МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Снежинский физико-технический институт - филиал федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ» (СФТИ НИЯУ МИФИ)
				Кафедра технологии машиностроения Орлова Н. Ю. Разработка технологического процесса термической обработки детали МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ ПО ДОМАШНЕМУ ЗАДАНИЮ курс «МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ и ТКМ» для специальностей механико- машиностроительного факультета издание 2-е, исправленное и дополненное
				2013

УДК 620.22

Орлова Н. Ю. Разработка технологического процесса термической обработки детали. Методическое пособие по домашнему заданию курс «Материаловедение и ТКМ» для специальностей машиностроительного направления.Издание 2-е, исправленное и дополненное – Снежинск: СФТИ НИЯУ МИФИ, 2013. – 30 с.

Настоящее пособие содержит задания, исходные данные и рекомендации для выполнения домашнего задания по курсам «Материаловедение» и «Материаловедение и технология конструкционных материалов».

Предназначено для студентов технических вузов приборо- и машиностроительных специальностей изучающих материаловедение. Объём работ можно изменять и корректировать в соответствии с учебной программой для конкретной специальности.

Приведённые в учебном пособии рекомендации и указания могут быть использованы также при дипломном проектировании и в научно-исследовательской работе.

Рецензент – зав. лабораторией Института физики металлов Уральского отделения Российской Академии наук д.ф.-м.н. Архипов В.Е.

Утверждено на заседании кафедры ТМ « 7 » марта 2013 г.

Одобрено методическим советом СГФТА «__12_»__марта___2013 г.

© Снежинский физико-технический институт Национального исследовательского ядерного университета МИФИ, 2013.

Содержание:

Введение…………………………………………………………………………4

1.Методические указания по разработке технологического процесса термической обработки детали…………………………………………………….…….6

2. Пример разработки технологического процесса термической обработки поршневого пальца двигателя…………………………………………………..11

3.Контрольные задания по разработке технологического процесса термической обработки детали…………………………………………………………..17

Литература……………………………………………………………………….28

Введение

В процессе эксплуатации большинство деталей анков, и приборов, машин воспринимают значительные статические и динамические нагрузки. Рабочие поверхности сопряженных деталей подвержены различным видам механического, эрозионного и коррозионного изнашивания, в частности абразивному, усталостному, окислительному и т.д. В связи с этим детали должны обладать определенными свойствами, обеспечивающими надежность, долговечность и стабильность работы в процессе эксплуатации.

Наиболее эффективным методом получения заданных свойств металла: твердости, прочности, ударной вязкости и т.д. являются термическая и химико-термическая обработки.

Данное методическое пособие направлено на получение студентами навыков в использовании различных методов ТО и ХТО для получения деталей с заданными свойствами. Для этого необходимо произвести самостоятельный анализ условий работы, основных воздействующих нагрузок и на основании этого дать рекомендации по оптимальным методам использования ТО и ХТО.

В соответствии с заданием студент должен разработать технологию упрочнения конкретной детали (станка, трактора, автомобиля), либо режущего, измерительного или слесарного инструмента, способами термической и химико-термической обработки. Для этого в задании указывается материал детали (марка стали) и технические требования, предъявляемые к ней в зависимости от условий эксплуатации. Методическое пособие содержит справочные материалы с рекомендациями по типовым методам упрочнения, в зависимости от марки стали и назначения детали.

Вариант задания выбирается из таблицы 3.

Оформленная работа включает:

1. Титульный лист;

2. Содержание.

3. Расчетно-пояснительную записку, отражающую основные этапы разработки технологического процесса:

3.1 технические требования к детали в соответствии с вариантом;

3.2 анализ условий работы, характер воздействующих нагрузок;

3.3 химический состав стали, состояние поставки, свойства при поставке;

3.4 влияние примесей и(или) легирующих элементов на свойства материала и на возможности использования ТО и ХТО.

4. Маршрутный технологический процесс, т.е. по операционную схему механической и термической обработок.

5. Описание операций ТО и ХТО с объяснением происходящих процессов в металле, для чего использовать необходимые диаграммы, схемы превращений, указать структуры, температуры нагрева, время выдержки, насыщающие среды, оборудование( по необходимости).

6. График режимов ТО (ХТО) детали.

7. Технологическую карту процесса термической обработки.

