Розробка технологічного процесу термічної обробки деталі.
· Розробити технологічний процес термічної обробки сталевої деталі: Палець ланок гусениці.
· Марка сталі: Ст. 50Г
· Твердість після остаточної термообробки:
HRC 43-49
Мета завдання: практичне ознайомлення з методикою розробки технологічного процесу термічної обробки деталей (автомобілів, тракторів і сільськогосподарських машин); придбання навичок самостійної роботи з довідковою літературою, більш глибоке засвоєння курсу, а також перевірка залишкових знань матеріалу, що вивчається в 1 семестрі.
Порядок виконання завдання:
1. Розшифрувати марку заданої стали, описати її мікроструктуру, механічні властивості до остаточної термообробки і вказати, до якої групи за призначенням вона належить.
2. Описати характер впливу вуглецю і легуючих елементів заданої стали на положення критичних точок Ас1 і Ас3, Асm. Зростання зерна аустеніту, закаліваемость і прокаливаемость, на положення точок Мн і Мк, на кількість залишкового аустеніту і на відпустку. При відсутності легуючих елементів в заданій марці сталі описати вплив постійних домішок (марганцю, кремнію, сірки, фосфору, кисню, азоту і водню) на її властивості.
3. Вибрати й обгрунтувати послідовність операції попередньої і остаточної термообробки деталей, пов'язавши з методами отримання і обробки заготовки (лиття, кування або штампування, прокат, механічна обробка).
4. Призначити та обгрунтувати режим операцій попередньої і остаточної термообробки деталей (температура нагріву і мікроструктура в нагрітому стані, охолоджуюча середа).
5. Описати мікроструктуру і механічні властивості матеріалу деталі після остаточної термообробки.
1. Розшифровка марки сталі.
Сталь марки 50Г: марганцевистих конструкційна якісна легована сталь містить від 0,45% до 0,5% вуглецю, до 1% марганцю, до 0,0035% сірки і 0,0035% фосфору.
Ця марка стали належить до групи легованих конструкційних сталей, це деталі, з яких поряд з підвищеною міцністю і зносостійкістю потрібна наявність пружних властивостей (наприклад, це такі деталі як: цанги, розрізні кільця, пружинні шайби, фрикційні диски, колінчаті вали, півосі, цапфи , черв'яки, шестірні). Деталі, що піддаються загартуванню та відпуску; ця сталь успішно замінює дорогі хромонікелеві сталі.
Докладніше:
Сортовий прокат - ГОСТ 4543-71, ТУ 14-1-4518-88.
Фасонний прокат - ТУ 14-1-1271-75.
Таблиця 1. Масова частка елементів,% за ГОСТ 4543-71
Зварюваність:
- Важко зварювана;
- Рекомендується підігрів і подальша термообробка.
Оброблюваність різанням:
- У нормалізованими стані при НВ 174 - 207 і σ в = 620 Н / мм 2.
K V = 0.95 (твердий сплав);
K V = 0.70 (швидкоріжуча сталь).
Таблиця 2. Механічні властивості при кімнатній температурі.
σ 0,2, Н / мм 2 - межа плинності умовний з допуском на величину пластичної деформації при навантаженні 0,2%;
σ в, Н / мм 2 - тимчасовий опір (гранична міцність при розриві).
KCU, Дж / см 2 - ударна в'язкість після розриву.
Ψ,% - відносне звуження після розриву.
За ступенем розкислення:
Кипляча сталь понижати тільки марганцем. Перед розкладанням у них міститься підвищена кількість кисню, який при затвердіння частково реагує з вуглецем і виділяється у вигляді бульбашок оксиду вуглецю CO.
Призначення:
Осі, колінчаті вали, шестерні, штоки, бандажі, деталі арматури, шатуни, карданні вали, гальмівні важелі, зубчасті колеса, анкерні болти, цанги, розрізні каблучки, пружинні шайби, фрикційні диски, колінчаті вали, півосі, цапфи і т.д.
2. Аналіз впливу вуглецю і легуючих елементів стали на технологію її термообробки і отримані результати.
