Технологический процесс термической обработки деталей машин

Главная > Книга >Промышленность, производство

Краткая характеристика видов предварительной термической обработки и область их применения представлены в табл.2.

Окончательная (упрочняющая) термообработка проводится для придания требуемых эксплуатационных характеристик (твердость, износостойкость и т.д.) поверхностям деталей машин.

Все детали, подвергаемые окончательной (упрочняющей) термообработке, можно разделить на две группы. К первой группе относятся детали, работающие на трение, поэтому проведенная термообработка должна обеспечить необходимую твердость, износостойкость поверхностного слоя. Ко второй группе относятся детали, испытывающие при работе значительные нагрузки различного характера: растягивающие, изгибающие, крутящие, контактные.

В деталях, испытывающих в процессе эксплуатации растягивающие и сжимающие нагрузки, напряжения по сечению распределены более или менее равномерно. Для таких деталей применяют сквозную закалку и отпуск.

В деталях, работающих на изгиб, кручение или при высоких контактных нагрузках, сквозное упрочнение сечения не обязательно, но, желательно поверхностное упрочнение при сохранении вязкой сердцевины.

Краткая характеристика видов окончательной термической обработки и область их применения представлены в табл.3.

Таблица 2. Виды предварительной термической обработки

Краткая характеристика и применение

Медленное охлаждение нагретой стали

(с печью, в горячей золе, песке, цементе и т.п.). В зависимости от температуры нагрева подразделяется на полный, неполный, диффузионный и рекристаллизационный

Скорость охлаждения до 50-100С/час для углеродистых и 20-60С/час для легированных сталей, затем на воздухе

Выравнивает структуру по всей площади сечения; снижает твердость и облегчает обрабатываемость; снимает внутренние напряжения; ликвидирует перегрев, измельчая структуру. Применяется для поковок и отливок только из доэвтектоидных сталей

Температура нагрева на 30-50С выше А С3

Обеспечивает получение зернистого перлита, обладающего лучшей обрабатываемостью, чем пластинчатый перлит. Применяется только для эвтектоидных и заэвтектоидных сталей

Температура нагрева на 30-40С выше А С1

Диффузионный отжиг (гомоге-

Выравнивает химический состав по всему сечению. Отливки из легированных доэвтектоидных сталей

Температура нагрева на 150-200С выше А С3 , с длительной выдержкой

Снимает наклеп, увеличивая пластичность и уменьшая твердость, улучшает обрабатываемость. Все стали после холодной штамповки либо грубой механической обработки

Температура нагрева на 20-50С ниже А С1

Выравнивает и измельчает структуру; улучшает механические свойства стали; разрушает карбидную сетку у заэвтектоидных сталей. Применяется после горячей или грубой механической обработки стали, перед цементацией и после нее

Нагрев на 30-80С выше А С3 (А ст ), охлаждение на спокойном воздухе

Рекомендуемый вид окончательной термообработки для различных деталей автомобилей и дорожных машин представлен соответственно в прил. 5.

Таблица 3. Виды окончательной термической обработки

Режим

Охлаждение стали, нагретой до температуры выше А С1 , А С3 . Повышает твердость, прочность и износостойкость; измельчает структуру. Стали с содержанием углерода менее 0,3% перед закалкой подвергаются поверхностному науглероживанию (цементации), а с содержанием углерода 0,3% и более закаливает без дополнительной обработки. В зависимости от температуры нагрева закалка подразделяется на полную и неполную. Широко применяется для всех групп сталей

Скорость охлаждения и охлаждающая среда (вода, масло, воздух и т.п.) назначаются в зависимости от химического состава стали и требований, предъявляемых к детали

Применяется для эвтектоидных и доэвтектоидных сталей, обеспечивая максимально возможную твердость

Температура нагрева на 30-50С выше А С3

Применяется для заэвтектоидных сталей, обеспечивая им максимально возможную твердость

Температура нагрева на 30-50С выше А С1

Повышает твердость только поверхностного слоя. Применяется в тех случаях, когда необходима высокая износостойкость поверхности и мягкая сердцевина детали

