=1

L/d=3

(d=10 мм)

(d=20)

(d=30)

(d=10)

(d=20)

(d=30)

30Х

1-6

-

-

1-7

1-7

1-6

38ХА

1-6

1-3

-

1-7

1-7

1-7

50Х

1-7

1-4

-

1-8

1-7

1-7

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Лист

24

БГТУ.140103.000

На рисунке 17 показаны микроструктуры  стали  30Х: до и после различных видов ТО (закалка, отпуска, нормализации).

Рисунок 17 а. Микроструктура стали 30Х, до

термообработки, феррит + перлит

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Лист

25

БГТУ.140103.001

Рисунок 17 б. Микроструктура стали 30Х ,

после закалки,  мартенсит

Рисунок 17 в. Микроструктура стали 30Х ,

после закалки и отпуска,  сорбит отпуска

Рисунок 17 г. Микроструктура стали 30Х ,

после нормализации,  феррит +перлит

4.  Разработка процессов термической обработки детали

 «Стакан буферный»

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Лист

26

БГТУ.140103.001

Буферный стакан - это одна из составляющих тяжелого буфера. Буфера пассажирских вагонов, предназначены для обеспечение  плавности  хода вагонов. Буферный стакан, который вместе с основанием буферного прибора крепится к концевой  балке рамы болтами, буферного литого цилиндрического стержня  с тарелью, приклепанной к фланцу буферного стержня  заклепками.

Буферным стаканом, отличающийся тем, что с целью повышения надежности и долговечности путем обеспечения упругого углового перемещения тарели и равномерного распределения контактных давлений на корпус, он снабжен установленным в корпусе с возможностью ограниченного осевого перемещения промежуточным цилиндром с диаметрально расположенными выступами, размещенными в указанных направляющих пазах, при этом поверхности промежуточного цилиндра и буферного стакана,  соответственно расположенные по разные стороны от клина, выполнены коническими и сопряжены по одной образуется  конуса,   вершина которого направлена в сторону от тарели,  а пружина установлена снаружи буферного стакана, отличающийся тем, что жесткость пружины в поперечном направлении выше ее жесткости в продольном направлении.

Изобретение относится к железнодорожному транспорту и предназначено для смягчения усилий, возникающих между вагонами при переходных режимах движения. Недостатками такого буфера являются установка буферного стакана с возможностью его перемещения под действием внешних сил.

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Лист

27

БГТУ.140103.001

Рис. 18. Деталь  «Стакан буферный»  

4.1. Характеристика стали 20ГЛ

Сталь 20ГЛ - это конструкционная легированная марганцем, сталь  с содержание марганца 1,2-1,6%. Химический состав этой стали приведен в таблице 14.

Таблица 14

Химический состав стали 20ГЛ ГОСТ 977-78

Содержание химических элементов, % по массе

С

Si

Mn

S

P

Cr

Cu

0,15-0,25

0,2-0,4

1,2-1,6

0,02

0,02

0,3

0,3

 Увеличение содержания марганца с 0,45 до 1,35% сравнительно слабо отражается на механических свойствах стали, содержащей 0,25—0,28% С; при более высоком содержании марганца (до 2,79%) наблюдается существенное повышение показателей прочности при одновременном значительном снижении пластичности и ударной вязкости. Существуют, однако, указания о том, что при низком содержании в стали углерода присутствие значительных количеств марганца (до 3—5%) не вызывает ухудшения вязкости термически улучшенной стали. Стали с низким содержанием углерода (0,12—0,15%) и 3—5% марганца имеют высокие механические -свойства. Резкое снижение вязкости обнаруживается только у сталей с более высоким содержанием углерода при таком же содержании марганца. Чем ниже содержание углерода, тем выше может быть допущено содержание в стали марганца. Марганец применяют для удаления из стали кислорода и серы. Он имеет меньшую тенденцию к сегрегации, чем любой другой легирующий элемент. Марганец благоприятно влияет на качество поверхности во всем диапазоне содержания углерода, за исключением сталей с очень низким содержанием углерода, а также снижает риск

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Лист

28

БГТУ.140103.001

красноломкости. Марганец благоприятно влияет на ковкость и свариваемость сталей. Марганец не образует своего карбида, а только растворяется в цементите и образует в сталях легированный цементит. Марганец способствует образованию аустенита и поэтому расширяет аустенитную область диаграммы состояния. Режимы термообработки и механические свойства  стали 20ГЛ приведены в таблице 15.

