Пример разработки технологического процесса термической обработки поршневого пальца двигателя.

Добавил:

Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Национальный исследовательский ядерный университет (МИФИ)

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Метод.дом.зад.ТО для ПТМ.doc

Скачиваний:

Добавлен:

04.06.2015

Размер:

801.28 Кб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 12 / 32 3 > Следующая >>>

Пример разработки технологического процесса термической обработки поршневого пальца двигателя.

Таблица 2.1 Технические требования к детали

Наименование детали

Марка

стали

Твердость поверхности

Твердость сердцевины

Глубина

упрочненного

слоя, мм

Палец

поршневой двигателя

Сталь 45

HRC 54 - 56

НВ 255-265

1,2- 1,4

Поршневой палец служит для шарнирного соединения поршня с шатуном. При работе поршневой палец подвергается воздействию высоких механических нагрузок, меняющихся по величине и направлению, при передаче давления расширяющихся газов с поршня на шатун и коленчатый вал. Кроме того, поршневой палец может изнашиваться в сопряжениях палец - втулка верхней головки шатуна и палец - бобышка поршня.

Исходя из условий работы, к материалу для изготовления поршневых пальцев предъявляются следующие требования:

высокая жесткость, обеспечивающая минимальную деформацию при работе;

высокая сопротивляемость циклическим ударным нагрузкам;
достаточная механическая прочность,
высокая износостойкость рабочей поверхности.

Выполнение таких требований может быть обеспечено получением твердого износоустойчивого верхнего слоя металла пальца в сочетании с вязкой и достаточно прочной сердцевиной, способной работать в условиях ударных нагрузок.

Сталь 45 поставляется в виде сортового проката, калиброванных прутков, полосы, листов, ленты, поковок и кованых заготовок, труб.

Таблица2.2 Химический состав, % (ГОСТ 1080-88)

С	Si	Mn	Cr	S	P	Cu	Ni	As
С	Si	Mn	не более
0.42-0.50	0.17-0.37	0.50-0.80	0,25	0,04	0,035	0,25	0,25	0,08

Сталь 45, согласно ГОСТ, в горячекатаном состоянии имеет:

твердость не более НВ 229,

предел текучести _0,2=355 - 370 МПа,

предел прочности _в = 600 - 620 МПа,

относительное удлинение δ = 16 %,

относительное сужение ψ = 40%,

ударную вязкость KCU = 0,42 - 0,47 МДж/м².

В случае поставки стали в отожженном или высокоотпущенном состоянии соответственно

твердость НВ 197,

_в = 540 - 580 МПа,

δ =13 %,

ψ= 40%,

KCU=0,47-0,52 МДж/м²

Таблица 2.3 Температура критических точек, °С

Ac₁	Ac₃	Ar₃	Ar₁	Mn
730	755	750	690	350

Сталь 45 –углеродистая, конструкционная, качественная.

По структуре эта сталь – доэвтектойдная, по способу раскисления – спокойная, по качеству – качественная, по назначению – конструкционная,

Содержание углерода и стали оказывает заметное влияние на структуру и свойства стали. Увеличение содержания углерода приводит к повышению прочности и понижению пластичности, повышает порог хладноломкости и уменьшает ударную вязкость.

Углерод также оказывает влияние на технологические свойства, с повышением содержания углерода ухудшаются свариваемость и способность к деформации в горячем и холодном состояниях.

Постоянными примесями в сталях считаются марганец, кремнии, фосфор, сера. Присутствие этих примесей объясняется трудностью удаления некоторых из них при выплавке ( Р, S ), переходом в сталь в процессе раскисления ( Mn, Si).

Марганец и кремний являются полезными примесями. Они вводятся в сталь для раскисления.

Положительное влияние марганца проявляется также в том, что он устраняет вредное влияние серы, резко уменьшая красноломкость, т.е. хрупкость при высоких температурах.

Марганец и кремний растворяются в феррите и повышают его твердость и прочность, однако пластичность при этом снижается.

Сера и фосфор являются вредными примесями.

Сера снижает пластичность и вязкость, а также служит причиной красноломкости при прокатке и ковке.