Нагрев поверхностного слоя при помощи токов высокой частоты (ТВЧ) или горелок до темпера- туры выше А С3 с последующим быстрым охлаждением

Отпуск

Производится немедленно после закалки, с целью придания стали необходимых механических свойств. В зависимости от температуры нагрева подразделяется на: низкий, средний и высокий

Нагрев ниже А С1 , скорость охлаждения назначается в зависимости от хим. состава

Низкий отпуск

Понижает внутренние напряжения, возникшие в процессе закалки, без заметного снижения твердости и хрупкости. Режущий инструмент, не подвергающийся ударам; измерительный инструмент; поверхности деталей, работающих в условиях трения

Температура нагрева 150-250С. Для специальных легированных сталей интервал температур иной

Снижает внутренние напряжения и хрупкость, возникшие в процессе закалки, при некотором понижении твердости. Режущий инструмент, подвергающийся ударным нагрузкам; пружины

Температура нагрева 300-500С. Для специальных легированных сталей интервал температур иной

Продолжение табл. 3

Снижает внутренние напряжения и хрупкость, возникшие в процессе закалки; увеличивает вязкость и значительно понижает твердость; после высокого отпуска возможна обработка лезвийным инструментом. Ответственные детали машин; валы, шатунные болты и т.п.

Температура нагрева 500-700С. Для специальных легированных сталей интервал температур иной

Двойная термическая обработка, состоящая из закалки и высокого отпуска

См. закалку и высокий отпуск

Искусственное старение (прерывистое)

Стабилизирует размеры детали. Применяется после отпуска при обработке особо точных изделий, например, калибров, прецизионных деталей топливной аппаратуры

Нагрев до 110-140С, выдержка 2-3 часа, охлаждение в масле при 20-25С. Операция повторяется 3-4 раза. Иногда заменяется выдержкой до 100ч

Увеличивает твердость, переводя остаточный аустенит в мартенсит. Применяется немедленно после закалки (до отпуска) для деталей ответственного назначения и инструмента, изготовленных из углеродистых и легированных сталей с содержанием углерода свыше 0,6%. После обработки холодом необходим низкий отпуск

Температура охлаждения от –20 до – 100С в зависимости от химического состава стали

Насыщение поверхностного слоя детали углеродом до концентрации 0,8-1%. Обеспечивает получение (после закалки) изделия с высокой твердостью и износостойкостью на поверхности и с вязкой сердцевиной. Применяется для деталей, изготовленных из малоуглеродистых сталей (до 0,25% углерода)

Нагрев деталей в герметически закрытой среде твердого или газообразного карбюризатора на 50-80С выше А С3 , выдержка с медленным охлаждением

Насыщение поверхностного слоя детали азотом после предварительного улучшения. Придает высокую твердость (80-85 HRA), износостойкость и коррозионную стойкость поверхностному слою изделия при минимальном его короблении и не требует последующей обработки

Нагрев деталей в атмосфере аммиака при 500-700С с последующим охлаждением в парах аммиака до 100С

Окончание табл. 3

Одновременное насыщение поверхностного слоя детали N и С. В зависимости от температуры нагрева подразделяется на низкотемпературную (для повышения износостойкости режущего инструмента) и высокотемпературную (для создания износостойких деталей из малоуглеродистых легированных сталей)

Температура нагрева: а) 550-600С без последующей термообработки (низкотемпературная); б) 850-870С с последующей закалкой и низким отпуском (высокотемпературная)

Режимы термической обработки

Термическая обработка представляет собой совокупность операций нагрева, выдержки и охлаждения металлических изделий с целью изменения структуры и свойств сплавов. Режимами процесса термической обработки являются: максимальная температура нагрева, время нагрева, время выдержки сплава при температуре нагрева и скорость охлаждения.

Температуру нагрева для различных видов термической обработки назначают: для углеродистых сталей по диаграмме железо-цементит, для легированных сталей – по справочникам или государственным стандартам. Ориентировочно можно использовать диаграмму.

Время нагрева стальных заготовок и деталей до заданной температуры зависит от ряда факторов: химического состава стали, размеров максимального сечения, теплопроводности, площади поверхности контакта с нагревающей средой и т.д.