Марганець знижує точку А 3 і підвищує точку А 4 (розширює області γ-заліза). У присутності марганцю знижується температура евтектоїдних перетворення стали (точка А 1), а також знижується вміст вуглецю в евтектоіде (перліті), З вуглецем марганець утворює карбід Mn 3 C. Карбід марганцю Mn 3 C і карбід Fe 3 C володіють необмеженою розчинністю один в іншому. Тому в марганцевистої стали знаходиться складний карбід типу (Fe, Mn) 3C . Розчиняючись фериті, марганець підвищує його твердість і міцність і знижує в'язкість. У порівнянні з іншими легованими елементами марганець найбільш різко зменшує критичну швидкість загартування, тобто значно підвищує прокаливаемость сталі, знижує найбільш різко температуру мартенситного перетворення. Після охолодження на повітрі в марганцевистих сталях в залежності від вмісту в них вуглецю і марганцю можуть утворитися різноманітні структури - перліт, аустеніт, мартенсит. Чим більше в сталі марганцю, тим при меншому вмісті вуглецю утворюється структури мартенситу і аустеніту.
Марганець сприяє зростанню зерна сталі при нагріванні. Інакше кажучи, марганцевистих стали схильні до утворення грубозернистої структури при невеликому перегрів. Цей недолік марганцем сталей необхідно враховувати при термічній обробці, правильно вибирати температуру нагрівання і давати по можливості мінімальну витримку. Марганцевистих стали схильні до відпускної крихкості і тому після відпустки деталі слід охолоджувати швидко (в олії).
На процес цементації стали марганець надає позитивний вплив, прискорює насичення стали вуглецем.
Температура критичних точок, 0 С.
3. Послідовність операції попередньої і остаточної термообробки деталей.
Колінчаті вали працюють в умовах високих навантажень, а шийки валу зазнають інтенсивного зносу. Термічна обробка колінчастих валів переслідує 2 мети: підвищити міцність валу і підвищити його зносостійкість.
Завдяки штампуванні виходить хороша макроструктура - волокна не перерізаються, а йдуть за конфігурацією валу.
Після штампування вали піддають нормалізації. Прогресивної є технологія нормалізації штамповок колінчастих валів з використанням залишкового тепла після гарячого штампування.
Нормалізація штамповок колінчастих валів в спеціальній печі з підвісним конвеєром (з використанням залишкового тепла після штампування) значно ефективніше нормальних холодних штамповок у звичайних печах або черевиках для штамповок. Після нормалізації колінчаті вали надходять на механічну обробку, а потім шийки валів піддають поверхневому загартуванню при нагріванні струмами високої частоти або полум'ям. Для поверхневого гарту шийок колінчастих валів при нагріванні струмами високої частоти застосовуються спеціальні автоматизовані установки, у яких проводиться послідовне нагрівання і охолоджування кожної шийки.
4. Режим операцій попередньої і остаточної термообробки деталей (температура нагріву і мікроструктура в нагрітому стані, охолоджуюча середа).
Послідовність операцій обробки валу, виготовленого із сталі 45Г:
Штампування - нормалізація - поверхнева гарт - високий відпустку - механічна обробка;
Штампування дозволяє отримати хорошу макроструктуру оброблюваної деталі - завдяки штампуванні волокна не перерізаються і проходять рівномірно які підвищують міцність деталі. Далі після штампування проводять нормалізацію.
Термічна операція, при якій сталь нагрівають до температури рівною на 30 - 50 0 С вище верхньої критичної точки Ас 3 та Асm, потім витримують при цій температурі і охолоджують на спокійному повітрі, називається нормалізацією. При нормалізації зменшуються внутрішні напруги, відбувається перекристалізація стали, подрібнює грубозернисту структуру металу.
Основна мета гарту стали це отримання високої твердості, і міцності що є результатом утворення в ній нерівноважних структур - мартенситу, троостита, сорбіту. Заевтектоідную сталь нагрівають вище точки Ас 1 на 30 - 90 0 С. Нагрівання заевтектоідной стали вище точки Ас 1 проводиться для того, щоб зберегти в структурі загартованої сталі цементит, є ще більш твердої складової, ніж мартенсит (температура заевтектоідних сталей постійна і дорівнює 760 - 780 0 С).
