Гического процесса и расчет режима термической обработки детали»

Введение

Термическая обработка является одним из эффективных способов улучшения свойства металла за счет изменения его внутренней структуры. Поэтому она широко применяется в со-временном машиностроении, а также при ремонте автомобилей, тракторов, сельско-хозяйственных машин и различного оборудования.

Цель работы – освоить методику и получить практические навыки по разработке техно-логического процесса и назначению режимов термической обработки деталей машин.

Задание

Разработать технологический процесс и назначить режимы термической обработки за-данной детали.

Составить отчет.

Исходные данные для выполнения работы:

Вариант 8

Название детали шлицевой вал,

Размер детали Ø60х120 мм,

Материал сталь 40,

Технические условия предъ-

являемые к детали после

термообработки НRС 35…40.

Шлицевое вал(рисунок 2.1) — соединение вала (охватываемой поверхности) и отверстия (охватывающей поверхности) с помощью шлицев(пазов) и зубьев (выступов), радиально распо-ложенных на поверхности. Обладает большой прочностью, обеспечивает соосность вала и от-верстия, с возможностью осевого перемещения детали вдоль оси, который может привести к усталостному излому.

Рисунок 2.1 – Эскиз шлицевого вала

20

Решение

2.1 Характеристика сплава и обоснование его выбора для изготовления заданной детали.

Сталь 40 относится к группе конструкционных, углеродистых, высококачественных марок сталей. В промышленности из этой стали изготавливают трубы, поковки, крепежные детали, валы, диски, роторы, фланцы, зубчатые колеса, втулки для длительной и весьма длительной службы при температурах до 450⁰С.

Вид поставки: сортовой прокат, в том числе фасонный: ГОСТ 1050-88,. калиброванный пруток ГОСТ 7417-75.

Химический состав стали 40 и механические свойства приведены соответственно в таб-

лицах 2.1 и 2.2.

Таблица 2.1 – Химический состав стали 40

Химический

Содержание,

Влияние на свойства стали

элемент

%

Оказывает основное влияние на свойства стали. Увеличе-

Углерода С

0,37…0,45

ние углерода ведет к изменению

структуры стали, повы-

шению твердости, прочности и понижению пластичности.

Вредная примесь в стали в виде FeS. Придает ей хруп-

кость при высоких температурах 800…1200⁰С, например,

Сера (S)

до 0,04

при нагреве под ковку или прокатку вызывает трещины, а

также к разрушению к заготовки.

Такое явление называется красноломкостью.

Вредная примесь в стали. Растворяясь в феррите повыша-

Фосфор (P)

до 0,035

ет ее твердость

и вызывает хладноломкость, т.е. сталь

становиться хрупкой при нормальной и особенно при

низкой температуре.

Кремний (Si)

0,17…0,37

Полезная примесь в стали. Растворяясь в феррите повы-

шает твердость, упругость и жесткость стали.

Марганец (Mn)

0,50…0,80

Полезная примесь в стали. Растворяясь в феррите увели-

чивает прочность стали. Устраняет вредное влияние серы.

Хром (Cr)

0,25

Повышает прокаливаемость, способствует получению

высокой и равномерной твердости стали.

Медь (Cu)

до 0,25

Повышает коррозионную стойкость

Благоприятно влияет на все свойства стали, повышая со-

Никель (Ni)

до 0,25

противление хрупкому излому, пластичность и ударную

вязкость.

Таблица 2.2 – Механические свойства стали 40

σ_0,2 (МПа)

σ_в(МПа)

δ₅(%)

ψ %

KCU (Дж /

НВ, не более

см²)

215

430

18

40

44

123-167

По справочной литературе находим микроструктуру стали 40 до термической обработки.

21

Она приведена на рисунке 2.2. По микроструктуре определяем площадь феррита (Ф) и

перлита (П), которая соответственно составляет 50 и 50 %.

Рисунок 2.2 – Микроструктура стали до термической обработки

Определяем содержание углерода в стали до закалки.

