Практична робота №4 Розробка технологічного процесу термічної обробки деталі

Мета роботи практичне ознайомлення з методикою розробки технологічного процесу термічної обробки деталей, набуття навичок самостійної роботи з довідниковою літературою і більш глибоке засвоєння курсу.

Порядок виконання завдання

1.Розшифрувати марку заданої сталі з додатку 4, описати її мікроструктуру, механічні властивості у стані постачання, указати до якої групи за призначенням вона відноситься.

2. Описати характер впливу легуючих елементів, які присутні в заданій сталі, на положення критичних точок Ас₁, Ас₃ (або Асm), ріст зерна аустеніту, загартовуваність і прогартовуваність, на положення точок Мп і Мк, на кількість залишкового аустеніту і на відпуск. При відсутності легуючих елементів у заданій марці сталі необхідно описати вплив постійних домішок на її властивості.

3. Вибрати та обгрунтувати послідовність операцій попередньої та кінцевої термообробки деталей.

4. Призначити та обгрунтувати режими операцій попередньої і кінцевої термообробки деталі (температура нагріву, мікроструктура в нагрітому стані, охолоджувальне середовище).

5. Навести мікроструктуру і механічні властивості матеріалу деталі після кінцевої термообробки.

Вказівки до виконання завдання

Розробку технології термічної обробки заданої деталі слід починати з оцінки особливостей властивостей заданої сталі, до якої групи вона відноситься і в яких умовах деталь працюватиме (тертя, динамічне навантаження, циклічне навантаження та ін.)

При виконанні першого пункту завдання при розшифруванні марки заданої сталі слід указати середній вміст в ній вуглецю і легуючих елементів згідно марці (для порівняння навести склад заданої сталі за довідниками), указати до якої групи або класу відноситься задана сталь за хімічним складом, призначенням, структурою та якістю. Крім того слід навести схематичне зображення мікроструктури заданої сталі (у стані постачання), зазначити механічні властивості (твердість, границю міцності, відносне видовження та звуження, ударну вязкість), відмітити її особливості в звязку з передбаченим призначенням.

При виконанні другого пункту завдання необхідно зробити аналіз впливу вуглецю і легуючих елементів, що входять до складу заданої марки сталі, на технологію термообробки та на її результати, Для цього необхідно описати характер впливу вуглецю і легуючих елементів на положення критичних точок А₁, А₃ або Асm, що дуже важливо для правильного вибору температури нагріву при термічній обробці. Потім необхідно визначити температури критичних точок Ас₁, Ас₃ або Асm. Ці температури для вуглецевої сталі визначають або за діаграмою стану залізо - цементит, або за довідниками,. а для легованої сталі - тільки за довідниками. Необхідно також описати характер впливу легуючих елементів, що входять до складу заданої сталі, на ріст зерна аустеніту і оцінити схильність цієї сталі до перегріву.

Особливу увагу слід звернути на аналіз загартовуваності та прогартовуваності заданої сталі, так як від них залежать її кінцеві властивості (твердість, міцність, глибина загартування та ін.). У залежності від прогартовуваності сталі за довідниками або за діаграмою ізотермічного перетворення аустеніту необхідно вибрати відповідне охолоджувальне середовище при гартуванні.

Слід також описати вплив вуглецю та легуючих елементів, які входять до складу заданої сталі, на положення точок початку і кінця мартенситного перетворення Мп і Мк для заданої сталі, а потім оцінити можливість отримання в сталі після гартування залишкового аустеніту та його вплив на кінцеві властивості. При наявності залишкового аустеніту слід указати способи його усунення.

При оцінці впливу складу сталі на перетворення при відпуску слід визначити ступінь цього впливу і від відпуску.

Відповіді на третій та четвертий пункти завдання базуються на результатах аналізу, який проведений у першому і другому пунктах завдання.

У третьому пункті завдання слід обґрунтувати послідовність операцій попередньої термічної обробки заготовки та завершальної термообробки деталі. При цьому слід мати на увазі, що в якості попередньої термічної обробки застосовують відпал або нормалізацію. Нормалізації рекомендується піддавати штамповані заготовки з низько-та середньовуглецевих сталей (10, 20, 30, 40, 45 та ін.) та з легованих сталей з невеликим вмістом легуючих елементів (15Х, 30Х, 35Х, 40Х, 40Р, 50Г, 18ГТ та ін.). Відпал призначають переважно для великих і складних виливок, штамповок і прокату, що виготовлені із високовуглецевих сталей і сталей з підвищеним вмістом легуючих елементів (60С2, 65Г, 45Г2, У8А, 50ХФА, 45ХН, 12ХН3А, 12Х2Н4А, 20ХНМ, 35ХГС, 40Х9С2,. 14Х9, Р18, ХВГ та ін.). Після попередньої термічної обробки виконують основну механічну обробку заготовок (точіння, фрезерування, свердління, протягування, нарізання різьб та ін.).