Після нагрівання і витримки виріб охолоджують у різних середовищах. При некрізне прокаливаемости мікроструктура внутрішніх шарів виріб представляється троостит. Сталь зі структурою троостита володіє підвищеною твердістю (НВ 330 - 400), достатню міцність, помірною в'язкістю і пластичністю.
Високий відпустку характеризується температурою нагріву 500 - 600 0 С і структурою сорбіту. Загартовування і подальший високий відпустку називають поліпшенням, так як при ньому відпущена сталь набуває найбільш сприятливе поєднання механічних властивостей, високу міцність, пластичність і в'язкість. Швидкість охолодження значення не має.
Останньою операцією після відпустки проводять чистову обробку гострінням, фрезеруванням, шліфуванням та ін
Мікроструктура після остаточної термічної обробки:
Мікроструктура загартованої вуглецевої сталі після
відпустки.
Механічні властивості сталі після термічної обробки:
- Твердість підвищується до HRC 43-49;
- Гранична міцність (σ в) дорівнює 620 Н / мм 2;
- Ударна в'язкість (KCU) дорівнює 42 Дж / см 2;
Список використаної літератури:
1. Пожидаєва С.П. Технологія конструкційних матеріалів: Уч. Посібник для студентів 1 та 2 курсу факультету технології та підприємництва. Бірськ. Державної реєстрацiї. Пед. Ін-т, 2002.
2. Марочник сталей і сплавів. 2-е вид., Доп. і випр. / А.С. Зубченко,
М.М. Колосков, Ю.В. Каширський та ін Під загальною ред. А.С. Зубченко - М.: Машинобудування, 2003.
3. Самохоцкій А.І. Технологія термічної обробки металів, М., Машгиз, 1962.
· Розробити технологічний процес термічної обробки сталевої деталі: Палець ланок гусениці.
· Марка сталі: Ст. 50Г
· Твердість після остаточної термообробки:
HRC 43-49
Мета завдання: практичне ознайомлення з методикою розробки технологічного процесу термічної обробки деталей (автомобілів, тракторів і сільськогосподарських машин); придбання навичок самостійної роботи з довідковою літературою, більш глибоке засвоєння курсу, а також перевірка залишкових знань матеріалу, що вивчається в 1 семестрі.
Порядок виконання завдання:
1. Розшифрувати марку заданої стали, описати її мікроструктуру, механічні властивості до остаточної термообробки і вказати, до якої групи за призначенням вона належить.
2. Описати характер впливу вуглецю і легуючих елементів заданої стали на положення критичних точок Ас1 і Ас3, Асm. Зростання зерна аустеніту, закаліваемость і прокаливаемость, на положення точок Мн і Мк, на кількість залишкового аустеніту і на відпустку. При відсутності легуючих елементів в заданій марці сталі описати вплив постійних домішок (марганцю, кремнію, сірки, фосфору, кисню, азоту і водню) на її властивості.
3. Вибрати й обгрунтувати послідовність операції попередньої і остаточної термообробки деталей, пов'язавши з методами отримання і обробки заготовки (лиття, кування або штампування, прокат, механічна обробка).
4. Призначити та обгрунтувати режим операцій попередньої і остаточної термообробки деталей (температура нагріву і мікроструктура в нагрітому стані, охолоджуюча середа).
5. Описати мікроструктуру і механічні властивості матеріалу деталі після остаточної термообробки.
1. Розшифровка марки сталі.
Сталь марки 50Г: марганцевистих конструкційна якісна легована сталь містить від 0,45% до 0,5% вуглецю, до 1% марганцю, до 0,0035% сірки і 0,0035% фосфору.
Ця марка стали належить до групи легованих конструкційних сталей, це деталі, з яких поряд з підвищеною міцністю і зносостійкістю потрібна наявність пружних властивостей (наприклад, це такі деталі як: цанги, розрізні кільця, пружинні шайби, фрикційні диски, колінчаті вали, півосі, цапфи , черв'яки, шестірні). Деталі, що піддаються загартуванню та відпуску; ця сталь успішно замінює дорогі хромонікелеві сталі.