Ориентировочные нормы времени для нагрева стальных деталей приведены в табл. 4.

Время выдержки изделий при температуре нагрева зависит от многих факторов. Ориентировочно время выдержки деталей и заготовок в пламенных и электрических печах берется в пределах 1,0 1,5 мин на 1 мм сечения детали. Допустимо принимать время выдержки равным 1/5 от времени нагрева. Время выдержки при отпуске назначается в соответствии с табл.5.

Время выдержки при цементации или азотировании назначается в соответствии с требованиями на толщину цементированного или азотированного слоя.

Продолжительность выдержки при цементации в твердом карбюризаторе (с момента достижения температуры цементации 950С) ориентировочно определяется из расчета 0,1 0,15 мм/ч. При газовой цементации (при 950С) продолжительность выдержки берется исходя из опытных данных:

Термическая обработка металлов

Сущность происходящих превращений металлов при термической обработке. Расчет температуры закалки, охлаждающей среды и температуры отпуска деталей машин из стали 40Х для заданной твердости. Влияние температуры эксплуатации на механические свойства стали.

Рубрика	Производство и технологии
Вид	контрольная работа
Язык	русский
Дата добавления	12.11.2015
Размер файла	23,3 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

• 1. Назначьте температуру закалки, охлаждающую среду и температуру отпуска деталей машин из стали 40Х, которые должны иметь твердость 28.35 HRC. Опишите сущность происходящих превращений при термической обработке и свойства
• 2. Для изготовления разверток выбрана сталь ХВСГ. Укажите состав и определите группу стали по назначению. Назначьте и обоснуйте режим термической обработки. Опишите микроструктуру и свойства разверток после термической обработки
• 3. В котлостроении используется сталь 12X1МФ. Укажите состав и группу стали по назначению. Назначьте режим термической обработки, приведите его обоснование и опишите структуру стали после термической обработки. Как влияет температура эксплуатации на механические свойства данной стали?
• 4. Для изготовления деталей путем глубокой вытяжки применяют латунь Л 68. Укажите состав и опишите структуру сплава. Назначьте режим термической обработки, применяемый между отдельными операциями вытяжки, и обоснуйте его выбор. Приведите общие характеристики механических свойств сплава
• 5. Органическое стекло. Опишите его свойства и область применения в машиностроении
• Литература

1. Назначьте температуру закалки, охлаждающую среду и температуру отпуска деталей машин из стали 40Х, которые должны иметь твердость 28.35 HRC. Опишите сущность происходящих превращений при термической обработке и свойства

Среднеуглеродистая сталь, легированная хромом состоит из 0,4% углерода, 0,17-0,37% кремния, 0,5-0,8% марганца, 0,8-1,1% хрома. Максимальное содержание серы — 0,035%, фосфора — 0,035%.

Для заданных условий применяем улучшение. Закалка в масле с температуры 870 — 900 гр. + высокий отпуск — нагрев до 550 гр. и охлаждение на воздухе.

Температуру закалки определяем по диаграмме состояния железо-цементит.

При закалке доэвтектоидные стали нагревают до температуры на 30-50° выше критической точки. При таком нагреве исходная ферритно-перлитная структура превращается в аустенит, а после охлаждения со скоростью больше критической образуется структура мартенсита. Превращение перлита в аустенит сопровождается полиморфным превращением FeFe, а также растворением цементита Fe₃C в аустените. В углеродистых сталях образование аустенита и его гомогенизация протекают достаточно быстро — в течение нескольких минут.

Для стали 40Х температура нагрева составит примерно 870 — 900 гр.

При правильно выбранной температуре нагрева и достаточной скорости охлаждения (выше критической, при которой образуется только мартенсит) доэвтектоидная сталь после полной закалки имеет структуру мелкоигольчатого мартенсита.

Структура стали после высокого отпуска, сорбит отпуска, представляет собой феррито-цементитную смесь более грубого строения, чем троостит.

Сорбит отпуска — результат отпуска закаленной стали, продукт распада мартенсита. Состоит из феррита и мелких, часто на пределе разрешения оптического микроскопа, частиц цементита сфероидальной формы. В легированных сталях роль цементита играют более сложные карбиды.