Фосфор растворяется в феррите, повышает его прочность и твердость, но сильно снижает пластичность, поэтому сталь становится хрупкой при обычных температурах (явление хладноломкости).

Микроструктура стали в исходном состоянии - феррито-перлитная (рисунок 2.1).

Рисунок 2.1 Схема микроструктуры стали в исходном состоянии

Исходя из требований, предъявляемых к детали, считаем, что необходимо выполнить следующие операции термической обработки:

Объемная закалка - для повышения твердости и прочности детали.
Высокий отпуск - для получения достаточной прочности, высоких значений ударной вязкости и предела выносливости поршневого пальца по всему сечению.

Для повышения прочностных и других характеристик детали вместо улучшения (закалки и высокого отпуска) можно было провести более простую операцию нормализации, однако выбираем первый вариант, позволяющий получить более высокие значения временного сопротивления, предела текучести и особенно ударной вязкости.

Например, после нормализации предел прочности _В= 700 - 730 МПа, ударная вязкость KCU=0,76-0,80 МДж/м² , а после улучшения -соответственно _В = 800 - 850 МПа, KCU =1,1-1,3 МДж/м².

Поверхностная закалка - для повышения твердости, износостойкости и предела выносливости поверхностного слоя детали.
Низкий отпуск - снижения закалочных напряжений, некоторого повышения прочности и улучшения вязкости без заметного снижения твердости и износостойкости.

Выбираем следующую последовательность операций обработки поршневого пальца при его изготовлении из прутка (маршрутный технологический процесс):

- механическая обработка,

- улучшение (закалка + высокий отпуск),

- механическая обработка,

- поверхностная закалка с нагревом ТВЧ,

- низкий отпуск,

- окончательная механическая обработка.

Закалка

Температуру нагрева под закалку выбираем на 30-50°С выше критической температуры Асз (рисунок 2.2). По справочнику эта температура составляет 820 - 850 °С.

а)

б)

Рисунок 2.3 Схема закалки стали 45 (доэвтектоидной стали):

а) схема закалки; б) диаграмма изотермического превращения аустенита

После выдержки, обеспечивающей завершение фазовых превращений по сечению, заготовку поршневого пальца необходимо охладить так, чтобы получить структуру мартенсита в пределах заданного сечения детали (иметь определенную прокаливаемость). Для этого выбираем такую охлаждающую среду, которая обеспечивает охлаждение со скоростью выше критической, т.е. Vз > Vкр (рисунок 2.3б). Для стали 45 такой охлаждающей средой является вода. В результате закалки сталь будет иметь мартенситную структуру, характеризующуюся высокой твердостью, прочностью, но низкой пластичностью (рисунок 2.4): А  М.

Рисунок 2.4 Схема микроструктуры стали после закалки

Высокий отпуск.

Отпуск проводим при температуре 55О-65О°С с последующим охлаждением на воздухе. При отпуске снижается твердость, снимаются внутренние напряжения, возникающие при закалке, а пластичность и ударная вязкость значительно возрастают.

Так, _в = 800 - 850 МПа,

_0,2 = 450 - 550 МПа,

δ =13-15%,

ψ = 35 -40%,

KCU -1,1-1,3 МДж/м²,

НВ 250 - 265.

Таким образом, достигается оптимальное сочетание прочности, пластичности, вязкости. Структура стали представляет собой сорбит отпуска (рисунок 2.5).

Рисунок 2.5 Схема микроструктуры после улучшения

В результате улучшения получили определенный комплекс механических свойств по всему сечению пальца: высокую прочность, пластичность, ударную вязкость. С целью получения высокой твердости поверхностного слоя пальца в сочетании с вязкой сердцевиной проводим поверхностную закалку.

Поверхностная закалка.

При поверхностной закалке проводим нагрев поверхностного слоя пальца с помощью ТВЧ выше критической температуры Асз (по справочнику 830 - 850 ⁰С) с последующим быстрым охлаждением водой.

Микроструктура поверхностного слоя, нагретого выше Асз , состоит из мартенсита. Микроструктура слоя, нагретого выше Ас1, но ниже Асз. -состоит из мартенсита и феррита. Глубинные же слои, нагретые ниже Ac1, не закалятся, поэтому будет иметь исходную микроструктуру, т.e. сорбит отпуска (рисунок 2.6).