Таблица 15

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Лист

29

БГТУ.140103.001

Режимы термообработки и механические свойства стали 20ГЛ ГОСТ 977-88

Режим ТО

Температура,   ̊С

σ0,2, МПа 

σв, МПа

δ5,%

ψ,  %

KCU, кДж / м2

HB, МПа

Нормализация

880

275

540

15

20

491

143

900

Отпуск

600

650

Нормализация

920-940

300

500

20

35

-

-

Закалка

870

334

530

14

25

383

187

890

Отпуск

620

650

Критические температурные точки стали 20ГЛ приведены в таблице 16.

Таблица 16

Температуры критических точек стали 20ГЛ ГОСТ 977-88

Критические точки

Ac1

Ac3

Ar1

Ar3

720

860

-

-

4.2. Выбор нагреваемого устройства

Рис. 19. Внешний вид печи ПВП 1000/12,5

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Лист

30

БГТУ.140103.000

Для нагрева детали «Стакан буферный»  под нормализацию и отпуска  применяем камерную электрическая печь  ПВП 1000/12,5 . Печи с выдвижным подом для отжига, нормализации, закалки крупногабаритных, тяжелых деталей в температурном диапазоне от 800  ̊С  до 1200  ̊С наиболее продуктивны печи с выдвижным подом.

Электропечь сопротивления камерная ПВП с выдвижным подом предназначена для проведения различных видов термообработки. Электропечь камерная ПВП содержит рабочую камеру, которая расположена в сварном каркасе из металлических профилей и оснащена многослойной теплоизоляцией. Внутренний слой теплоизоляции выполнен из огнеупорных материалов, наружный из высокоэффективных плит на основе базальтового волокна. Нагревательные элементы спирального типа для печей на 1150-1280 С расположенные на двери, на задней и боковых стенках, а также на поде электропечи, выполнены из высокотемпературного железохромалюминиевого сплава. Нагревательные элементы на 1400С - карбидокремниевые стержни.   

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Лист

31

БГТУ.140103.000

Дверь печи оборудована предохранительным концевым выключателем, который расположен на лицевой панели печи и обеспечивает отключение электронагревателей при открывании двери. Наружная поверхность печи выполнена из стальных съемных панелей, которые установлены с зазором от внешнего слоя теплоизоляции. Печи могут оснащаться механизированной дверью и подом. Контроль и регулирование температуры осуществляется микропроцессорным блоком управления, который устанавливается в отдельном шкафу вместе с силовыми тиристорными модулями.

Рисунок 21. Схема камерной электрической печи сопротивления ПВП 1000/12,5 с выдвижным подом

Особенности конструкции:

- Пятисторонний обогрев (дверь, боковые стенки, задняя стенка, под).

- Механизированная дверь с электрическим или гидравлическим приводом (с исполнением М), поднимающаяся вверх.

- Механизированный выдвижной под с электромеханическим приводом (печи с исполнением М).

- Многослойная высокоэффективная теплоизоляция.

- Усиленный под (металлопрокат, огнеупоры, оснастка).

- Оригинальное исполнение приводов подъема двери и выдвижения пода ,исключающее заклинивание.

- Равномерное распределение температуры по камере печи за счет обогрева с 5 сторон.

- Толстые (не менее 25 мм) карбидокремниевые и литые жаропрочные плиты для защиты пода от ударов при загрузке – выгрузке садки.

- Долговечная конструкция свода (применение качественных высокопрочных огнеупоров в кладке).

- Нагревательные элементы – спирали из суперфехрали на прочных керамических трубах.

- Многозонная регулировка температуры в габаритных печах.

- Компьютерная система регулировки разгона–торможения пода в печах с большими массами садки.

- Современная система микропроцессорного регулирования температуры в печи.

Таблица 19

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Лист

32

БГТУ.140103.000

Технические характеристики электропечи

Основные характеристики

Значения

Диапазон рабочих температур, °С

200-1200

Атмосфера в рабочем пространстве

Воздух

Размер рабочего пространства (шир/выс/глуб), мм

1600*780*780

Габаритные размеры печи с подставкой (шир/выс/глуб), мм

3900*1500*1800

Калия направляющих рельсов, мм

500

Масса, кг

1700

Питание переменным током:

напряжение, В

380

частота, Гц

50

Потребляемая мощность, кВт

65

Время нагрева до рабочей температуры, ч

4

4.3. Расчет режима ТО

4.3.1. Температуры нагрева

Нормализация  — вид термической обработки стали, при нагреве  доэвтектоидные стали нагреваются до температуры на 50 °C выше критической точки завершения превращения избыточного феррита в аустенитAC3, а заэвтэктоидные до температуры на 50 °C выше точки завершения превращения избыточного цементита в аустенит Aоcт. Нагревание ведется до полной перекристаллизации. Охлаждение производится на воздухе в цехе. В результате сталь приобретает мелкозернистую, однородную структуру. Твердость, прочность стали после нормализации выше на 10-15 %, чем после отжига.

