Разработка технологического процесса термической обработки детали
Формирование и обоснование процесса термической обработки втулки шлицевой карданного вала. Характеристика материала и описание технологических операций. Возможные дефекты закалки и принципы их устранения, используемые методы и приемы, оборудование.
Рубрика | Производство и технологии |
Вид | реферат |
Язык | русский |
Дата добавления | 22.11.2016 |
Размер файла | 314,0 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/
Размещено на http://www.allbest.ru/
Разработка технологического процесса термической обработки детали
Введение
термический шлицевый карданный вал
Научно-технический прогресс не стоит на месте, все области народного хозяйства вокруг совершенствуются и развиваются. То же самое происходят и в области машиностроения. Основным направлением в развитии машиностроения является улучшение качества металлопродукции путем внедрения прогрессивных способов обработки металла.
Значительным резервом улучшения качества и повышения механических характеристик металла является применение высокоэффективной термообработки. Наряду с выводом в эксплуатацию нового передового 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 материалам заданного количества свойств с ее помощью можно достичь уникальных свойств изделий.
В данной работе требуется разработать технологический процесс термической обработки стальной детали: втулки шлицевой карданного вала автомобиля ЗИЛ-130 изготовленной из стали 40Х.
Цель работы: практическое ознакомление с методикой разработки технологических процессов термической обработки деталей, приобретение навыков самостоятельной работы со справочной литературой.
Порядок выполнения задания:
Расшифровать марку заданной стали, описать ее микроструктуру, механические свойства до окончательной термообработки и указать, к какой группе по назначению она относится.
Описать характер влияния углерода и легирующих элементов заданной стали на положение критических точек Ас1 и Ас3, Асm. При отсутствии легирующих элементов в заданной марке стали описать влияние постоянных примесей (марганца, кремния, серы, фосфора, кислорода, азота и водорода) на ее свойства.
Выбрать и обосновать последовательность операции предварительной и окончательной термообработки деталей, увязав с методами получения и обработки заготовки (литье, ковка или штамповка, прокат, механическая обработка).
Назначить и обосновать режим операций предварительной и окончательной термообработки деталей (температура нагрева и микроструктура в нагретом состоянии, охлаждающая среда).
Описать микроструктуру и механические свойства материала детали после окончательной термообработки.
1. Разработка технологического процесса термической обработки втулки шлицевой карданного вала автомобиля ЗИЛ-130
Таблица 1.1. Технические требования к детали
Наименование детали |
Марка стали |
Твердость поверхности |
Твердость сердцевины |
Глубина упрочненного слоя, мм |
|
Втулка шлицевая карданного вала автомобиля ЗИЛ-130 |
40Х |
HB255-302 |
1.1 Описание детали
Кардан, как известно, используется для передачи крутящего момента от КПП к раздаточной коробке или на редуктор. В процессе передвижения, вследствие неровностей дороги расстояние между фланцем одного узла и фланцем другого может меняться. И если длина «связующего звена» будет неизменной, то начнутся проблемы с проворачиванием и непомерно возрастет воздействие на резьбовые крепежи. Поэтому в стандартно-привычную, но подходящую лишь для стационарных объектов, систему «фланец-вилка, шарнир, труба» был добавлен дополнительный «член команды» - втулка шлицевая карданного вала. Втулка представляет собой деталь, изготовленную из высокопрочной легированной стали, посредством которой осуществляется соединение двух частей карданного вала автомобиля. Сама втулка - это часть трубы с нарезанными внутри шлицами и служит для передачи крутящего момента.
Исходя из условий работы к материалу для изготовления шлицевой втулки предъявляются следующие требования:
- достаточная прочность и жесткость;
- достаточная прочность шлицов на кручение;
- минимальная склонность к искажению формы и изменению размеров деталей при термообработке;
- износостойкость рабочей поверхность;
- высокая сопротивляемость циклическим ударным нагрузкам;
1.2 Характеристика материала
Сталь 40Х конструкционная легированная поставляется в виде сортового проката прутков, труб и т.д.