Докладніше:
Сортовий прокат - ГОСТ 4543-71, ТУ 14-1-4518-88.
Фасонний прокат - ТУ 14-1-1271-75.
Таблиця 1. Масова частка елементів,% за ГОСТ 4543-71
| C | Si | Mn | S | P | Cr | Ni | N | Cu |
| 0.48 - 0.56 | 0.17 - 0.37 | 0.70 - 1.00 | ≤ 0.035 | ≤ 0.035 | ≤ 0.30 | ≤ 0.30 | ≤ 0.008 | ≤ 0.30 |
- Важко зварювана;
- Рекомендується підігрів і подальша термообробка.
Оброблюваність різанням:
- У нормалізованими стані при НВ 174 - 207 і σ в = 620 Н / мм 2.
K V = 0.95 (твердий сплав);
K V = 0.70 (швидкоріжуча сталь).
Таблиця 2. Механічні властивості при кімнатній температурі.
| НД | Режим термообробки | Перетин, мм | σ 0,2, Н / мм 2 | σ в, Н / мм 2 | δ, % | Ψ, % | KCU, Дж / см 2 | HRC | HB | |||
| Операція | t, 0 С | Охол. Середа | не менше | ≤ 229 | ||||||||
| ГОСТ 4543-71 | У оттоженном стані | понад 5 до 250 | Не визначається | |||||||||
| до 80 | 375 | 620 | 15 | 40 | 49 | |||||||
| Загартування | 835 - 865 | Вода і повітря | понад 80 до 150 | 375 | 620 | 13 | 35 | 44 | - | |||
| Відпустка | 550 - 650 | Повітря | понад 150 до 250 | 375 | 620 | 12 | 42 | 42 | ||||
σ в, Н / мм 2 - тимчасовий опір (гранична міцність при розриві).
KCU, Дж / см 2 - ударна в'язкість після розриву.
Ψ,% - відносне звуження після розриву.
За ступенем розкислення:
Кипляча сталь понижати тільки марганцем. Перед розкладанням у них міститься підвищена кількість кисню, який при затвердіння частково реагує з вуглецем і виділяється у вигляді бульбашок оксиду вуглецю CO.
Призначення:
Осі, колінчаті вали, шестерні, штоки, бандажі, деталі арматури, шатуни, карданні вали, гальмівні важелі, зубчасті колеса, анкерні болти, цанги, розрізні каблучки, пружинні шайби, фрикційні диски, колінчаті вали, півосі, цапфи і т.д.
2. Аналіз впливу вуглецю і легуючих елементів стали на технологію її термообробки і отримані результати.
Марганець знижує точку А 3 і підвищує точку А 4 (розширює області γ-заліза). У присутності марганцю знижується температура евтектоїдних перетворення стали (точка А 1), а також знижується вміст вуглецю в евтектоіде (перліті), З вуглецем марганець утворює карбід Mn 3 C. Карбід марганцю Mn 3 C і карбід Fe 3 C володіють необмеженою розчинністю один в іншому. Тому в марганцевистої стали знаходиться складний карбід типу (Fe, Mn)
Марганець сприяє зростанню зерна сталі при нагріванні. Інакше кажучи, марганцевистих стали схильні до утворення грубозернистої структури при невеликому перегрів. Цей недолік марганцем сталей необхідно враховувати при термічній обробці, правильно вибирати температуру нагрівання і давати по можливості мінімальну витримку. Марганцевистих стали схильні до відпускної крихкості і тому після відпустки деталі слід охолоджувати швидко (в олії).
На процес цементації стали марганець надає позитивний вплив, прискорює насичення стали вуглецем.
Температура критичних точок, 0 С.
| Ас 1 | Ас 3 | А r 1 | Ar 3 |
| 723 | 760 | 680 | 740 |
Колінчаті вали працюють в умовах високих навантажень, а шийки валу зазнають інтенсивного зносу. Термічна обробка колінчастих валів переслідує 2 мети: підвищити міцність валу і підвищити його зносостійкість.