Отпуском называется операция термической обработки, состоящая в нагреве закаленной стали до температуры ниже критической точки AC1, выдержке при этой температуре с последующим охлаждением. Высокотемпературный отпуск закаленные изделия нагревают до 450—650 °С. После такого нагрева и соответствующей выдержки в изделиях получается структура сорбита. В отличие от сорбита, образующегося после нормализации, когда цементит пластинчатый, после высокого отпуска цементит приобретает зернистую форму. Это существенно повышает ударную вязкость при одинаковой твердости по сравнению с нормализованной сталью.

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Лист

33

БГТУ.140103.001

Продолжительность нагрева детали с режимом ТО   нормализацией   до температуры 910 ̊С последующей выдержкой при этой же  температуре  и охлаждении на спокойном воздухе. Деталь «Стакан буферный» сложной конфигурации и различной толщиной стенок, особенно изготовляемые  из низколегированной стали, после нормализации должны подвергаться отпуску. Такая термическая обработка обеспечивает не только размельчение зерна с улучшением механического  качества стали, но и освобождает изделия от внутренних напряжений. Скорость охлаждения при нормализации обычно не является критической величиной. Однако, когда изделие имеет большие различия по размерам сечения, принимают меры по снижению термических напряжений, чтобы избежать коробления. Высокий отпуск с нагревом  до температуры 650  ̊С, с выдержкой при этой температуре и с последующим охлаждением в воде.  Учитывая что деталь «Стакан буферный»  весом 54,2кг, с помощью крана опуская детали на  подовой плите  вводу, тем самым проводя высокий отпуск детали.

4.3.1. Расчет времени нагрева

         Прочностные характеристики детали, с точки зрения термической обработки можно обеспечить нормализацией с отпуском. Расчет нагрева под нормализацию с отпуском детали, проводится с помощью определенных  коэффициентов учитывающие толщину детали, и продолжительность нагрева на 1 мм диаметра изделия и коэффициента распределение.

Таблица 16

Нормы продолжительности нагрева стальных изделий [5]

Наименование агрегата

Температура нагрева, °С

Продолжительность нагрева на 1 мм диаметра изделия, с

Из углеродистой стали

Из легированной стали

Пламенная печь

800-900

60-70

65-80

Тоже при упаковке изделий в ящики

800-900

90-100

120-150

Электропечь

770-820

60-65

70-75

820-880

50-55

60-65

Соляная ванна

770-820

12-14

18-20

820-880

12-14

16-18

1240-1310

6-8

8-10

Свинцовая ванна

770-820

6-8

8-10

820-880

5-7

7-8

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Лист

34

БГТУ.140103.001

          При расчете продолжительности нагрева следует принимать во внимание способ укладки изделий. Изделия помещаются  на подовую плиту  из карбида кремниевой  стали,  размерами 1500*750. Из таблицы 17 выбираем значения коэффициента времени нагрева изделий Красп, который зависит от расположения изделий в печи.

Рис. 18. Схема укладки детали «Стакан буферный»

        В нашем случае детали на подине будут укладываться согласно схеме, представленной на рис. 18. В этом случае принимаем коэффициент равный 4. Итак, время нагрева для нормализации будет равно значит, время нагрева для нормализации до температуры 910  ̊С будет  равно по формуле:

τн= (50+34)*4=5,6ч

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Лист

35

БГТУ.140103.000

         При расчете продолжительности нагрева отпуска следует принимать, что способ укладки изделий не изменяется. В этом случае принимаем коэффициент равный 4. Итак, время нагрева для отпуска до температура  ̊С , будет равно:

τн=(34+60)*4=6,2ч

Таблица  17

Зависимость коэффициента продолжительности нагрева КРАСП от расположения деталей в печи (d - диаметр или сторона квадрата)

4.3.2. Время выдержки

              Продолжительность выдержки изделий при данной температуре, так же, как и при продолжительности нагрева зависит от многих факторов, влияющих на процессы растворения избыточных фаз, и структурных превращений, происходящих в стали. Из таблицы 17 выбираем продолжительность выдержки изделия в зависимости от их условной толщины (продолжительность выдержки исчисляется с момента достижения изделия заданной температуры). Условная толщина изделия (стенки) определяется как произведение ее фактической средней толщины на коэффициент формы, зависящий от соотношения между нагреваемой поверхностью и объемом изделия.