Кінцеву термічну обробку призначають в залежності від властивостей, що вимагаються від деталі. При виборі кінцевої обробки деталі можна скористатися даними, які наведені у табл.4.1.

Таблиця 4.1.

Метод зміцнення	Ефективність застосування методу	Типові вироби, які зміцнюються
Гартування обємне, відпуск середній, твердість по перерізу 40…45НRС	Підвищення опору до крихкого руйнування	Пружини, ресори
Гартування обємне, відпуск високий, твердість по всьому перерізу 25…40НRС	Підвищення границі витривалості на 30…40% довговічності від 2 до 5 разів, границі контактної витривалості на 20…50%, опору фретинг-корозії в 2…5 разів	Вали, осі, шатуни, деталі ходової частини тракторів, автомобілів.
Поверхневе гартування сталі СВЧ (глибина 2…5 мм), низький відпуск твердість поверхневого шару 56…60 НRС	Підвищення границі витривалості на 40…60%,. границі контактної витривалості на 50 - 70%, довговічності та опору фретинг - корозії в 2…5разів.	Колінчасті вали, півосі, розподільчі вали, зубчасті колеса, карданні вали.
Цементація (глибина 0.5…2мм), або нітроцементація (глибина 0.4…1мм), гартування, низький відпуск, твердість поверхневого шару 58…62НRС	Підвищення границі витривалості на 50…80%, границі контактної витривалості на 60…100%, зносостійкості в 3…10разів, довговічності в 5…10разів, опору фретинг - корозії в 2…5разів.	Зубчасті коліс верстатів, автомобілів, тракторів, великі підшипники кочення
Наклеп поверхні (глибина шару 0.1…0.2мм) після зміцнюючої термічної обробки	Підвищення границі витривалості на 30…50%, довговічності від 3 до 10 разів, опору фретинг-корозії в 1.5…2 разів.	Пружини, ресори, торсіонні вали, півосі, колінчасті вали, поворотні кулачки, зубчасті колеса

Кінцеву термічну обробку у вигляді гартування та низького відпуску виконують після основної маси операцій механічної обробки абразивним інструментом (шліфування, хонінгування). Якщо кінцевою термічною обробкою деталі є її поліпшення, (гартування та високий відпуск) і твердість сталі становить 270…300НВ, то операції кінцевої термообробки виконують після чорнової механічної обробки. В цьому випадку після термообробки виконують чистову обробку точінням, фрезеруванням, шліфуванням тощо.

У четвертому пункті завдання призначається і обґрунтовується режим кожної термічної чи хіміко-термічної операції з використанням даних, наведених у другому пункті завдання, а також доповідкових джерел, зазначаються температура нагрівання та отримана структура в результаті термічної обробки. При високочастотному нагріванні температура нагріву при гартуванні встановлюється за довідником. Температуру нагрівання при хіміко-термічній обробці деталі вибирають за довідковими даними в залежності від її виду, призначення та складу сталі. Слід також вибрати охолоджувальне середовище для попередньої термічної обробки (відпал, нормалізація) і для кінцевої термічної обробки (гартування, відпуск).

В останньому пункті завдання слід схематично замалювати та описати мікроструктуру і навести основні механічні властивості сталі після кінцевої термічної обробки. При виконанні цього пункту завдання необхідно мати на увазі, що кожний вид термічної обробки забезпечує отримання в сталі певної структури: високий відпуск - сорбіту, середній відпуск, троститу, низький відпуск - мартенситу відпуску. Виходячи з цього, в залежності від кінцевої термічної обробки необхідно визначити структуру сталі після завершальної термічної обробки.

Контрольні запитання

1. Для чого служить термообробка сталей? 2. Охарактеризуйте види відпалювання. 3. Для чого служить нормалізація сталей? 4. Яка мета гартування сталей? 5. Як обирають температуру нагрівання при гартуванні? 6. Що таке загартовуваність і прогартовуваність сталей? 7. Які є гартувальні середовища? 8. Для чого застосовують низьке, середнє і високе відпускання?