Завдяки штампуванні виходить хороша макроструктура - волокна не перерізаються, а йдуть за конфігурацією валу.
Після штампування вали піддають нормалізації. Прогресивної є технологія нормалізації штамповок колінчастих валів з використанням залишкового тепла після гарячого штампування.
Нормалізація штамповок колінчастих валів в спеціальній печі з підвісним конвеєром (з використанням залишкового тепла після штампування) значно ефективніше нормальних холодних штамповок у звичайних печах або черевиках для штамповок. Після нормалізації колінчаті вали надходять на механічну обробку, а потім шийки валів піддають поверхневому загартуванню при нагріванні струмами високої частоти або полум'ям. Для поверхневого гарту шийок колінчастих валів при нагріванні струмами високої частоти застосовуються спеціальні автоматизовані установки, у яких проводиться послідовне нагрівання і охолоджування кожної шийки.
4. Режим операцій попередньої і остаточної термообробки деталей (температура нагріву і мікроструктура в нагрітому стані, охолоджуюча середа).
Послідовність операцій обробки валу, виготовленого із сталі 45Г:
Штампування - нормалізація - поверхнева гарт - високий відпустку - механічна обробка;
Штампування дозволяє отримати хорошу макроструктуру оброблюваної деталі - завдяки штампуванні волокна не перерізаються і проходять рівномірно які підвищують міцність деталі. Далі після штампування проводять нормалізацію.
Термічна операція, при якій сталь нагрівають до температури рівною на 30 - 50 0 С вище верхньої критичної точки Ас 3 та Асm, потім витримують при цій температурі і охолоджують на спокійному повітрі, називається нормалізацією. При нормалізації зменшуються внутрішні напруги, відбувається перекристалізація стали, подрібнює грубозернисту структуру металу.
Основна мета гарту стали це отримання високої твердості, і міцності що є результатом утворення в ній нерівноважних структур - мартенситу, троостита, сорбіту. Заевтектоідную сталь нагрівають вище точки Ас 1 на 30 - 90 0 С. Нагрівання заевтектоідной стали вище точки Ас 1 проводиться для того, щоб зберегти в структурі загартованої сталі цементит, є ще більш твердої складової, ніж мартенсит (температура заевтектоідних сталей постійна і дорівнює 760 - 780 0 С).
Після нагрівання і витримки виріб охолоджують у різних середовищах. При некрізне прокаливаемости мікроструктура внутрішніх шарів виріб представляється троостит. Сталь зі структурою троостита володіє підвищеною твердістю (НВ 330 - 400), достатню міцність, помірною в'язкістю і пластичністю.
Високий відпустку характеризується температурою нагріву 500 - 600 0 С і структурою сорбіту. Загартовування і подальший високий відпустку називають поліпшенням, так як при ньому відпущена сталь набуває найбільш сприятливе поєднання механічних властивостей, високу міцність, пластичність і в'язкість. Швидкість охолодження значення не має.
Останньою операцією після відпустки проводять чистову обробку гострінням, фрезеруванням, шліфуванням та ін
Мікроструктура після остаточної термічної обробки:
Мікроструктура загартованої вуглецевої сталі після
відпустки.
Механічні властивості сталі після термічної обробки:
- Твердість підвищується до HRC 43-49;
- Гранична міцність (σ в) дорівнює 620 Н / мм 2;
- Ударна в'язкість (KCU) дорівнює 42 Дж / см 2;
Список використаної літератури:
1. Пожидаєва С.П. Технологія конструкційних матеріалів: Уч. Посібник для студентів 1 та 2 курсу факультету технології та підприємництва. Бірськ. Державної реєстрацiї. Пед. Ін-т, 2002.
2. Марочник сталей і сплавів. 2-е вид., Доп. і випр. / А.С. Зубченко,
М.М. Колосков, Ю.В. Каширський та ін Під загальною ред. А.С. Зубченко - М.: Машинобудування, 2003.
3. Самохоцкій А.І. Технологія термічної обробки металів, М., Машгиз, 1962.