Таблица 1.2. Химический состав, % (ГОСТ 1080-88)
C |
Si |
Mn |
Ni |
S |
P |
Cr |
Cu |
|
0.36 - 0.44 |
0.17 - 0.37 |
0.5 - 0.8 |
до 0.3 |
до 0.035 |
до 0.035 |
0.8 - 1.1 |
до 0.3 |
Сталь 40Х, согласно ГОСТ, в горячекатаном состоянии имеет твердость не более HB 163-168, предел текучести 0,2 = 610 МПа, Kх тв.спл. = 1.2, Kх б.ст. = 0,95.
Таблица 1.3. Температура критических точек, 0С
AС1 |
AС3 |
Ar3 |
Ar1 |
Mn |
|
743 |
815 |
730 |
693 |
325 |
Сталь 40Х - углеродистая, конструкционная, качественная, хромистая сталь. По структуре эта сталь - доэвтектоидная, по способу раскисления - спокойная, по качеству - качественная, по назначению - конструкционная, по содержанию углерода - среднеуглеродистая.
Содержание углерода в стали оказывает заметное влияние на структуру и свойства стали. Увеличение содержания углерода приводит к повышению прочности и понижению пластичности, повышает порог хладноломкости и уменьшает ударную вязкость.
Углерод также оказывает влияние на технологические свойства: с повышением содержания углерода ухудшаются свариваемость и способность к деформации в горячем и холодном состояниях.
Хром - очень распространенный легирующий элемент. Он повышает точку А3 и понижают точку А4 (замыкает область г-железа). Температура эвтектоидного превращения стали (точку А1) в присутствии хрома повышается, а содержание углерода в эвтектоиде (перлите) понижается. С углеродом хром образует карбиды (Cr7 C3, Cr4 C) более прочные и устойчивые, чем цементит. При содержании хрома 3 - 5% в стали одновременно присутствуют легированный цементит и карбид хрома Cr7 C3, а если более 5% хрома, то в стали находится только карбид хрома. Растворяясь в феррите, хром повышает его твердость и прочность и прочность, незначительно снижая вязкость. Хром значительно увеличивает устойчивость переохлажденного аустенита.
В связи с большой устойчивостью переохлажденного аустенита и длительностью его распада, изотермический отжиг и изотермическую закалку хромистой стали проводить нецелесообразно.
Хром значительно уменьшает критическую скорость закалки, поэтому хромистая сталь обладает глубокой прокаливаемостью. Температура мартенситного превращения при наличии хрома снижается. Хром препятствует росту зерна и повышает устойчивость против отпуска. Поэтому отпуск хромистых сталей проводится при более высоких температурах по сравнению с отпуском углеродистых сталей. Хромистые стали подвержены отпускной хрупкости и поэтому после отпуска детали следует охлаждать быстро (в масле).
Карбидообразующими элементами являются хром и марганец. При растворении карбидообразующих элементов в цементите образующиеся карбиды называются легированным цементитом. При повышении содержания карбидообразующего элемента образуются самостоятельные карбиды данного элемента с углеродом, так называемые простые карбиды, например, Cr7 C3, Cr4 C, Mo2 C. Все карбиды очень тверды (HRC 70 - 75) и плавятся при высокой температуре (Cr7 C3 примерно при 1700°С).
Введение легирующих элементов оказывает влияние на перлитное превращение. Температура перлитного превращения под влиянием различных легирующих элементов может понижаться или повышаться, а концентрация углерода в перлите уменьшается- В связи с этим точка S на диаграмме Fe-Fe3 C понижается или повышается и одновременно сдвигается влево. Следовательно, при введении легирующих элементов происходит смещение равновесных точек на диаграмме Fe-Fe3 C.
