Розробка технології термічної обробки напівмуфти

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ДОНЕЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Кафедра "Фізичне матеріалознавство"

Індивідуальне домашнє завдання № 1

з дисципліни "Технологія термічної обробки"

на тему:

«Розробка технології термічної обробки напівмуфти»

Виконав:

студент групи МТ-05

Мінін Олександр

Перевірив: зав. каф. ФМ

Єгоров М.Т.

ДОНЕЦЬК 2009

Реферат

Об'єкт дослідження: режим термічної обробки напівмуфти

Мета роботи: здійснити вибір матеріалу для виготовлення напівмуфти виходячи з умов її роботи і механічних властивостей, розробити режим термічної обробки, здатний забезпечити отримання необхідного рівня властивостей.

Метод дослідження: розрахунково-аналітичний.

Проведено аналіз довідкової літератури, досліджено галузі застосування напівмуфт, виявлено основні причини виходу виробів з ладу.

На основі літературної інформації в якості матеріалу для виготовлення напівмуфти обрана сталь марки 40ХН, вибір матеріалу обгрунтований на основі порівняння механічних властивостей і економічних показників.

Розроблено режим термічної обробки напівмуфт, що полягає в гартуванні з подальшим високим відпуском, що дозволяє отримати необхідний комплекс механічних властивостей.

Визначені методи контролю якості готових виробів, кількість зразків для проведення випробувань.

Область застосування: проектні інститути, металургійні та машинобудівні підприємства.

Напівмуфти, ТЕРМІЧНА ОБРОБКА, загартування, відпустка, прокаливаемость, КРИТИЧНЕ ДІАМЕТР

Зміст

Введення

1. Опис умов роботи напівмуфти і вимоги до нього вимоги

2. Вибір та обгрунтування марки стали

2.1 Вибір марки стали

2.2 Характеристика обраної марки сталі

3. Розробка технологи термічної обробки напівмуфти

4. Контроль якості

Висновки

Список використаної літератури

Введення

Напівмуфти є досить поширеними деталями, що застосовуються в різних сферах промисловості. Зважаючи на специфіку пристроїв вживані в них напівмуфти мають свої характерні особливості. Цим обумовлений широкий спектр їх форм, розмірів, пропонованих характеристик і матеріалів для їх виготовлення. У багатьох випадках напівмуфти відіграють визначальну роль у функціонуванні тієї чи іншої машини. Їх застосування: прокатні стани, металообробні верстати, всілякі двигуни, побутові прилади.

Основне призначення напівмуфт - з'єднання обертових або інакше переміщаються деталей, передача крутного моменту від однієї частини машини чи механізму до іншої або безпосередньо до робочого органу - валку, колесу, гвинту, патрону, свердла, фрези.

Напівмуфти в залежності від їх призначення і умов роботи виготовляють з найрізноманітніших матеріалів від найпримітивніших пластмас до дорогих високолегованих сталей і сплавів, основна маса напівмуфт - металеві. Застосування того чи іншого матеріалу залежить від ступеня навантаженості, відповідальності розмірів, умов середовища.

До матеріалу напівмуфт часто пред'являються високі вимоги міцності, твердості, зносостійкості в поєднанні з високою ударною в'язкістю, однорідність властивостей по всьому перерізу. Існують дуже багато методів зміцнення металу: загартування, загартування + відпустку, деформаційне зміцнення (наклеп), загартування ТВЧ, цементація, нітроцементація, термомеханічна обробка. Найбільш часто для зміцнення напівмуфт застосовують поліпшення, тобто об'ємну загартування з наступним відпусткою, яка забезпечує належний рівень необхідних властивостей по всьому перетину в поєднанні з досить відомою і відпрацьованою схемою її реалізації. Інші види зміцнення не можуть дати таких результатів в силу тих чи інших причин. Наприклад, цементація, нітроцементація або гарт ТВЧ (види поверхневої обробки) приведуть лише до зміцнення поверхні, а не всього перерізу вироби, що потрібно в даному випадку. Деформаційне зміцнення завжди призводить до високих внутрішнім напруженням, а, отже, - до окрихчування вироби і поганий його оброблюваності.

