Разработка технологического процесса термической обработки вала

Описание 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.

Рубрика Производство и технологии
Вид контрольная работа
Язык русский
Дата добавления 02.09.2015
Размер файла 496,5 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/

Контрольная работа

по дисциплине «Технологические основы термической обработки»

на тему «Разработка технологического процесса термической обработки вала»

Оглавление

Введение

1. Описание условий работы вала и требования к нему

2. Выбор и обоснование марки стали

3. Разработка технологии термической обработки вала

4. Контроль качества

Заключение

Список литературы

Введение

Вал - одно из самых распространенных изделий выпускаемой металлопродукции. Валы находят свое применение в самых разных механизмах, от небольших электродвигателей, до двигателей в атомных подлодках. Поэтому важен процесс выбора вида и режима термической обработки материала, из которого изготавливают валы.

Целью данной работы является подбор материала и режима термической обработки для вала сечением 42 мм.

Материал, из которого будет изготовлен вал, подбирают, таким образом, чтобы были обеспечены все требуемые механические свойства и, чтобы это было выгодно.

Термическую обработку проводят для обеспечения необходимого комплекса свойств вала. Термическая обработка, изменяя внутреннюю структуру металла, изменяет комплекс его свойств. Термическая обработка позволяет экономить металл за счет повышения его прочности, облегчать конструкции при высокой надежности.

Без термической обработки деталей не будут обеспечены требуемые требования и, соответственно, при эксплуатации таких деталей будет происходить их разрушение.

Также важен подбор среды охлаждения детали после термической обработки, потому что при неверном охлаждении на изделии могут возникнуть дефекты. Дефекты будут возникать различного характера, флокены, трещины, сколы и тому подобное вплоть до изменения геометрических размеров.

Поэтому, целью данной работы является разработка режимов термической обработки, заключающийся в подборе материала, из которого будет изготовлен вал, подбор охлаждающей среды для закалки, подбор температур и времени выдержки при нагревах под закалку и отпуск.

Чтобы убедиться в успешном проведении термической обработки проводят контроль. Контроль заключается в проверке на требуемые механические свойства материала, из которого изготовлено изделие и самого изделия.

вал сталь термический закалка

1. Описание условий работы вала и требования к нему

Общий вид вала, который устанавливается в электродвигателях, представлен на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 - Общий вид вала

Валы при работе подвергается кручению, ударным нагрузкам. Также может подвергаться изгибающим нагрузкам.

Материал, из которого будет изготовлен вал, должен обладать высокими показателями комплекса свойств по всему сечению. Должен обладать высокой твердостью, сопротивлением на ударный изгиб. Важно, чтобы вал после термической обработки не деформировался и сохранял свои геометрические размеры.

Основные требования к материалу:

?В = 930 - 960 Н/мм2;

?0,2 = 820 - 880 Н/мм2;

д5 > 12%;

KCU > 59 Дж/см2

Основные требования к изделию:

твердость ? 35 - 37 HRC;

соблюдение всех геометрических размеров детали.

2. Выбор и обоснование марки стали

Исходя из условий работы вал электродвигателя, сечением 42 мм может быть изготовлен из сталей марок 40ХН, 45ХН, 50ХН.

В таблице 2.1 представлен химический состав сталей.

Таблица 2.1 - Химический состав сталей, % (ГОСТ 4543-71) [2]

Марка стали

С

Si

Mn

Cr

Ni

P

S

Cu

40ХН

0,36-0,44

0,17-0,37

0,5-0,8

0,45-0,75

1,00-1,4

0,035

0,035

0,3

45ХН

0,41-0,49

0,17-0,37

0,5-0,8

0,45-0,75

1,00-1,4

0,035

0,035

0,3

50ХН

0,46-0,54

0,17-0,37

0,5-0,8

0,45-0,75

1,00-1,4

0,035

0,035

0,3

В таблице 2.2 представлены критические точки сталей.

Таблица 2.2 - Критические точки сталей, °С [2]

Марка стали

Ас1

Ас3

Аr3

Ar1

Mn

40ХН

735

768

700

660

305

45ХН

750

790

-

-

310

50ХН

735

755

690

660

300

Механические свойства сталей представлены таблице 2.3.