Рис.2.6 Схема микроструктуры после поверхностной закалки

Таким образом, поверхностный слой поршневого пальца закаливается на заданную глубину 1,2 - 1,4 мм, обеспечивая повышение твердости, износостойкости и предела выносливости. Сердцевина остается вязкой и воспринимает ударные нагрузки.

Низкий отпуск.

Низкий отпуск проводим при температуре 140 - 160 °С с последующим охлаждением на воздухе. В результате отпуска внутренние напряжения снижаются, и несколько уменьшается хрупкость мартенсита при сохранении высокой твердости и износостойкости поверхностного слоя пальца. В закаленном слое мартенсит закалки переходит в мартенсит отпуска: ММотп.

Твердость поверхностного слоя пальца - HRC 54 - 56. В сердцевине же поршневого пальца микроструктура не меняется и остается прежней -сорбит отпуска (С), поэтому ее твердость НВ 250 - 265. Возможно появление также переходной зоны, состоящей из мартенсита отпуска и феррита (М_Отп + Ф) (рис.2.7).

Рис.2.7 Схема микроструктуры после окончательной термообработки

Рис.2.8 График режимов термической обработки поршневого пальца из стали 45

Контрольные задания по разработке технологического процесса термической обработки детали

Таблица 3

№ п/п	Наименование детали	Марка стали	Технические требования к детали
			Твердость		Глубина упрочненного слоя, мм
			поверхность	сердцевина	Глубина упрочненного слоя, мм
1	2	3	4	5	6
1	Шатун двигателя автомобиля КамАз	40ХН2МА		НВ241-286
2	Палец поршневой двигателя	12Х3А	HRC 56-63	НВ280-300	1,0-1,5
3	Крестовина карданного вала	58	HRC 60-65	HRC30-35	1.5-2.5
4	Клапан выпускной двигателя	45Х14Р14 В2М	HRC 45-50	HB230-240	торец
5	Вал распределительный кулачковый	20Х45	HRC 55-63	HB217-235	1.6-2.0
6	Штанга толкателя клапана двигателя	45	HRC 50-55	HRC28-33	2.0-2.5
7	Зубило слесарное	У7А	HRC 60-62		раб. часть
8	Кольцо карданного подшипника	15Г	HRC 61-65	HRC30-32	1,0-1,4
9	Венец зубчатый маховика	45	HRC 46-54	HB250-270	2.0-2.5
10	Полуось заднего моста автомобиля	35ХГСА		HRC35-40
11	Сверло	Р6М5		HRC63-65
12	Шестерня ведомая	58	HRC 58-63	HRC30-33	1.0-2.5
13	Долото (по дереву)	7ХФ		HRC58-60
14	Клапан нагревательный двигателя	ШХ15		HRC60-64
15	Вал распределительный	18ХГТ	HRC57-63	HB240-300	1.6-2.0
16	Палец крепления амортизатора	35		НВ165-175
17	Коромысло клапана двигателя	45	HRC 50-55	HB280-330	2.0-3.0
18	Звено гусеницы трактора	110Г13Л		НВ190-217
19	Штанга привода топливного насоса	40Х	HRC 53-55	HRC30-35	2.0-2.5
20	Гайка шатуна	40Х		HRC26-30
21	Крестовина кардана автомобиля ЗИЛ-130	18ХГТ	HRC 56-62	HB240-300	1.2-1.6
22	Рессора передняя автомобиля	55С2		НВ363-410
23	Шестерня сменная токарного станка	45		HRC40-45
24	Фреза цилиндрическая	Р18		HRC62-65