В связи с тем, что в феррите растворено небольшое количество углерода, практически можно считать, что в доэвтектоидной стали весь углерод находится в перлите, тогда его коли-чество определяем из пропорции

100% П – 0,8%С

F_п – х,

_{Х =} п ^0,8 _%, 100

_{Х =} ^0,8 _%, 100

где F_п – площадь, занятая перлитом, %, х – содержание углерода, %.

Тогда Х = ^{50 · 0,8} = 0,4%,

1 00

Таким образом содержание углерода в стали 0,4% и это доэвтектоидная сталь с твердо-стью НВ 217 (по сплавочной литературе).

Для изготовления заданного шлицевого вала работающего в условиях в знакомеременных нагрузок правильно выбрана сталь 40. Обусловлено это тем, что она обладает высокой твердо-стью, прочностью, износостойкостью и способностью противостоять значительным динамиче-ским нагрузкам. Кроме того она стойка против коррозии, а также сохраняет неизменными размеры и форму детали в течении длительного времени.

2.2 Обоснование видов термической обработки шлицевого вала и маршрута технологиче-ского процесса.

Анализ справочной литературы, что для деталей испытывающих в работе знакоперемен-ную нагрузку предпочтительны стали 40, 45, 50, 40Х, 45ХН со структура зернистого сорбита отпуска. Структуру зернистого сорбита получают путем термической обработки до твердости НRC 35-40.

Для получения зернистого сорбита отпуска (Со) в микроструктуре стали 40 необходимо провести следующие виды термической обработки шлицевого вала: нормализацию, закалку и отпуск.

22

Нормализация это предварительная термическая обработка и является разновидностью отжига. Она предназначена для образования в стали перлита более тонкого строения. При этом снимает внутренние напряжения, повышает механические свойства стали. Является энергосбе-регающей операцией и широко применяется в машиностроении, а также при ремонте автомо-билей, тракторов, сельскохозяйственных машин и различного оборудования.

Нормализация заключается в нагреве металла на 30…50⁰С выше точки А_с3 или А_сmли-нии GSЕ (рисунок 2.2, 2.3), выдержке при этой температуре и последующим охлаждением на воздухе.

Закалка применяется с целью получения высокой твердости и требуемых физико-механических свойств. Для шлицевого вала после закалки необходимо получить структуру мартенсит с твердостью НRC55.

Закалка осуществляется путем нагрева детали до температуры в интервале превращений или выше, выдержки при этих температурах и последующем охлаждения со скоростью выше критической в интервале наименьшей устойчивости аустенита. В зависимости от температуры нагрева различают полную и неполную закалку стали. Для доэвтектоидной стали применяют полную закалку, при этом ее нагревают до температуры на 30…50 ⁰С выше точки А_с3 линии GS. Для заэвтектоидных сталей применяют неполную закалку с нагревом на 20…50 ⁰С выше точки А_С1. линии SК. (рисунок 2.3, 2.4).

Поскольку шлицевой вал изготовлен из доэвтектоидной стали назначаем для него полную закалку.

Для большинства деталей в машиностроении после закалки обязательно применятся от-пуск стали. Закалка с последующим высоким отпуском называется улучшением. Отпуску под-вергают закаленную сталь с целью повышения ударной вязкости, пластичности, уменьшения твердости, снятия внутренних напряжений, уменьшения хрупкости закаленной стали, а также получения требуемой равновесной структуры и заданных механических свойств. Отпуск это процесс термической обработка который заключается в нагреве закаленной стали до темпера-туры ниже базовых превращений А_С1 (рисунок 2.2, 2.3), выдержке при заданной температуре и последующим охлаждением с определенной скоростью. Он является окончательной операцией при термической обработке в результате которого сталь получает требуемые механические свойства.

При отпуске сталь нагревают до температуры точки А_С1и затем охлаждают обычно на

воздухе. В зависимости от температуры нагрева различают три вида

отпуска: низкий

(150…250⁰С), средний (300… 500⁰С) и высокий (500…650⁰С).

Шлицевой вал, работающий в условиях знакопеременных нагрузок

требует проведения

высокого отпуска и получения твердости НRС 35…40 со структурой сорбита отпуска.

На основании проведенного анализа назначаем следующий маршрут термической обра-ботки шлицевого вала: