1 Методические указания по разработке технологического процесса термической обработки деталей

Цель работы: практическое ознакомление с методикой разработки технологических процессов термической обработки деталей, приобретение навыков самостоятельной работы со справочной литературой.

1.1 Порядок выполнения работы

1.1.1 Проанализировать условия работы деталей в процессе эксплуатации, выяснить возможные виды разрушений и другие причины выхода их из строя, дать характеристику необходимых механических свойств стали.

1.1.2 Расшифровать марку заданной стали, описать ее механические свойства в состоянии поставки, определить место стали в классификации по назначению, химическому составу, качеству, структуре.

1.1.3 Описать микроструктуру стали в состоянии поставки, дать ее схему. Оценить характер влияния углерода и легирующих элементов на механические свойства, прокаливаемость, количество остаточного аустенита.

1.1.4 Выбрать и обосновать последовательность операций предварительной и окончательной термической обработки детали.

1.1.5 Назначить и обосновать режимы операций предварительной и окончательной термообработки детали.

1.1.6 Описать микроструктуру и механические свойства материала детали после окончательной термообработки.

1.1.7 Описать дефекты, возникающие при термической обработке, и способы их предупреждения.

1.1.8 Оформить технологическую карту термической обработки детали.

1.2 Методика выполнения работы

К п.1.1.1. Исходя из назначения детали определить условия ее работы (условия нагружения, износ, воздействия среды), после чего дать оценку свойств, которыми должна обладать деталь и ее материал.

К п.1.1.2. При расшифровке марки заданной стали указать ее химический состав, механические свойства (предел прочности при растяжении, ударную вязкость, твердость) в состоянии поставки, оценить особенности свойств стали.

Определить, к какой группе по назначению, химическому составу, качеству, структуре относится сталь.

К п.1.1.3. Назвать и зарисовать микроструктуру стали в исходном состоянии (в состоянии поставки). Микроструктуру следует изобразить схематично, с указанием каждой структурной составляющей. Проанализировать влияние углерода и легирующих элементов на положение критических точек A_С1 , A_С3 , A_cm , закаливаемость, прокаливаемость, получаемые механические свойства (твердость, прочность, ударную вязкость).

При отсутствии легирующих элементов оценить влияние постоянных примесей в стали: марганца, кремния, серы и фосфора.

К п.1.1.4. Дать перечень тех операций термической обработки, которым нужно подвергнуть заготовку и изделие после механической обработки для того, чтобы сталь приобрела свойства, заданные техническими условиями на готовую деталь. Обосновать последовательность их проведения, описать примерный маршрутный технологический процесс изготовления детали (т.е. включая и операции механической обработки). При выполнении этого пункта рекомендуется изучить приведенные в справочниках типовые технологические процессы термообработки (процессы термической обработки для различных групп деталей: коленчатых валов, шестерен, пружин и т.п.), а также воспользоваться данными, приведенными в таблице 1.1.

Таблица 1.1 - Обобщенные параметры типовых методов упрочнения сталей

Метод упрочнения	Рекомендуе-мые стали	Типовые детали, подвергаемые данному виду упрочнения	Эффективность применения метода упрочнения
1	2	3	4
Закалка объемная, отпуск высокий, твердость по всему сечению HRCэ 25-40	35, 45, 40Х, 45Х, 40ХН, 40ХФА, 40ХН2МА, 40ХГНТР, 50ХН, 34ХН3М	Валы, оси, шатуны, карданные валы, ступицы, сошки, тяги, кулаки поворотные, гайки, болты вилки, вилки, крюки, стяжки, штифты, штоки и т.д.	Повышение предела выносливости на 30-40%, долговечности в 2-5 раз, предела контактной выносливости на 20-50%, повышение вязкости разрушения
Закалка объемная, отпуск средний, твердость по всему сечению HRCэ 40-50	50, 55, 65, 65Г, 70Г, 50С2, 55С2, 60С2, 50ГФА, 50ХГА, 50ХГФА, 60С2ВА	Пружины, рессоры, торсионные валы, диски сцепления, реактивные штанги, тарельчатые пружины, стопорные кольца и т.д.	Повышение предела упругости, повышение сопротивления хрупкому разрушению