Таблица 2.3 - Механические свойства сталей

Сталь

Источник

Состояние поставки

Сечение, мм

?0,2, Н/мм2

?В, Н/мм2

д5, %

KCU, Дж/см2

Твердость HRC

Критический диаметр в масле, мм

40ХН

[5]

1*

до 80

750

920

17

54

33-43

18-56 (90%, М)

45ХН

[2]

2*

до 50

750

935

15

59

34-44

50 (90% М)

50ХН

[2]

3*

60

740

930

20

49

28-35

50 (90% М)

Примечание:

1* - Нормализация при 870 - 925 оС; закалка с 790 оС в масле; отпуск при 540-600 оС;

2* - Закалка с 815 оС в масле; отпуск 500-550 оС, охл в воде;

3* - Закалка с 820 оС в масле; отпуск 500-600 оС, охл в воде.

В таблице 2.3 представлены показатели механических свойств сталей и их прокаливаемости. Из показателей следует, что все три стали могут быть использованы для изготовления вала. Но сталь 45ХН имеет свойства, которые подходят под требования свойств материала.

На рисунке 2.1 приведена изотермическая диаграмма стали 45ХН.

Рисунок 2.1 - Изотермическая диаграмма охлаждения стали 45ХН [2]

Из диаграммы видно, что для получения мартенсита 90% в структуре, нужно обеспечить скорость охлаждения при закалке примерно равную 30,8 оС/сек. Масло может обеспечить такую скорость охлаждения в детали сечением 42 мм. Структура будет состоять из мартенсита (90%) и бейнита (10%). Графики изменения механических свойств стали 45ХН в зависимости от температуры отпуска представлены на рисунках 2.2 и 2.3.

Из представленных графиков видно как будут менять свойства в закаленной стали в зависимости от выбора температуры отпуска. Для приведенных требований подходит температура отпуска 550 - 580 оС.

Рисунок 2.2 - Влияние температуры отпуска на механические свойства закаленной стали

Рисунок 2.3 -Влияние температуры отпуска на твердость закаленной стали

3. Разработка технологии термической обработки вала

Вал из стали 45ХН для обеспечения требуемых свойств подвергается улучшающей обработке, а именно закалке с высоким отпуском.

Рисунок 3.1 - Режим термической обработки для стали 45ХН

Температура нагрева под закалку определяется химическим составом и критическими точками и составляет:

ТН = Ас3 +(30 - 50) оС

ТН = 790 +(30 - 50) = 820 - 840 оС

Время нагрева определяется по методу Гуляева А. П. [4]

Время нагрева под закалку составляет:

фН = 0,1 * К1 * К2 * К3* D,

где К1 - коэффициент формы изделия: цилиндр, следовательно К1 = 2;

К2 - коэффициент нагревающей среды; у нас газовая следовательно К2 = 2;

К3 - коэффициент равномерности нагрева; К3 = 2; (схема представлена на рис. 3.2)

D - минимальный размер максимального сечения; у нас D = 42 мм;

фН = 0,1 * 2 * 2 * 2 * 42 = 33,6 ? 34 мин

На рисунке 3.2 представлена схема размещения изделий в печи.

Так как сталь легированная, то рассчитываемое время увеличивают на 50%:

фн= фн*1,5

фн=34*1,5= 51 мин

Рисунок 3.2 - Схема размещения валов в печи

Обрабатываемые изделия в печи размещаются на поддонах. С учетом нагрева поддона полученное время увеличивают еще на 20-30%:

фн=(1,2ч1,3)* фн

фн=1,3*51= 66,3 ? 66 мин

Время выдержки при нагреве под закалку составляет:

фВ = (0,2…0,3) * фН;

фВ = 0,3 * фН = 0,3 * 66 = 19,8 ? 20 мин;

Закалку проводят в масле марки МЗМ-26. Температура масла при закалке tм=20-70 °С. Температура вспышки данного масла составляет 300°С, поэтому максимально допустимая рабочая температура масла должна быть на 20ч30°С ниже его температуры вспышки, для данного случая:

tр?300 - (20ч30°С)=270ч280°С

tр?270ч280°С

Промывка деталей осуществляется после закалки в воде, подогретой, до температуры 30-50°С. Затем вал подвергают отпуску при температуре 550-580 °С (рисунок 2.2 и 2.3).

