Розробка технологічного процесу термічної обробки сталевої деталі Болт шатунний

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

Розробка технологічного процесу термічної обробки деталі
· Розробити технологічний процес термічної обробки сталевої деталі: Болт шатунний.
· Марка стали: Ст. 40ХН
· Твердість після остаточної термообробки: НВ 302 - 352
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 Ст.40ХН: хромонікелева конструкційна легована сталь містить 0,39 - 0,41% вуглецю, 1% хрому і нікелю.
У хромонікелеві стали вводять хром і нікель. Нікель є дорогою домішкою. Хромонікелеві сталі є найкращими конструкційними сталями; вони володіють високою міцністю і в'язкістю, що особливо важливо для деталей, що працюють у важких умовах. Хромонікелеві сталі мають високу прокаливаемость. До недоліків хромонікелевих сталей відносяться погана оброблюваність їх різанням, обумовлена ​​присадкою нікелю, і більша схильність до відпускної крихкості другого роду. Хромонікелеві стали піддають як цементації з наступною термічною обробкою, так і поліпшення. Хромонікелеві стали широко застосовують в авіа-і автотракторобудування.
Хром є легирующим елементом, він широко застосовується для легування. Зміст його в конструкційних сталях становить 0,7 - 1,1%. Присадка хрому, утворить карбіди, забезпечує високу твердість і міцність сталі. Після цементації і загартування виходить тверда і зносостійка поверхня і підвищена в порівнянні з вуглецевою сталлю міцністю серцевини. Ці сталі застосовуються для виготовлення деталей, працюючих на великих швидкостях ковзання і середніх тисках (для зубчастих коліс, кулачкових муфт, поршневих пальців і т.п.). Хромисті сталі з низьким вмістом вуглецю піддають цементації з наступною термічною обробкою, а із середнім і високим вмістом вуглецю - поліпшення (загартуванню та високому відпуску). Хромисті сталі мають хорошу прокаливаемость. Недоліком хромистих сталей є їх схильність до відпускної крихкості другого роду.
Основною вимогою, що пред'являються до легованим конструкційних сталей, є поєднання високої міцності, твердості і в'язкості. Поряд з цим вони повинні мати добрі технологічні та експлуатаційні властивості і бути дешевими. Введення в сталь легуючих елементів саме по собі вже покращує її механічні властивості.
Таблиця 1. Масова частка елементів,% за ГОСТ 4543-71
C
Si
S
Mn
P
Ni
Cr
Cu
0,39 - 0,41
0,17 -
0,37
≤ 0,035
0,50 -
0,80
≤ 0,035
1,00 - 1,40
0,45 - 0,75
≤ 0,30
Таблиця 2. Температура критичних точок, 0 С.
Ас 1
Ас 3
А r 1
Ar 3
750
790
-
-
Призначення:
Шатуни, шпинделі, колінчаті вали, шестерні, муфти, болти та інші відповідальні деталі.
Таблиця 3. Механічні властивості при кімнатній температурі.
Режим термообробки
Перетин,
мм
σ 0,2, Н / мм 2
σ в, Н / мм 2
δ,
%
Ψ,
%
KCU,
Дж / см 2
HRC
HB
Загартування
+830 - 850
Масло
до100
590
735
14
45
59
590
235 - 277
Відпустка
550
-
600
Вода або масло
375
785
13
42
59
640
246 - 293
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.
2. Аналіз впливу вуглецю і легуючих елементів стали на технологію її термообробки і отримані результати.
Хром підвищує точку А 3 і знижують точку А 4 (замикає область γ-заліза). Температура евтектоїдних перетворення стали (точку А 1) у присутності хрому підвищується, а вміст вуглецю в евтектоіде (перліті) знижується. При вмісті хрому 3 - 5% в сталі одночасно присутні легований цементит і карбід хрому Cr 7 C 3, а якщо більше 5% хрому, то в сталі знаходиться тільки карбід хрому. З вуглецем хром утворює карбіди (Cr 7 C 3, Cr 4 C) більш міцні і стійкі, ніж цементит. Розчиняючись в фериті, хром підвищує його твердість і міцність і міцність, незначно знижуючи в'язкість. Хром значно збільшує стійкість переохолодженого аустеніту.
У зв'язку з великою стійкістю переохолодженого аустеніту і тривалістю його розпаду, ізотермічний відпал і ізотермічну загартування хромової сталі проводити недоцільно. Хром значно зменшує критичну швидкість загартування, тому хромова сталь має глибокої прокаливаемостью. Температура мартенситного перетворення при наявності хрому знижується.
Хром перешкоджає зростанню зерна і підвищує стійкість проти відпустки. Тому відпустку хромистих сталей проводиться при більш високих температурах у порівнянні з відпусткою вуглецевих сталей. Хромисті стали схильні відпускної крихкості і тому після відпустки деталі слід охолоджувати швидко (в олії). Карбидообразующие елементами є хром і марганець. При розчиненні карбидообразующие елементів у цементиті утворюються карбіди називаються легованим цементитом. При підвищенні вмісту карбидообразующие елемента утворюються самостійні карбіди даного елемента з вуглецем, так звані прості карбіди, наприклад, Cr 7 C 3, Cr 4 C, Mo 2 C. Всі карбіди дуже тверді (HRC 70 - 75) і плавляться при високій температурі.
Розчинність нікелю в α-залозі збільшується зі зниженням температури; при 700 °. . . 5% нікелю, при 400 °. . . 10% нікелю. Обмежена α область твердого розчину. Нікель підвищує твердість і міцність фериту. Відкрита область γ твердого розчину; безперервна розчинність. Висока в'язкість, мала міцність і твердість нікелевого аустеніту. Підвищує критичну точку А 4, знижує А 1 і А 3.

Мікроструктура фериту
Необхідно мати на увазі, що карбидообразующие елементи тільки в тому разі підвищують стійкість аустеніту, якщо вони розчинені в аустеніт. Якщо ж карбіди знаходяться поза розчину у вигляді відокремлених карбідів, то аустеніт, навпаки, стає менш стійким. Це пояснюється тим, що карбіди є центрами кристалізації, а також тим, що наявність нерозчинених карбідів призводить до збіднення аустеніту легирующим елементом і вуглецем.

3. Послідовність операції попередньої і остаточної термообробки деталей.
Межа витривалості, Н / мм 2
Термообробка
σ -1
τ -1
594
892
Загартування 845 ° С, вода, Відпустка 480 ° С, вода, σ 0,2 = 900 Н / мм 2, σ в = 1150 Н / мм 2
506
773
Загартування 845 ° С, вода, Відпустка 590 ° С, вода, σ 0,2 = 810 Н / мм 2, σ в = 1010 Н / мм 2
Хромонікелеві сталі із середнім і високим вмістом вуглецю - поліпшення (загартуванню та високому відпуску).
Доевтектоїдних стали при гарті нагрівають до температури на 30 -50 ° С вище верхньої критичної точки Ас 3. При такому нагріванні вихідна феррито-перлитная структура перетворюється на аустеніт, а після охолодження зі швидкістю більше критичної утворюється структура мартенситу. Швидкість охолодження робить вирішальний вплив на результат гарту. Перевагою масла є те, що гартує здатність не змінюється з підвищенням температури масла.
4. Режим операцій попередньої і остаточної термообробки деталі
Послідовність операцій обробки поршневого пальця, виготовленого зі сталі 45ХН:
Механічна обробка - загартування - високий відпустку - механічна обробка;
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 850 - 870 0 С). Масло недостатньо швидко охолоджує при 550 - 650 ° С, що обмежує його застосування тільки тих сталей, які мають невелику критичною швидкістю гарту.
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
Механічні властивості сталі після термічної обробки:
- Твердість підвищилася до НВ 302 - 352;
- Межа плинності умовний з допуском на величину пластичної деформації при навантаженні 0,2%, σ 0,2 = 640 Н / мм 2
- Тимчасовий опір (гранична міцність при розриві),
σ в = 785 Н / мм 2
- Ударна в'язкість після розриву, KCU = 59 Дж / ​​см 2
- Відносне звуження після розриву, Ψ = 42%


Мікроструктура загартованої вуглецевої сталі після
відпустку

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) Самохоцкій А. І. Технологія термічної обробки металів, М., Машгиз, 1962.
3) 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.
Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Виробництво і технології | Контрольна робота
44кб. | скачати


Схожі роботи:
Розробка технологічного процесу термічної обробки сталевої деталі Вал коробки передач
Розробка технологічного процесу термічної обробки деталі
Розробка технологічного процесу термічної обробки деталі зі сталі марки 20ХНР
Розробка технологічного процесу термічної обробки деталі зі сталі марки 18ХГТ
Розробка технологічного процесу обробки деталі Кришка
Розробка технологічного процесу механічної обробки деталі
Розробка технологічного процесу механічної обробки деталі 3
Розробка технологічного процесу обробки деталі Корпус
Розробка технологічного процесу механічної обробки деталі 4
© Усі права захищені
написати до нас