25	Ролик роликовой цепи	15Х	HRC 47-55	не реглам.	0,2-0,5
26	Нож для горячей резки металла	5ХНМ		HRC45-50
27	Вал блока шестерен автомобиля	25ХГМ	HRC 57-60	HRC30-40	0.8-1.2
28	Винт самонарезающий	10	HRC 56-58		0.08-0.25
29	Диск ведущий муфты сцепления	65Г		HRC40-47
30	Пружина сцепления	65С2ВА		HRC42-48
31	Метчик	У10А		HRC62-63
32	Палец поршневой двигателя	20Г	HRC 58-62	HB180-200	1.1-1.7
33	Напильник	У12А		HRC60-64
34	Коленчатый вал двигателя	45	HRC 54-56	HB229-275	3.0-5.0
35	Толкатель клапана двигателя	20Х		НВ220-230	1,0-1,5
36	Вал блока шестерен автомобиля	25ХГМ	HRC 57-60	HRC30-40	0.8-1.2
37	Полуось трактора	35ХГСА		HRC35-40
38	Ролик подшипника	ШХ4		HRC60-62
39	Серьга пружинная трактора	65Г		HRC40-44
40	Шестерня раздаточной коробки	12Х2Н4А	HRC 58-65	HRC30-45	1.2-1.6
41	Цапфа картера ведущего моста	40	HRC 48-58		1.5-6.0
42	Шток гидроцилиндра	40ХФА	HRC 54-58		0.1-0.2
43	Отвертка	У7А	HRC 56-58		раб. часть
44	Шайба пружинная	65Г		HRC44-46
45	Пластина роликовой цепи	45		HRC32-40
46	Втулка рычага тормозов	А12	HRC 56-62		0.2-0.3
47	Бампер	60С2		HRC43-48
48	Фреза червячная	Р9М4К8		HRC65-67
49	Пила по дереву	9ХФ		HRC58-60
50	Клапан выпускной двигателя	40Х9С2	HRC 45-50	HB300	торец
51	Вал распределительный	45	HRC 56-62	HB250-260	2.0-5.0
52	Пружина клапана	50ХФА		HRC44-49
53	Болт шатунный двигателя ЯМЗ	40ХН		HRC24-34
54	Втулка шестерни коробки передач	15ХФ	HRC 56-62		0.5-1.0
55	Метчик	ХВГ		НВ60-62
56	Лапа культиватора стрельчатая	60	HRC 42-49	HB340-352	лезвие
57	Калибр гладкий	У10		HRC60-62
58	Фреза концевая	Р9М4К5		HRC60-62
59	Кольцо пружинное амортизатора	60		HRC42-48
60	Ключ гаечный	20Г	HRC 56-60		1.2-1.7
61	Распылитель форсунки двигателя	18НХ4ВА	HRC 58-60	HB321-400	1.2-1.5
62	Резец токарный	Р18		HRC52-65
63	Валик роликовой цепи	18ХГТ	HRC 54-62		0.3-0.7
64	Диск бортового фрикциона трактора	65Г		HRC32-40
65	Вал сошки руля	20Х2Н4А	HRC56-59		0.6-1.0
66	Плашка	9ХС		HRC59-63
67	Палец шаровой	20	HRC56-60		0.5-0.7
68	Крюк буксирный	35		НВ217-255
69	Шестерня коробки передач	25ХГТ	HRC 58-61	HRC35-45	0.9-1.1
70	Защелка замка	50С2		HRC50-52
71	Игла топливной системы	У8		HRC60-62
72	Шайба пружинная	50		HRC44-46
73	Коническая шестерня главной передачи	20ХН2М	HRC 57-63	HB250-320	1.2-1.4
74	Полуось заднего моста автомобиля	40Г	HRC 45-53	HB174-207	3.0-5.0
75	Крестовина кардана	20ХН3А	HRC 59-63	HB240	1.0-1.3
76	Вал коленчатый двигателя	45Х	HRC>52	HB217-262	3.0
77	Шарик подшипника	ШХ15		HRC62-66
78	Палец рессоры автомобиля	45	HRC 52-60	HB210-270	2.0-3.0
79	Калибр	ХВГ		HRC55-60
80	Втулка шлицевая карданного вала	40Х		НВ255-302
81	Пружина буксирного устройства	70Г		HRC38-45