При наличии карбидообразующих элементов кривая изотермического распада не сохраняет свой обычный С-образный вид, а становится как бы двойной С-образной кривой. На такой кривой наблюдаются две зоны минимальной устойчивости аустенита и между ними - зона максимальной устойчивости аустенита. Верхняя зона минимальной устойчивости аустенита расположена в интервале температур 600 - 650°С. В этой зоне происходит распад переохлажденного аустенита с образованием феррито-цементитной смеси.
Нижняя зона минимальной устойчивости аустенита расположена в интервале температур 300 - 400°С. В этой зоне происходит распад переохлажденного аустенита с образованием игольчатого троостита.
Рис. 1 Микроструктура игольчатого троостита
Необходимо иметь в виду, что карбидообразующие элементы только в том случае повышают устойчивость аустенита, если они растворены в аустените. Если же карбиды находятся вне раствора в виде обособленных карбидов, то аустенит, наоборот, становится менее устойчивым. Это объясняется тем, что карбиды являются центрами кристаллизации, а также тем, что наличии нерастворенных карбидов приводит к обеднению аустенита легирующим элементом и углеродом.
При большом содержании хрома в стали находятся специальные карбиды хрома. Твердость такой стали при нагревании до более высокой температуры 400 - 450°С почти не изменяется. При нагревании до более высокой температуры (450 - 500°С) происходит повышение твердости.
1.3 Операции термической обработки
Исходя из требований, предъявляемых к детали, считаем, что необходимо выполнить следующие операции термической обработки:
- Закалка для повышения прочности и твердости втулки;
- Низкий отпуск снижения закалочных напряжений, некоторого повышения прочности и улучшения вязкости без заметного снижения твердости и износостойкости;
Можно было бы провести лишь одну операцию - нормализацию, но твердость стали 40Х после нормализации HB= 174-217 что не достаточно для тех условий, в которых работает деталь.
Выбираем следующую последовательность операций обработки втулки при её изготовлении из поковки (маршрутный технологический процесс): механическая обработка - закалка + низкий отпуск - окончательная механическая обработка.
Закалка
Закалка проводится при температуре 850°С т.е. на 35°С выше критической AС3, охлаждение в масло, что значительно уменьшает степень деформации.
Рис. 2. Интервал температур нагрева на диаграмме состояния железо - углерод при отжиге и закалке изделий из сталей
Появившийся в результате закалки тетрагональный мартенсит, имеющий искажённую решётку, неустойчив и стремится перейти в более устойчивую форму кубического мартенсита. Этот переход влечёт за собой изменение объёмов атомной решётки, а следовательно, и деформацию детали. При комнатной температуре этот переход происходит очень медленно, в течение нескольких месяцев и даже лет, а при повышенной температуре в течение нескольких часов или десятков минут.
Рис. 3. Схема микроструктуры доэвтектоидной стали 40 после закалки в масле. Мартенсит и троостит
Низкий отпуск
Низкий отпуск проводим при температуре 150-200°С с последующим охлаждением на воздухе. Отпуск ослабляет остаточные напряжения и уменьшает хрупкость деталей.
Рис. 4 Микроструктура мартенсита
После такого режима термической обработки структура поверхностного слоя - мелкоигольчатый мартенсит с вкраплениями избыточного цементита, а сердцевины - мелкозернистый феррит+перлит.
2. Дефекты закалки
Недостаточная твердость закаленной детали - следствие низкой температуры нагрева, малой выдержки при рабочей температуре или недостаточной скорости охлаждения.
Исправление дефекта: нормализация или отжиг с последующей закалкой; применение более энергичной закалочной среды.
Перегрев связан с нагревом изделия до температуры, значительно превышающей необходимую температуру нагрева под закалку. Перегрев сопровождается образованием крупнозернистой структуры, в результате чего повышается хрупкость стали.
Исправление дефекта: отжиг (нормализация) и последущая закалка с необходимой температуры.