Время нагрева при отпуске определяют по формуле:

фОТП = (10 + фУД * д) * Кл * Кпр,

где фУД = 1 - удельное время нагрева, мин/мм;

д = 42 мм - диаметр вала;

Кл - коэффициент легированности = 1,5;

Кпр - коэффициент приспособления = 1,3.

фОТП = (10 + 1 * 42) * 1,5 * 1,3 = 101,4 ? 101 мин

Охлаждение после отпуска производится в воде, так как сталь 45ХН склонна к отпускной хрупкости. Температура воды 20 - 40 °С

После термической обработки валы подвергают контролю качества.

4. Контроль качества

После проведения термической обработки изделие подвергается контролю качества.

Планируется выпуск валов партиями, состоящими из 20-ти валов. Каждый 10-й вал будет подвергаться испытаниям как опытный образец.

Последовательность проведения контроля качества:

1) Внешний осмотр детали на дефекты невооруженным глазом;

2) Проверка геометрических размеров детали штангенциркулем;

3) Твердость поверхности вала будет измерена на твердомере Роквелла.

Заключение

В ходе работы был разработан режим термической обработки вала и был подобран материал, который бы удовлетворял требуемые механические свойства и смог работать в предложенных условиях работы.

Материал подбирался не только с учетом механических свойств, но и с учетом условий работы, экономической стоимости материала.

Было предложено три марки стали: 40ХН 45ХН, 50ХН. Эти стали подходят для изготовления вала, но рациональной маркой стали считается сталь 45ХН.

Был разработан режим термической обработки вала из стали 45ХН. В него входит закалка в масле (т.к. сталь легированная) и последующий высокий отпуск, дающий структуру сорбита отпуска, который довольно пластичный и одновременно прочный.

И в заключении был предложен метод контроля качества, который предлагает отбирать из партии в 20 валов каждый 10-й образец как опытный и подвергать его ряду испытаний.

Список литературы

1. Справочник термиста. /А.А. Попов, Л.Е. Попова; - М.: Машиностроение, 1961. - 430 с.

2. 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.

3. Журавлев В.Н. Машиностроительные стали / В.Н. Журавлев, О.И. Николаева. Справочник - М.: Машиностроение, 1968. - 331 с.

4. Гуляев А.П. Металловедение. Учебник для ВУЗов, 6-е издание / А.П. Гуляев, - Москва, 1986 - 544 с.

5. Автомобильные конструкционные стали: Справочник/ Под ред. А.П. Гуляева и И.С. Козловского. - Москва: Машгиз, 1951. - 32 с.

6. Качанов Н.Н. Прокаливаемость стали/ Н.Н. Качанов. - Москва: Металлургия, 1978. -192 с.

Размещено на Allbest.ru


Подобные документы

  • 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.

    реферат [314,0 K], добавлен 22.11.2016

  • Ознакомление 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 05.12.2008

  • Проектирование 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 08.06.2010

  • Метод 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 07.08.2013

  • Разработка технологического процесса обработки вала. Анализ технологичности конструкции детали. Определение типа производства. Выбор и экономическое обоснование способов получения заготовки. Выбор технологических баз и разработка маршрутной технологии.

    курсовая работа [84,2 K], добавлен 06.08.2008

  • Детали механизма автомобиля (ролик вала рулевой сошки). Описание реечной конструкции рулевого управления. Технологический процесс изготовления корпуса рулевого механизма. Характеристика марки стали 12ХНЗА. Операции обработки ролика вала рулевой сошки.

    курсовая работа [2,7 M], добавлен 21.12.2014

  • Характеристика стали 60С2А, химический состав и механические свойства. Структурные превращения в стали при термической обработке. Выбор оборудования для обработки детали. Разработка технологии термообработки и маршрутной технологии изготовления пружины.

    курсовая работа [2,7 M], добавлен 05.12.2014

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.