Термообробка може бути ефективною тільки при правильному дотриманні технології її проведення. Отже, важливим завданням є розробка необхідного режиму термічної обробки, встановлення точних значень технологічних параметрів, здатних забезпечити комплекс, що вимагаються від даного вироби властивостей. Основними параметрами термообробки є час і швидкість нагріву, температура нагріву, час ізотермічної витримки, швидкість (середа) охолодження.

Метою даної роботи є визначення параметрів термообробки напівмуфти.

1. Опис умов роботи напівмуфти та вимоги до неї вимоги

Дана муфта встановлена ​​на виході валу електродвигуна і служить для з'єднання його з вхідним валом насоса. Ескіз напівмуфти наведено на малюнку 1.1.

Малюнок 1.1 - Ескіз напівмуфти

У процесі експлуатації пристрої полумуфта піддається крутним, а так само ізгібающім і ударних навантажень. Вихід з ладу напівмуфти може бути пов'язаний з її деформацією, зносом або руйнуванням.

Полумуфта працює в досить важко навантажених умовах. Для забезпечення довговічної роботи напівмуфти, так і всього механізму ця деталь повинна володіти комплексом досить високих механічних властивостей.

Товщина максимального робочого перерізу напівмуфти 45мм. Рекомендована марка сталі повинна забезпечувати наскрізну прокаливаемость напівмуфти на 50% мартенситу.

З умов роботи слід, що полумуфта повинна виготовлятися з покращуваною конструкційної сталі, яка в кінцевому стані після термообробки володіла б такими механічними властивостями:

σ _0,2 - не менше 500 Н / мм ^2,

KCU = 50 - 60 Дж / ​​см ^2.

Від напівмуфти потрібно твердість 210 - 230 НВ

2. Вибір та обгрунтування марки стали

2.1 Вибір стали

Виходячи з умов роботи, полумуфта піддається об'ємної загартуванні з відпусткою, вона повинна виготовлятися з конструкційної покращуваною сталі. Це вуглецеві або низьколеговані сталі з вмістом вуглецю ~ 0,35 - 0,55%.

Основною характеристикою при виборі марки сталі є прокаливаемость, вимоги щодо якої залежать в першу чергу від мінімального розміру максимального перерізу розглянутого виробу. Обрана марка стали також крім прокаливаемости повинна забезпечувати необхідний комплекс механічних властивостей.

Орієнтовні значення критичних діаметрів і механічних властивостей після гарту і високого відпустки деяких поліпшуються сталей наведені в таблиці 2.1

Таблиця 2.1 - Механічні властивості і критичні діаметри для деяких поліпшуються сталей [2]

Примітка: властивості наведені після гарту з високим відпусткою.

З таблиці 2.1 видно, що сталь 40ХН має критичний діаметр, здатний при загартуванню забезпечити наскрізну прокаливаемость для цієї напівмуфти в олії. Стали 30ХГСА і 30ХН2МА мають подібні прокаливаемость, міцнісні і пластичні властивості, ударну в'язкість. Матеріалом для виготовлення напівмуфти оберемо сталь 40ХН, яка найбільш часто застосовується для виготовлення подібних виробів.

2.2 Характеристика марки стали

Основне призначення стали 40ХН - колінчаті вали, шестерні, осі, шатуни, зубчасті вінці, зубчасті колеса, шпинделі, болти, важелі, штоки, циліндри та інші деталі машин і механізмів

Хімічний склад сталі 40ХН в наведено в таблиці 2.3. [2]

Таблиця 2.3 - Хімічний склад сталі 40ХН,% мас.

Температура критичних точок сталі 40ХН наступна:

А _з1 = 735 ° С; А _с3 = 768 ° С;

A _r1 = 660 ° C; А _r3 = 700 ° C;

M _н = 305 ° С.

Графіки залежностей необхідних механічних властивості стали 40ХН в залежності від температури відпустки після гарту представлені на малюнках 2.1 - 2.3. [2]

Рисунок 2.1 - Графіки залежності σ _0,2 (- -) і σ _в (-) від температури відпустки

Рисунок 2.2 - Графік залежності KCU від температури відпустки

Малюнок 2.3 - Графік залежності твердості (НВ) від температури відпустки.

Для визначення температури відпустки, що забезпечує комплекс необхідних властивостей, скористаємося графіками на малюнках 2.1 - 2.3. З них видно, що необхідні властивості сталь 40ХН матиме після гарту і високого відпустки (580 ÷ 600 ° С):

σ _0,2 = 520 - 540 Н / мм ^2,

KCU = 50 - 60 Дж / ​​см ²

Сталь 40ХН - флокеночувствітельна і схильна до відпускної крихкості; при цьому потрібно чітке дотримання технологічного процесу і застосування при виплавці якісних шихтових матеріалів щоб уникнути утворення флокенів або проведення наступної антіфлокенной обробки, а для запобігання виникнення відпускної крихкості охолодження після відпустки слід вести у воді, т. к. крихкість виникає при охолодженні з низькими швидкостями. Критичний діаметр для 50% мартенситу при загартуванні в маслі 34 - 76мм [2]

Термокінетіческая діаграма розпаду переохолодженого аустеніту для сталі 35ХМ (найбільш близькою за складом сталі) наведена на малюнку 2.4.

Для отримання структури, що містить після гарту 50% мартенситу, треба забезпечити охолодження зі швидкістю ~ 9 ^о С / с, що видно з діаграми на малюнку 2.4. Таку швидкість охолодження забезпечить масло, отже, даний виріб охолоджуємо в олії.

Малюнок 2.4 - Термокінетіческая діаграма розпаду переохолодженого аустеніту для сталі 35ХМ [1]

3. Розробка технології термічної обробки напівмуфти

Полумуфта зі сталі 40ХН для додання їй необхідних властивостей піддається загартуванню з високим відпусткою. Схематичний графік режиму даної термічної обробки наведено на малюнку 3.1.

Малюнок 3.1 - Графік режиму термічної обробки напівмуфти

У даному розділі розраховуються основні параметри термічної обробки даної напівмуфти. Температура нагріву під загартування обчислюється за формулою:

Т _н = А _с3 + (30 ÷ 50 ° С)

Для даної стали температура нагріву під загартування дорівнює:

Т _н = 768 + (30 ÷ 50 ° С) = 800 ÷ 820 ° С

При такій температурі після охолодження отримаємо повну загартування. Якщо нагріти деталі вище цієї температури, буде відбуватися процес збиральної рекристалізації, що призведе до утворення грубозернистого мартенситу, що буде забезпечувати низькі механічні властивості.

Час нагріву розрахуємо за формулою Е. А. Смольнікова:

τ _н = К * (V / F) [4]

де: V - об'єм тіла, що нагрівається, см ^3;

F - площа поверхні тіла, що нагрівається, см ^2;

K - сумарний фізичний чинник, хв / см;

V / F - геометричний показник тіла, позначається W.

Таким чином можна записати:

τ _н = К * W

Напівмуфту можна вважати порожнистим циліндром, для нього W обчислюється за формулою:

[4]

де: D - зовнішній діаметр, см;

d - внутрішній діаметр, см;

l - довжина, см.

У нашому випадку:

D = 15см;

d = 6см;

l = 15см;

K = 45, оскільки сталь легована і нагрівається в повітряному середовищі.

Розрахуємо геометричний показник тіла W:

см

Розрахуємо тривалість нагрівання під загартування:

τ _н = 45 * 1,73 = 78 хв

Для завантаження в піч напівмуфти розміщуються у спеціальних кошиках. З урахуванням цього кошика розрахований час нагрівання має бути збільшений ще на 20 - 30%:

τ _н = (1,2 ÷ 1,3) * τ _н

τ _н = 1,25 * 78 = 98 хв

Час ізотермічної витримки при нагріванні під загартування дорівнює:

τ _в = (0,2 ÷ 0,3) * τ _н,

τ _в = 0,25 * 98 = 25 хв.

Належну глибину прокаливаемости, тобто охолодження середини вироби зі швидкістю вище критичної, в даному випадку забезпечує масло. Застосування олії забезпечує більш повільне охолодження вироби в мартенситних інтервалі, що зменшує ймовірність утворення гартівних тріщин. В якості конкретного виду масла виберемо МЗМ - 120, при цьому слід враховувати, що температура спалаху масла становить 220 ^о С і використовувати масло як охолоджуючу середовище можна тільки до 190 - 200 ^о С.