Пережог возникает при нагреве стали до весьма высоких температур, близких к температуре плавления (1200-1300° С) в окислительной атмосфере. Кислород проникает внутрь стали, и по границам зерен образуются окислы. Такая сталь хрупка и исправить ее невозможно.
Окисление и обезуглероживание стали характеризуются образованием окалины (окислов) на поверхности деталей и выгоранием углерода в поверхностных слоях. Этот вид брака термической обработкой неисправим. Если позволяет припуск на механическую обработку, окисленный и обезуглероженный слой нужно удалить шлифованием. Чтобы предупредить этот вид брака, детали рекомендуется нагревать в печах с защитной атмосферой.
Коробление и трещины - следствия внутренних напряжений. Во время нагрева и охлаждения стали наблюдаются объемные изменения, зависящие от температуры и структурных превращений (переход аустенита в мартенсит сопровождается увеличением объема до 3%). Разновременность превращения по объему закаливаемой детали вследствие различных ее размеров и скоростей охлаждения по сечению ведет к развитию сильных внутренних напряжений, которые служат причиной трещин и коробления деталей в процессе закалки.
Образование трещин обычно наблюдается при температурах ниже 75-100°С, когда мартенситное превращение охватывает значительную часть объема стали. Чтобы предупредить образование трещин, при конструировании деталей необходимо избегать резких выступов, заостренных углов, резких переходов от тонких сечений к толстым; следует также медленно охлаждать сталь в зоне образования мартенсита (закалка в масле, в двух средах, ступенчатая закалка). Трещины являются неисправимым браком, коробление же можно устранить последующей рихтовкой или правкой.
3. Карта технологического процесса термической обработки
Карта технологического процесса термической обработки |
Наименование детали |
Марка стали |
ГОСТ |
||||||
ВТУЛКА ЩЛИЦЕВАЯ КАРДАННОГО ВАЛА АВТОМОБИЛЯ ЗИЛ-130. |
Технические требования к детали |
||||||||
Твердость |
Глубина слоя, мм |
Другие |
|||||||
Поверхность |
Сердцевина |
требования |
|||||||
- |
HB255-302 |
- |
- |
||||||
Механические свойства, не менее: |
|||||||||
0,2, МПа |
В, МПа |
, % |
, % |
KCU, МДж/м2, при Т, 0С |
|||||
20 |
- 40 |
- 60 |
после |
||||||
780 |
980 |
10 |
45 |
59 |
34 |
- |
118 |
||
Наименование и содержание операции |
Оборудование |
Среда обработки |
Режим процесса |
Примечание |
|||||
Температура, 0С |
Продолжительность, ч |
||||||||
нагрева |
выдержки |
общая |
|||||||
Закалка |
Универсальная камерная печь СНО 5.10.5/11,5-И1 |
Масло |
850 |
1 |
1,4 |
2,4 |
|||
Низкий отпуск |
Воздух |
150-200 |
0,7 |
0,7 |
Заключение
Обработка деталей может быть совершенно различной в зависимости от особенностей технологического процесса. К наиболее популярным методам термической обработки относятся отжиг сталей, нормализация, закалка металлов, отпуск и обработка холодом. В процессе термической обработки стальных деталей в структуре материала происходят изменения согласно диаграмме железо-цементит. В соответствии с требованиями, которые предъявляется к стали, необходимо выбрать наиболее оптимальный вид термической обработки. Главное - помнить при этом о возможностях изменения параметров и характеристик операции термической обработки деталей, таких как температура и скорость нагрева, темп охлаждения, которые дают возможность получения различных свойств для определенной стали.
В данной работе мы разработали технологический процесс термообработки втулки шлицевой карданного вала автомобиля ЗИЛ-130. Термическая обработка представляла собой комплекс операций: цементация, закалка и низкий отпуск. После данных операций была получена необходимая твердость HB255-302, что обеспечит качественную работу детали и необходимый срок эксплуатации. Так же мы изучили влияние на сталь таких химических элементов как углерод, хром, марганец.