        Из табл. 18 выбираем коэффициент формы изделия. Исходя из условной толщины детали равной   34  мм и коэффициента формы равного 4,0, получим время для нормализации выдержки при температуре 910  ̊С :

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Лист

36

БГТУ.140103.000

τВ=(35+35)*4=280мин=4,6ч

где,

Время выдержи для отпуска  при температуре 650  ̊С :

τВ=(35+45)*4=320мин=5,3ч

Таблица 17

Продолжительность выдержки изделий в электропечах при нагреве под нормализацию и отпуск (взята из расчета 1 мин на 1 мм условной толщины)

Условная толщина изделия, мм

Продолжительность выдержки, мин

Условная толщина изделия, мм

Продолжительность выдержки, мин

35

35

80

80

40

40

85

85

45

45

90

90

Продолжительность выдержки изделия в электропечах при отпуске

Условная толщина

Продолжительность выдержки, мин, при температуре, ̊С

<300

300-400

>400

35

155

55

45

40

160

60

50

45

165

65

55

Таблица 18

Коэффициенты формы изделий

Вид сечения

Коэффициенты формы

Вид сечения

Коэффициенты формы

2,0

1,0

4,0 для длинных труб или труб с закрытыми концами;

2,0 для коротких труб с открытыми концами

1,5

При b=2s-1,5

При b=3+4s-1,75

При b>4s-2

1,5

0,75

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Лист

37

БГТУ.140103.000

  

      Термическая обработка как нормализация требует после выдержки охлаждения деталей на спокойном воздухе, а после отпуска в воде затем в воде. Но с учетом укладки деталей в виде стопки  будем использовать при этом вентиляторы, обдувающие стопку с трех сторон.

   По данным расчета времени нагрева, времени выдержки мы можем представить нормализацию с отпуском  как режим термической обработки в виде графика, представленного на рис 19.

Рис. 19. Режим ТО детали «Стакан буферный»

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Лист

39

БГТУ.140103.000

В итоге микроструктура  термообработанной стали 20ГЛ будет такой, как показано на рис. 20,  а ее механические свойства – соответствовать свойствам, представленным в таблице 14.

а) Микроструктура стали 20 ГЛ  до ТО,

феррит + перлит, x100

б) Микроструктура стали 20 ГЛ  после нормализации и отпуска ,

феррит + перлит, x100

                                                  

Рис. 20. Микроструктуры  стали 20ГЛ

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Лист

40

БГТУ.141001.000

 Заключение

В развитии машиностроительной промышленности значительная роль принадлежит термистам, так как термическая обработка является одной из основных, наиболее важных операций общего технологического цикла обработки, от правильного выполнения которой зависит качество (механические и физико-химические свойства) изготовляемых деталей машин и механизмов, инструмента и другой продукции.

Перспективным направлением совершенствования технологии термической обработки является интенсификация процессов нагрева, установки агрегатов для термической обработки в механических цехах, создание автоматических линий с включением в них процессов термической обработки, а так же и разработка методов, обеспечивающих повышение прочностных свойств металлических материалов и эксплуатационных свойств деталей, их надежности и долговечности. Только изучив теорию и практику термической обработки металлов, термист может успешно работать на современных машиностроительных заводах, успешно внедрять в технологию термической обработки новейшие достижения науки и техники, бороться за механизацию и автоматизацию технологических процессов.

В результате термической обработки свойства сплавов могут быть изменены в широких пределах. Возможность значительного повышения механических свойств после термической обработки по сравнению с исходным состоянием позволяет увеличить допускаемые напряжения, уменьшить размеры и массу машин и механизмов, повысить надежность и срок службы изделий. Улучшение свойств в результате термической обработки позволяет применять сплавы более простых составов, а поэтому более дешевые. Сплавы приобретают так же некоторые новые свойства, в связи с чем расширяется область их применения. Поэтому термическую обработку применяют во всех отраслях промышленности, занятых обработкой металлов и металлических сплавов.

Список использованной литературы

  1.  А.П.  Гуляев Металловедение  /  А.П.  Гуляев; под общ. ред. А.П.  Гуляева  –  М: Металлургия, 1977. – 647 с.
  2.  В. Г. Сорокин

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Лист

41

БГТУ.141001.000

Марочник сталей и сплавов / В. Г. Сорокин, А. В. Волосникова, С. А. Вяткин и др.; Под общ. ред. В. Г. Сорокина. – М.: Машиностроение, 1989. – 640 с.