8.Анализ выбранной ТО. Указать возможные сложности. Дать предложение по изготовлению данной детали более совершенными методами или предложить использовать новый материал.

Расчетно-пояснительная записка выполняется на листах писчей бумаги формата А4 ( 210 х 297 мм ), текстовая часть оформляется аккуратно и разборчиво, графическая часть - в соответствии с требованиями ЕСКД. В конце расчетно-пояснительной записки приводится список использованной литературы, ссылки на которую должны быть даны в тексте записки.

1.Методические указания по разработке технологического процесса термической обработки детали

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

1. Порядок выполнения работы:

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.

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

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

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

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

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

7. Построить график режимов термической обработки.

8. Оформить технологическую карту термической обработки детали.

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

10. Сделать предложения по выбору другого более совершенного материала или метода получения детали.

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 Ac₁, Ас₃, Acm, закаливаемость прокаливаемость, получаемые механические свойства (твердость прочность, ударную вязкость).

При отсутствии легирующих элементов оценить влияние постоянных примесей присутствующих 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.

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 и координатах «время  - температура Т», указать операции термообработки, температуры их проведения, охлаждающие среды.

К п.1.1.7. При построении графиков режимов ТО (ХТО) указать температуры, время выдержки, охлаждающую среду, возможные механические операции.

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

К п.1.1.9. Указать возможные дефекты, возникающие в результате термической обработкой детали, причины их возникновения, способы предупреждения и устранения.

В конце выполненной работы необходимо указать список использованной литературы.

Таблица 1.1 Обобщенные параметры типовых методов упрочнения сталей

Метод упрочнения	Рекомендуемые стали	Типовые детали, подвергаемые данному виду упрочнения	Эффективность применения метода упрочнения
1	2	3	4
Закалка объемная, отпуск высокий, твердость по всему сечению HRC 25-40	35, 45, 40Х, 45Х, 40ХН, 40ХФЛ, 40ХН2МЛ, 40ХП1ТР, 50ХН, 34X1 ПМ	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 па 20- 50%, повышение вязкости разрушения
Закалка объемная, отпуск средний, твердость по всему сечению HRC 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
Закалка объемная отпуск низкий, твердость HRC 62-65	У8 (У8А), У9 (У9А), У10 (УЮЛ), У11 (УНА), У12А (У12А), У13(У13А), Х, 9ХС, ХВГ, ХВСГ, 11ХФ, 1ЗХ, В2Ф, 7ХФ, ШХ15	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
		Продолжение Таблицы I.I
1	2	3	4
Поверхностная закалка с нагревом ТВЧ (глубина слоя 2-5 мм), отпуск низкий, твердость поверхностного закаленного слоя HRC 56-62, твердость сердцевины НRC 20-25	45.40Х, 50Г, 50ХФА, 58, 47ГТ	Коленчатые валы, полуоси, распределительные валы, 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 нитроцемента-ция (глубина слоя 0,4-1 мм), закалка, отпуск низкий ,твердость поверхностного слоя HRC 58-62, твердость сердцевины НRC 28-40	10, 15, 20, 15Х, 18ХГТ, 12ХНЗА, 25ХГТ, 25ХГМ, 20ХГНТР, 20X2114 А	Шестерни, вал шестерни, валы, шпиндели, крупные подшипники качения, червяки шаровые кольца и т.д.	Повышение предела выносливости на 50-80%, предела контактной выносливости на 60-100%, износостойкости в 3-10 раз, долговечности в 5-10 раз
Наклеп поверхности (глубина слоя 0,1-0,2 мм), поверхностным пластическим деформированием (ППД) после упрочняющей термической обработки		Пружины, рессоры, полуоси, торсионные валы, коленчатые валы, зубчатые колеса, шатуны и т.д.	Повышение предела выносливости на 30-50%, долговечности в 3-10 раз

Эскиз детали

Технические требования к детали

Твердость

Глубина слоя, мм

Другие Требо- вания

Поверхность

Сердцевина

Механические свойства, не менее

0,2 МПа

В МПа

δ %

ψ %

KCU,МДж/м,при Т,С

20

-40

-60

после

Наименование и содержание операции

Обору- дование

Среда обра-ботки

Режим процесса

Приме-чание

Темпе- ратура,0С

Продолжительность, ч.

нагрева

выдержки

общая

Рисунок 1.1 Карта технологического процесса термической обработки.