После улучшения сталь 40 X имеют следующие механические свойства Ударная вязкость 0.5 МДж\м 2 . предел прочности при растяжении 700 МПа, HRC 28-35.

2. Для изготовления разверток выбрана сталь ХВСГ. Укажите состав и определите группу стали по назначению. Назначьте и обоснуйте режим термической обработки. Опишите микроструктуру и свойства разверток после термической обработки

Сталь ХВСГ — инструментальная легированная сталь с содержанием 1% углерода. Содержание легирующих элементов (хрома, вольфрама, марганца) — в пределах 1-1,5%. Серы и фосфора — не более 0,035%. Имеет высокие: твердость, прочность и износостойкость. Используется для изготовления режущего и измерительного инструментов, штампов и т.д. Твердость и вязкость зависят от содержания в сплаве углерода.

Механические свойства развертки, после термической обработки, зависят главным образом от содержания углерода. С ростом содержания углерода в стали увеличивается количество цементита и соответственно уменьшается количество феррита, т.е. повышаются прочность и твердость и уменьшается пластичность. Происходит это потому, что образующаяся по границам зерен в заэвтектоидных сталях сетка вторичного цементита снижает прочность стали.

Инструменты после предварительной механической обработки подвергаются предварительной закалке в масле с температуры около 1000°С и отпуску при температуре 630-660° С. Затем следует окончательная механическая обработка, закалка с отпуском и шлифовка.

При закалке сначала ведется подогрев до 800-850°С до полного прогрева деталей, затем окончательный нагрев до температуры закалки 1020-1030° С; выдержка при этой температуре 0,5-1 мин на каждый миллиметр толщины. Мелкие инструменты охлаждаются на воздухе. Отпуск ведется в течение 2 ч при температуре 450-550° С. Твердость после термической обработки HRC = 52-62. Структура мартенсит отпуска.

Структура данной стали состоит из мартенсита, нерастворившихся первичных карбидов и значительного количества (до 40%) остаточного аустенита. Так как в структуре закаленной стали имеется большое количество сравнительно мягкой структурной составляющей — аустенита, то сталь после закалки подвергают отпуску. При отпуске из остаточного аустенита выделяются карбиды, от чего аустенит, обедняясь легирующими элементами, становится менее устойчивым и при последующем охлаждении превращается в мартенсит.

Из данных сталей изготавливают детали небольшого сечения, так как они обладают невысокой прокаливаемостью. Для крупных деталей необходимо обеспечить высокую прокаливаемость и небольшие объемные изменения при закалке.

Таким образом, развертки, выполненные из стали марки ХВСГ после термической обработки имеют высокие механические свойства. Отсутствие склонности к деформациям и трещинам, высокие режущие свойства.

3. В котлостроении используется сталь 12X1МФ. Укажите состав и группу стали по назначению. Назначьте режим термической обработки, приведите его обоснование и опишите структуру стали после термической обработки. Как влияет температура эксплуатации на механические свойства данной стали?

сталь металл термический закалка

Высококачественная сталь 12Х 1МФ перлитного класса состоит из 0,8-0,15% С, 0,9-1,2% — хрома, 0,25-0,35% — молибдена, 0,15-0,30% — ванадия. Передел длительной прочности (МПа) при = 80 МПа и =60 МПа. Указанная сталь относится к группе конструкционных сталей с низким содержанием углерода, используется для изготовления деталей и узлов энергетических установок, работающих при температурах не выше 500-580 °С, подверженных ползучести, но сравнительно мало нагруженных. Наличие легирующих элементов увеличивает температурный интервал кристаллизации. Кроме того, диффузионные процессы в легированных сталях протекают медленно.

Структура низкоуглеродистых сталей после нормализации — легированный феррит и перлит или феррит и бейнит, а после закалки — мартенсит или мартенсит с бейнитом.

Перлитные стали чаще подвергают нормализации при 950-1050 °С и высокому отпуску при 600-750 °С. После такой обработки сталь имеет структуру тонкопластинчатого перлита (сорбита) и обладает более высокой, длительной жаропрочностью, чем после закалки и высокого отпуска, когда структура — зернистый сорбит.