  1.  ГОСТ  4543-71. Прокат из конструкционные углеродистой и легированной стали. - М: ИПК – Издательство стандартов, 1971. - 14 с.
  2.  ГОСТ 977-88. Отливки стальные. Общие технические условия. -  М: ИПК – Издательство стандартов,  1990. - 36 с.
  3.  М. А. Тылкин  Справочник термиста ремонтной службы / М. А. Тылкин; под общ. ред. М. А. Тылкина -  М.: Металлургия, 1981. – 648 с.
  4.  http://www.clo.ru/Catalog/Pribor/Pechi/evp1000_12_I2.htm- Электрическая печь  сопротивления ПВП 1000/12,5м


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

44398. Підвищенню конкурентоспроможності продукції підприємства ВАТ ПівнГЗК на зовнішніх ринках 658.5 KB
  Предмет дослідження: є розробка методологічних основ та практичних рекомендацій щодо оцінки конкурентоспроможності ВАТ ПівнГЗК. Мета дипломної роботи: розробка заходів по підвищенню конкурентоспроможності продукції підприємства ВАТ ПівнГЗК“ на зовнішніх ринках. Завдання дослідження: провести аналіз технікоекономічних показників виробничогосподарської діяльності; проаналізувати фінансове становище та показники...
44399. Совершенствование организационной структуры учетной политики в ООО «Агроцех» 732 KB
  Периодичность и масштабы инвентаризации порядок ее проведения Конкретные способы оценки имущества и обязательств Конкретные способы калькуляции себестоимости продукции и т. Масштабы деятельности организации объем производства и реализации продукции численность работающих стоимость имущества организации и т. К способам ведения бухгалтерского учета принятым при формировании учетной политики относятся: способы амортизации основных средств; способы амортизации нематериальных активов и иных активов; оценка производственных...
44400. Дослідження математичних моделей інвестиційного аналізу 1.13 MB
  Потім серед багатьох показників що мають відношення до аналізу цієї спроможності виділяються чистий приведений прибуток NPV внутрішня норма прибутковості IRR дисконтний термін окупності DPM індекс прибутковості рентабельності PI та коефіцієнти ефективності інвестицій RR. Чиста приведена вартість NPV чистий наведений ефект. Net present vlue загальноприйняте скорочення NPV це сума дисконтованих значень потоку платежів приведених до сьогоднішнього дня.
44401. Создание программы, выполняющей функции: шифровку/дешифровку введенной символьной последовательности 3.41 MB
  Для реализации поставленной задачи будет использоваться среда программирования Microsoft Visual Basic 6.0, так как она дает возможность широко использовать идеи структурного программирования, располагает большим числом операторов, позволяющих реализовывать блочную структуру программ
44402. Многоквартирный жилой дом по ул. Первомайская 15 в г. Бугульма 2.13 MB
  Объемно-планировочные решения предусмотрены с учетом обеспечения площади ограждающих конструкций, площадь световых проемов в соответствии нормативным значениям коэффициента естественной освещенности предусмотренного СНиП.
44403. Создание брошюры «Калорийность продуктов питания» в программе Scribus 6.22 MB
  Нажимаем на иконку Блок изображения и путем протягивания с зажатой левой кнопкой мыши создаём прямоугольный блок после этого на блоке изображения вызываем контекстное меню и нажимаем вставить изображение и сверху добавляем желтый блок с 30 непрозрачностью Нажимаем на иконку Фигура и путем протягивания с зажатой левой кнопкой мыши создаём прямоугольный блок далее вызываем контекстное меню нажимаем свойства выбираем вкладку цвета ставим цвет и непрозрачность. Создаем текстовый блок и пишем Калорийность продуктов питания и...
44404. Решение задач с использованием MS Excel 1.94 MB
  Построить график функции y=Fx на заданном диапазоне изменения аргумента. Для того чтобы построить график функции надо найти У. По исходным данным Х и У строю график функции. Построить график кусочнозаданной функции.
44405. Проект участа автомобильной дороги протяженностью 3,066 км 1023 KB
  Определение требуемого модуля упругости дорожной одежды Расчетные характеристики дорожной одежды Расчетные характеристики грунта земляного полотна и характеристика материалов дорожной одежды Определение оптимального соотношения толщины слоев дорожной одежды
44406. Рекурсия и матрицы 2.31 MB
  Программный продукт должен моделировать физическую лабораторную установку для исследования радиоактивного излучения и нахождения неизвестных: массового коэффициента поглощения и линейного коэффициента поглощения. Должна быть реализована обработка результатов, а также построение гистограмм и графиков