Продолжение таблицы 1.1

1	2		3	4
Закалка объемная отпуск низкий, твердость HRCэ 62-65		У8 (У8А), У9(У9А), У10(У10А), У11(У11А), У12А(У12А), У13(У13А), Х, 9ХС, ХВГ, ХВСГ, 11ХФ, 13Х, В2Ф, 7ХФ, ШХ15, ШХ15СГ	Режущий инструмент: метчики, плашки, пилы, ножовки, напильники, зубила, развертки, долота, кернеры, шаберы и т.д. Измерительный инструмент: калибры, шаблоны, плитки и т.д. Детали подшипников: кольца, шарики, ролики.	Повышение твердости, износостойкости.
Поверхностная закалка с нагревом ТВЧ (глубина слоя 2-5 мм), отпуск низкий, твердость поверхностного закаленного слоя HRCэ 56-62, твер-дость сердцевины HRCэ 20-25		45, 40Х, 50Г, 50ХФА, 58, 47ГТ	Коленчатые валы, полуоси, распредвалы, зубчатые колеса, крестовины и т.д.	Повышение предела выносливости на 40-60%, долговечности в 2-5 раз, предела контактной выносливости на 50-70%
Цементация (глубина слоя 0,5-2 мм) или нитроце-ментация (глубина слоя 0,4-1 мм), закалка, отпуск низкий, твердость поверхностного слоя HRCэ 58-62, твердость сердце-вины HRCэ 28-40		10, 15, 20, 15Х, 18ХГТ, 12ХН3А, 25ХГТ, 25ХГМ, 20ХГНТР, 20Х2Н4А	Шестерни, вал-шестерни, валы, шпиндели, крупные подшипники качения, червяки, шаровые кольца и т.д.	Повышение предела выно-сливости на 50-80%, предела контактной вы-носливости на 60-100%, износостой-кости в 3-10 раз, долгове-чности в 5-10 раз
Наклеп поверхнос-ти (глубина слоя 0,1-0,2 мм), повер-хностным пласти-ческим деформиро-ванием (ППД) пос-ле упрочняющей термической обра-ботки			Пружины, рессоры, полуоси, торсионные валы, коленчатые валы, зубчатые колеса, шатуны и т.д.	Повышение предела выносливости на 30-50%, долговечности в 3-10 раз

К п.1.1.5. При назначении и обосновании режимов выбранных операций термической обработки необходимо показать, как были выбраны температура нагрева, скорость охлаждения (охлаждающая среда). Температурный интервал нагрева углеродистой стали определить по диаграмме Fe - Fe₃C (привести «стальной» участок диаграммы) и по справочнику, а для легированных сталей - только по справочным данным. При обосновании скорости охлаждения необходимо привести диаграмму изотермического превращения аустенита.

Для химико-термической обработки привести дополнительно состав среды и кратко описать технологию проведения обработки.

По каждой операции описать превращения, происходящие в стали при нагреве и охлаждении, схематично зарисовать получаемые в результате проведения этих операций микроструктуры.

К п.1.1.6. Описать полученную после окончательной термообработки микроструктуру, зарисовать ее с указанием структурных составляющих, привести полученные механические свойства. На графике режимов процесса, построенном в координатах «время τ - температура Т», указать операции термообработки, температуры их проведения, охлаждающие среды.

К п.1.1.7. Описать возможные дефекты при термической и химико-термической обработке детали, причины их возникновения и способы их предупреждения.

К п.1.1.8. Оформить карту технологического процесса термической обработки по приведенной форме с заполнением основных граф (рисунок 1.1) .

Карта технологичес-кого процесса терми-ческой обработки

Наименование детали

Марка стали

ГОСТ

Технические требования к детали

Твердость

Глубина

Другие

Поверхность

Сердцевина

слоя, мм

требования

ЭСКИЗ

ДЕТАЛИ

Механические свойства, не менее:

0,2,

В,

,

,

KCU, МДж/м2, при Т, 0С

МПа

МПа

%

%

20

- 40

- 60

после

Наименование

Обору-

Среда

Режим процесса

Приме-

и

дова-

обра-

Темпе-

Продолжительность, ч

чание

содержание операции

ние

ботки

ратура, 0С

нагре-ва

выдер-жки

общая

Рисунок 1.1- Образец карты технологического процесса термической обработки

В конце выполненной работы необходимо указать список использованной литературы.