Повышение температуры сильно влияет на все механические свойства; оно понижает пределы текучести и прочности и особенно склонность к упрочнению в процессе пластической деформации. При этом следует иметь в виду, что в условиях малой скорости нагружения разрушение происходит при более низких напряжениях, чем при обычных кратковременных статических испытаниях.

4. Для изготовления деталей путем глубокой вытяжки применяют латунь Л 6 8. Укажите состав и опишите структуру сплава. Назначьте режим термической обработки, применяемый между отдельными операциями вытяжки, и обоснуйте его выбор. Приведите общие характеристики механических свойств сплава

Латунь Л 68 является многокомпонентным деформируемым сплавом меди и цинка с добавлением алюминия (специальная латунь). Формула: CuZn29Al. В её составе: меди — 68%, цинка — 29%, алюминия — 0,5-2,0%. Структура латуни Л 68 состоит из -фаз (твердый раствор цинка в меди с кристаллической решеткой меди ГЦК). По содержанию цинка сплав относится к гомогенному типу латуни. Предельное напряжение — 6-16 кгс-мм -2 , предел прочности — 15-50 кгс-мм -2 , пластичность — 10-15%, твердость 50-110 МН/м 2 по Бринеллю. Сплав отличается благоприятным сочетанием прочностных свойств при высокой коррозионной стойкости. Временное сопротивление на разрыв 68 кгс-мм -2 . Относительное удлинение при разрыве определяется содержанием цинка и уменьшается с увеличением степени холодной деформации (величина удлинения 29%). Имеет высокую стойкость против коррозионного растрескивания в присутствии аммиака. Применение зависит от эксплуатационных требований. Используется для изготовления труб, гильз, проволоки, винтов, деталей часов. Сплав характеризуется отличной деформируемостью в холодном состоянии при комнатной температуре. Но, чтобы уменьшить хрупкость сплава, а также для снятия внутренних напряжений его необходимо подвергнуть отжигу до температуры 700°С, а затем — деформации вытяжкой. Эта процедура уменьшит склонность к коррозионному растрескиванию. Быстрое охлаждение после отжига позволит избежать повышенной хрупкости. Для получения мелкого зерна перед глубокой вытяжкой полосы и ленты отжигают при более низкой температуре (450-550°С).

Таким образом, для изготовления деталей из латуни Л 68 путем глубокой вытяжки рекомендуется следующая последовательность действий: отжиг до 700оС, растяжение заготовки до нужной длины и толщины и быстрое охлаждение.

5. Органическое стекло. Опишите его свойства и область применения в машиностроении

Органическое стекло — это прозрачный аморфный термопласт на основе сложных эфиров акриловой и метакриловой кислот. Чаще всего применяется полиметилметакрилат, иногда пластифицированный дибутилфталатом. Материал более чем в 2 раза легче минеральных стекол (1180 кг/м 8 ), отличается высокой атмосферостойкостью, оптически прозрачен (светопрозрачность 92%), пропускает 75 % ультрафиолетового излучения (силикатные — 0,5 %). При температуре 80°С органическое стекло начинает размягчаться; при температуре 105-150°С появляется пластичность, что позволяет формовать из него различные детали. Критерием, определяющим пригодность органических стекол для эксплуатации, является не только их прочность, но и появление на поверхности и внутри материала мелких трещин, так называемого серебра. Этот дефект снижает прозрачность и прочность стекла. Причиной появления «серебра» являются внутренние напряжения, возникающие в связи с низкой теплопроводностью и высоким коэффициентом расширения.

Органическое стекло стойко к действию разбавленных кислот и щелочей, углеводородных топлив и смазочных материалов. Старение органического стекла в естественных условиях протекает медленно. Недостатком органического стекла является невысокая поверхностная твердость.

Увеличение термостойкости и ударной вязкости органического стекла достигается ориентированием; при этом увеличивается в несколько раз ударная вязкость и стойкость к «серебрению»; сополимеризацией или привитой полимеризацией полиметилмета-крилата с другими полимерами получают частично сшитую структуру (термостабильные стекла); применением многослойных стекол («триплексов»).

