3. Техническое задание.

В данной курсовой работе мы должны расшифровать марку заданной стали и описать ее микроструктуру. Затем мы выбираем и обосновываем последовательность операции предварительной и окончательной термообработки деталей. Также необходимо назначить и обосновать режим операций предварительной и окончательной термообработки деталей (температура нагрева и микроструктура в нагретом состоянии, охлаждающая среда). В конце нужно описать микроструктуру и механические свойства материала детали после окончательной термообработки. Ниже приводятся исходные данные для выполнения курсовой работы.

Вариант	Материал детали	Метод упрочнения (термообработки)	Термообрабатываемая поверхность	Глубина упрочняемого слоя, мм	Твердость
1	2	3	4	5	6
1а	Сталь 20	Цементация	Зубья	0,9...1,0	58...62 HRC
1б	Сталь 45	Азотирование	Зубья	0,5...0,7	58...62 HRC
1в	40Х	Азотирование	50к6	0,6	48...53 HRC
1г	40Х	ТВЧ	Зубья	0,8...1,1	58...62 HRC
1д	38ХА	ТВЧ	50к6	1,0...1,1	48...53HRC

4. Сталь марки 20 (1а)

• Марка стали: 20

• Метод упрочнения (термообработки): Цементация

• Термообрабатываемая поверхность: Зубья.

• Глубина упрочняемого слоя, мм: 0.9…1.0

• Твердость: 58…62 HRC

Расшифровка марки стали 20

Первые две цифры в обозначении марки стали обозначают содержание углерода в сотых долях процента. Значит, в данной марке стали 0,2% углерода. Далее должны идти обозначения легирующих элементов в сплаве. В этом варианте они отсутствуют. Содержание остальных примесей незначительно. Подводим итоги: сталь 20 – углеродистая конструкционная сталь

Вид поставки стали марки 20

Вид поставки – сортовой прокат в том числе фасонный: ГОСТ 1050-88, ГОСТ 2590-2006, ГОСТ 2591-2006, ГОСТ 2879-2006, ГОСТ 8509-93, ГОСТ 8510-86, ГОСТ 8240-97, ГОСТ 8239-89. Калиброванный пруток ГОСТ 7417-75, ГОСТ 8559-75, ГОСТ 8560-78, ГОСТ 10702-78. Шлифованный пруток и серебрянка ГОСТ 14955-77, Лист толстый ГОСТ 1577-93, ГОСТ 19903-74, Лист тонкий ГОСТ 16523-97. Лента ГОСТ 6009-74, ГОСТ 10234-77, ГОСТ 103-2006, ГОСТ 82-70. Проволока ГОСТ 5663-79, ГОСТ 17305-91. Поковки и кованые заготовки ГОСТ 8479-70. Трубы ГОСТ 10704-91, ГОСТ 10705-80, ГОСТ 8731-74, ГОСТ 8732-78, ГОСТ 8733-74, ГОСТ 5654-76, ГОСТ 550-75.

Применение стали марки 20

Шестерни, червяки и другие детали, к которым предъявляются требования высокой поверхностной твердости при невысокой прочности сердцевины. В данном варианте моей курсовой работы я выбираю червяка

Химический состав стали марки 20 (в %)

Углерод (C) 0,17 - 0,23 Фосфор (P) до 0,04

Кремний (Si) 0,17 - 0,37 Хром (Cr) до 0,25

Марганец (Mn) 0,35 - 0,65 Медь (Cu) до 0,25

Никель (Ni) до 0,25 Мышьяк (As) до 0,08

Сера (S) до 0,04 Железо (Fe) ~98

Механические свойства при Т=20°С стали марки 20

Сортамент	Размер	sв	sT	d5	y	KCU	Режим термообработки
	Мм	МПа	МПа	%	%	кДж / м2
Лист ГОСТ 4041-71	4-14	490	340	28
Поковки ГОСТ 1050-88	До 80	410	245	25	55	780	Нормализация 910°С, отпуск 620°С

Физические свойства стали марки 20

T	E 10- 5	α  10 6	l	r	C	R 10 9
°С	МПа	1/Град	Вт/(м·град)	кг/м3	Дж/(кг·град)	Ом·м
20	2.13		52	7859
100	2.03	11.6	50.6	7834	486	219
200	1.99	12.6	48.6	7803	498	292
300	1.90	13.1	46.2	7770	514	381
400	1.82	13.6	42.8	7736	533	487
500	1.72	14.1	39.1	7699	555	601
600	1.60	14.6	35.8	7617	584	758
700		14.8	32	7917	636	925
800		12.9		7624	703	1094

Свойства и полезная информация о стали марки 20

Удельный вес стали 20: 7850 кг/м³

Твердость материала: HB 10^-1 = 163 МПа

Температура критических точек: Ac1=735, Ac3(Acm)=850, Ar3(Arcm)=835, Ar1=680

Температура ковки, °С: начала 1280, конца 750, охлаждение на воздухе

Обрабатываемость резанием: в горячекатанном состоянии при HB 126-131 и δB=450-490 МПа, К υ тв. спл=1,7 и Кυ б.ст=1,6

Свариваемость материала: без ограничений, кроме деталей после химико-термической обработки. Способы сварки: РДС, АДС под флюсом и газовой защитой, КТС

Флокеночувствительность: не чувствительна.