Після гарту сталь має значні внутрішні термічні та структурні напруги. Тому загартування не застосовують як остаточну операцію термічної обробки. Для зниження внутрішніх напружень, збільшення в'язкості проводиться відпустку. Тривалість високого відпустки розраховується за формулою:

τ _отп = 10 + d * τ _уд.

де: d - товщина найбільшого робочого розрізу виробу, мм;

τ _уд. - питомий час нагрівання (1,5 хв / мм товщини, оскільки сталь легована).

У даному випадку d = 45 мм, отже:

τ _отп = 10 + 45 * 1,5 = 77 хв.

З урахуванням нагріву кошика розрахований час відпустки має бути збільшено ще на 20 - 30%:

τ _отп = (1,2 ÷ 1,3) * τ _отп

τ _отп = 1,25 * 77 = 96 хв

Врахуємо коефіцієнт легування:

τ _отп = 96 * 1,5 = 144 хв.

Тому що сталь схильна до відпускної крихкості, охолодження після відпустки проводиться у воді.

4. Контроль якості

При контролі якості спочатку проводиться вимірювання геометричних розмірів і візуальний огляд напівмуфт. При цьому основна увага звертається на відповідність розмірів виробів значенням, вказаним на кресленні, відсутність термічних тріщин, помітних повідець і викривлення. Вимірювання геометричних розмірів проводиться за допомогою штангенциркуля ШЦ-25, наявність викривлення перевіряється за допомогою еталонної поверхні, при візуальному огляді необхідно використовувати лупу. Візуальним оглядом та вимірюванню піддаються 5% виробів від партії.

Вироби, які пройшли візуальний огляд, піддаються контролю механічних властивостей. Найважливішою характеристикою при цьому є твердість, значення якої пов'язане з іншими характеристиками. Як спосіб виміру твердості слід застосовувати метод визначення твердості за Бринеллю. Контролю твердості піддаються 5% виробів від партії. На кожному виробі проводиться по 3 вимірювання і визначається середнє значення. Середня твердість повинна складати 220 НВ.

Висновки

Розроблено технологію термічної обробки напівмуфти зі сталі 40ХН, що служить для з'єднання вала електродвигуна з вхідним валом насоса. Вибір марки стали здійснено на підставі прокаливаемости і необхідних механічних властивостей.

У рамках розробки технології розглядалися і були встановлені наступні параметри: температура нагріву під загартування - 800 ÷ 820 ° С; час нагрівання під загартування становить 98 хвилин, час ізотермічної витримки складає 25 хвилин; спосіб нагріву - пічної нагрів в повітряній атмосфері; гартівних середовище - масло МЗМ - 120; температура відпустки - 580 ÷ 600 ° С; час проведення відпустки - 144 хвилини, що охолоджує середовище після відпустки - вода.

Встановлені параметри термообробки є обов'язковими при проведенні термообробки даної напівмуфти. Їх дотримання гарантує отримання необхідного комплексу механічних властивостей матеріалу: σ _0,2 = 520 - 540 Н / мм ^2, KCU = 50 - 60 Дж / ​​см ^2, твердість 210 - 230 НВ. Ці значення відповідають встановленим вимогам. Недотримання вищевказаних параметрів призведе до шлюбу і непридатності вироби до використання відповідно до його призначення.

Готові напівмуфти підлягають візуальному огляду та контролю твердості по Бринеллю.

Список використаної літератури

1. Ізотермічні та термокінетіческіе діаграми розпаду переохолодженого аустеніту. / Попов А.А., Попова Л.Є., М: Металургія, 1965. - 495 с.

2. Сталі й сплави. Марочник. / Сорокін В.Г Гервасієм М.А., Палєєв В.С., Гервасьева І.В., Палеева З Я. М: «ІнтерметІнжінірінг», 2001. - 608 с.

3. Теорія термічної обробки. / Новіков І.І. М: Металургія, 1978. - 288 с.

4. Конспект лекцій з дисципліни: «Технологія термічної обробки».