Оргстекло широко используют в машиностроении, авиации, радиотехнической и электротехнической промышленности и во многих других отраслях. При его формировании можно целенаправленно влиять на прочность, деформативность, теплопроводность, химическую стойкость и другие свойства.

Тем не менее, нужно иметь в виду, что оргстекло как и в целом неметаллические материалы уступает металлам по прочности. Это ограничивает их самостоятельное применение в условиях действия повышенных механических нагрузок — статических, динамических и циклических. Оргстекло можно эксплуатировать при температурах, не превышающих 150-200°С, а то и ниже. Невысокие тепло — и электропроводность оргстекла, являясь важными характеристиками в электро — и радиотехнике, в других областях ограничивают его применение. Важным обстоятельством являются значительно меньшие энергетические затраты на производство изделий из оргстекла, чем из металлов. Себестоимость оргстекла превышает себестоимость конструкционных углеродистых сталей и находится на уровне стоимости высоколегированных сталей и сплавов. Однако экономический эффект c его применением достигается в результате резкого снижения массы изделия, затрат на изготовление и монтаж конструкции, эксплуатационных расходов.

Литература

1. Геллер, Ю.А. Материаловедение. Методы анализа, лабораторные работы и задачи / Ю.А. Геллер, А.Г. Рахштадт; Под общ. ред. проф. А.Г. Рахштадта. — Изд.5-е, доп. и перераб. — М.: Металлургия, 1983. — 384 с.

2. Материаловедение: учебник для втузов / Под ред. Б.Н. Арзамасова. — М.: Машиностроение, 1986. — 236 с.

3. Технология конструкционных материалов: учебник для вузов. — М.: Машиностроение, 1977. — 664 с.

4. Циммерман, Р. Металлургия и материаловедение: справочник / Р. Циммерман, К. Гюнтер; Под ред. П.И. Полухина, М.Л. Бернштейна; Пер. с нем. Б.И. Левина, Г.М. Ашмарина. — М.: Металлургия, 1982. — 480 с.

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Определение температуры закалки, охлаждающей среды и температуры отпуска деталей машин из стали. Превращения при термической обработке и микроструктура. Состав и группа стали по назначению. Свойства и применение в машиностроении органического стекла.

контрольная работа [1,3 M], добавлен 28.08.2011

Группы изделий, требующие для их успешной эксплуатации «своих» специфических комплексов вязкостно-прочностных свойств. Способы отпуска закаленной стали. Влияние отпуска на прочность и пластичность стали. Основные сравнительные свойства для стали 45.

статья [63,0 K], добавлен 24.06.2012

Повышение твердости стали за счет образования мартенситной структуры. Превращение перлита в аустенит. Нагрев заэвтектоидной стали до температуры выше критической точки. Основные фазовые превращения, протекающие в сталях при нагреве и охлаждении.

доклад [19,3 K], добавлен 17.06.2012

Изучение понятия и особенностей термической обработки стальных деталей. Характерные черты закалки, отпуска и отжига — температура нагрева и способ последующего охлаждения. Отпуск закаленных деталей. Отжиг дюралюминия, меди и латуни. Воронение стали.

презентация [152,4 K], добавлен 20.06.2014

Расшифровка марки стали 25, температуры критических точек, химический состав, механические свойства и назначение. Построение графика химико-термической обработки стальной детали с указанием температуры нагрева, времени выдержки и скорости охлаждения.

курсовая работа [444,5 K], добавлен 20.05.2015

Методика производства стали в конвейерах, разновидности конвейеров и особенности их применения. Кристаллическое строение металлов и её влияние на свойства металлов. Порядок химико-термической обработки металлов. Материалы, применяющиеся в тепловых сетях.

контрольная работа [333,8 K], добавлен 18.01.2010

Понятие, общая характеристика и виды термической обработки стали. Особенности основных этапов собственно-термической обработки стали, а именно отжига, нормализации, закалки, отпуска и старения. Отпускная хрупкость I, II рода и способы ее устранения.

лабораторная работа [38,9 K], добавлен 15.04.2010