Склонность к отпускной хрупкости: не склонна

Червяк и его применение

Червячные передачи – это передачи зацеплением с непосредственным контактом витков червяка и зубьев червячного колеса. Червяк – это винт с трапецеидальной или близкой к ней по форме резьбой. Червячное колесо является косозубым зубчатым колесо с зубьями особой дуговой формы. По форме тела червяки разделяют на цилиндрические, глобоидные и тороидные. Наибольшее применение находят цилиндрические червяки как более простые в изготовлении и обеспечивающие достаточно высокую нагрузочную способность.

Профиль витков червяка можно варьировать, так как червячные колеса изготовляют инструментом, являющимся аналогом червяка. По форме боковой поверхности витка червяки разделяют на архимедовы (обозначение ZA), конволютные (ZN), эвольвентные (Z1), нелинейчатые с поверхностью, образованной конусом (ZK) и с вогнутым профилем витка (ZT).

При невысоких требованиях к нагрузочной способности и ресурсу в условиях мелкосерийного производства применяют архимедовы и конволютные червяки. Изготовление и червяка и колеса из твердых материалов не обеспечивает достаточной износостойкости и сопротивления заеданию. Поэтому одну из деталей передачи выполняют из антифрикционного материала (материала, хорошо сопротивляющегося заеданию и износу).

Для червяка характерны относительно малый диаметр и значительное расстояние между опорами, его жесткость и прочность обеспечивают за счет изготовления его из стали. Поскольку при приработке на червяк возлагается роль формообразующего элемента, его прочность и твердость поверхности должны быть выше соответствующих свойств колеса.

Термическая обработка стали марки 20

В данном варианте моей курсовой работы деталь из стали марки 20 проходит через цементацию. Цементацией называется процесс насыщения поверхности изделия углеродом. Цель цементации – придание поверхности твердости при сохранении мягкой сердцевины. Обычно цементации подвергают детали из низкоуглеродистой стали, содержащей не более 0,25 % С (сталь марок 10, 15, 20, А12, 15Х, 25ХГМ и др.), работающие в условиях переменных ударных нагрузок и подвергающиеся износу, например зубья автомобильных зубчатых колес, шестерни, втулки, поршневые пальцы и т. д. Температура цементация 900-970°С. Толщина цементованного слоя от 0,1 до 3-4 мм. Цементированные изделия подвергают двойной термической обработке. Для придания твердости наружному слою производят закалку с температур 820-850°С и низкий отпуск при 150-170°С.

Цементация может проводиться в твердых, газообразных и жидких углеродсодержащих средах, которые называются карбюризаторами.

Цементация в твердом карбюризаторе. Наиболее старым способом является цементация в твердой среде (в твердом карбюризаторе). При этом способе цементации карбюризатором служит смесь древесного угля и углекислых солей (углекислого бария — ВаС03, углекислого натрия (соды) — Na2C03 и др.). Углекислые соли добавляются к древесному углю в количестве 10—40%. В практике цементации применяют различные составы карбюризаторов. Для цементации в твердом карбюризаторе детали помещают в цементационный (стальной) ящик и засыпают карбюризатором. Упаковка деталей в ящик с карбюризатором должна производиться таким образом, чтобы детали со всех сторон были окружены карбюризатором и не соприкасались друг с другом, со стенками и дном ящика. Ящик закрывают крышкой и замазывают огнеупорной глиной. Через отверстия в крышке в ящик вставляют стержни из такой же низкоуглеродистой стали, из которой изготовлены цементуемые детали. Эти стержни называются «свидетелями» и служат они для контроля цементации. Ящик с упакованными в нем в карбюризаторе деталями (рис. 152) помещают в печь и нагревают до 900—950° С.

При нагреве протекают следующие процессы. Углерод угля соединяется с кислородом воздуха, находящимся в ящике, и образуется окись углерода (СО). Окись углерода разлагается на углекислый газ (С02) и углерод, образующийся в виде атомов (атомарный углерод): Атомарный углерод проникает (диффундирует) в поверхностный слой детали. Так как детали нагреты до 900—950° С, т. е. выше верхней критической точки Ас3у и в стали при такой температуре образуется 7-железо, углерод, проникая в сталь, растворяется в v-железе с образованием аустенита:

Цементация в газовом карбюризаторе. В последнее время нашла широкое применение цементация газами, получаемыми из бензола и различных масел, вводимых прямо в печь по каплям. Детали загружают в печи (непрерывного действия), в которые вводят цементующие газы. При нагреве окись углерода и метан разлагаются, образуя активный (атомарный) углерод. Продолжительность процесса газовой цементации меньшая, чем цементации твердым карбюризатором, так как нагрев и охлаждение производятся со значительно большими скоростями, чем это можно осуществить в цементационных ящиках. Кроме этого, газовая цементация имеет ряд других преимуществ: возможность точного регулирования процесса цементации путем изменения состава цементующего газа, отсутствие громоздкого оборудования и угольной пыли и возможность производить закалку непосредственно из печи. Процесс газовой цементации более экономичен.