Список литературы
1. Технология конструкционных материалов. Материаловедение: краткий терминологический словарь-справочник / М.Л. Пантух, Ю.А. Лобейко. - Изд. 2-е, перераб. и доп. - М.: Колос: Ставрополь: АРГУС, 2008. - 223.
2. Материаловедение. Технология конструкционных материалов: учеб. для вузов / В.А. Оськин; В.В. Евсиков. - М.: КолосС, 2007
3. Материаловедение и технология металлов/Г.П. Фетисов, М.Г. Карпман, В.М. Матюнин [и др.]. - М.:Высш.шк., 2006. - 862 с.
4. Материаловедение и технология конструкционных материалов: учеб. для вузов/ С.Н. Колесов, И.С. Колесов. - М.:Высш. шк., 2004.-578 с.
5. Дальский, А.М. [и др.]. Технология конструкционных материалов/ А.М. Дальский. - М.: Машиностроение, 2005. - 592 с.
6. Марочник сталей и сплавов / Под общ. ред. А.С. Зубченко.-М.: Машиностроение, 2003. - 784 с.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Общая характеристика методов термической обработки. Разработка операций термической обработки детали. Температура нагрева, продолжительность выдержки в печи, скорость охлаждения. Оборудование для термической обработки. Дефекты термической обработки.
курсовая работа [249,8 K], добавлен 29.05.2014Описание условий работы вала и требования к нему. Выбор и обоснование марки стали. Процесс выбора вида и разработка технологии термической обработки вала. Подбор охлаждающей среды для закалки, температур и времени выдержки при нагревах под отпуск.
контрольная работа [496,5 K], добавлен 02.09.2015Ознакомление с методикой разработки технологического процесса термической обработки деталей: автомобилей, тракторов и сельскохозяйственных машин. Расшифровка марки заданной стали, описание ее микростуктуры, механических свойств до термической обработки.
контрольная работа [46,9 K], добавлен 05.12.2008Метод получения детали. Назначение припусков, допусков и напусков. Расчёт режимов термической обработки. Определение последовательности кузнечных операций. Разработка технологического процесса свободной ковки. Черновая и чистовая механическая обработка.
курсовая работа [558,7 K], добавлен 07.08.2013Изучение и анализ технологического процесса изготовления детали. Характеристика материала. Анализ и выбор механической обработки детали. Выбор процесса и технологии термической обработки детали с учетом требований технических условий. Методы контроля.
отчет по практике [1,4 M], добавлен 08.11.2012Сущность назначения резца и его применение. Анализ технологических свойств и химического состава быстрорежущих сталей. Этапы технологического процесса предварительной и упрочняющей термической обработки, выбор приспособлений, дефекты и их устранение.
курсовая работа [28,1 K], добавлен 11.12.2010Условие работы плашка, резьбонарезного инструмента для нарезания наружной резьбы вручную или на металлорежущем станке. Характеристика стали, ее химические, механические и других свойства. Методы контроля режимов термической обработки и качества изделия.
курсовая работа [761,4 K], добавлен 12.03.2011Классификация видов термической и химической обработки. Схемы к объяснению закалки с полиморфным превращением и без него. Особенности процесса старения сплавов. Пример технологического процесса с использованием термической обработки. Виды оборудования.
реферат [679,1 K], добавлен 12.06.2013Проектирование участка химико-термической обработки зубчатых колёс коробки передач с раздаточной коробкой. Выбор марки стали и разработка технологического процесса термообработки. Выбор печи для цементации и непосредственной закалки. Расчет оборудования.
курсовая работа [710,0 K], добавлен 08.06.2010Теория термической обработки. Превращения в стали при нагреве и охлаждении. Отжиг и нормализация. Дефекты термической обработки. Дефекты при отжиге и нормализации. Дефекты при закалке. Химико-термическая обработка и поверхностное упрочнение стали.
доклад [411,0 K], добавлен 06.12.2008