82	Шестерня полуоси автомобиля	18ХГТ	HRC 48-58	HRC30-40	1.2-1.5
83	Полуось	40	HRC 48-58	HB241-285	не < 4.0
84	Кольцо пружинное стопорное	70		НВ270-290
85	Опорный каток трактора	45Л	HRC 50-62	HRC20-22	до 8
86	Палец звена гусеницы	50Г	HRC 54-56	HB235-311	3.0-3.5
87	Надфиль	У12А		HRC60-64
88	Собачка ручного тормоза автомобиля ЗИЛ-130	20	HRC 60-62		0.9-1.2
89	Крестовина карданного вала	20Х	HRC 57-63		1.0-1.2
90	Ведущая шестерня	30ХГТ	HRC 56-62	HRC26-40	0.9-1.4
91	Вал распределительный двигателя	45	HRC 58-62	HB168-190	2.0-5.2
92	Вилки переключения коробки передач	20	HRC 56-62		0.3-0.5
93	Вал коленчатый двигателя	60ХФА	HRC 52-62	HB229-269	3.0-4.0
94	Кольцо подшипника	ШХ15СГ		HRC60-64
95	Стамеска	У8А		HRC60-62
96	Пластина клапанная компрессора	30Х13		HRC39-43
97	Вал карданный	40Х		НВ255-302
98	Вал коробки передач	20ХН3А	HRC 56-62	HB240-260	1.2-1.5
99	Винт рулевого механизма автомобиля	25ХГМ	HRC 55-60	HRC30-35	1.0-1.4
100	Шестерня коническая главной передачи	20ХН3А	HRC 58-62	HB250-265	1.0-1.5
101	Штангенциркуль	ХВГ		HRC58-60
102	Болт коренных подшипников	40Х		НВ241-311
103	Ось сателлита	20ХН	HRC56-62		0.8-1.2
104	Зуб ковша экскаватора	110Г13ХМЛ		НВ200-220
105	Штамп молотовый	5ХГМ		HRC40-45
106	Калибр резьбовой	9ХВГ		HRC61-63
107	Пружина плоская	75		НВ315-350
108	Кольцо крупногабаритного подшипника	20Х2Н4А	HRC 58-62	HRC30-45	5.0-6.0
109	Палец защелки крюка	А12	HRC 56-60	не реглам.	0,2-0,3
110	Пассатижи слесарные	7Х3		HRC40-48
111	Ролик накатной	Х12М		HRC61-63
112	Муфта кулачковая	20ХГНР	HRC 57-63		0.4-0.6
113	Палец шаровой опоры	12ХН3А	HRC 58-62	HB270-310	1.0-1.4
114	Вал блока шестерен	25ХГМ	HRC 57-60	HRC30-40	0.8-1.2
115	Игла распылителя	Р18		HRC60-65
116	Шестерня коробки передач	25ХГТ	HRC 57-60	HRC30-40	0.5-0.7
117	Вал раздаточной коробки	30ХГС		HRC30-35
118	Шестерня солнечная трактора	20ХГНР	HRC 56-62	HB260-280	1.2-1.6
119	Палец скобы прицепа трактора	25	HRC 54-62		0.8-1.2
120	Шестерня бортового редуктора	50	HRC 50-52	HB241-286	2.0-2.5
121	Палец звена гусеницы	50	HRC 54-56	HB240-255	3.0-3.2
122	Вилка переключения передач	40Х	HRC 43-52	HB167-207	2.0-2.5
123	Коленчатый вал двигателя	18Х2Н4МА	HRA>77	HB311-345	>0.5
124	Гильза цилиндра двигателя	38Х2МЮА	HRA>80		0.5-0.8
125	Зенкер	ХВСГ		HRC60-62
126	Шестерня коробки передач	18ХГТ	HRC 56-62	HRC30-45	1.2-1.6
127	Плунжер топливного насоса	ХВГ		HRC60-62
128	Звездочка цепной передачи	20Х	HRC 54-62	HB146-167	1.2-1.5
129	Втулка роликовой цепи	10	HRC 54-62	не реглам.	0,2-0,5
130	Корпус пресс-масленки	08кп	HRC 56-58	не реглам	0.1-0.3
131	Линейка измерительная	ХВГ		HRC60-62
132	Вал рулевой сошки автомобиля	30Х	HRC45	HB269-321	2.0-3.0
133	Шпилька	40Х		НВ298-337
134	Гайка крепления колеса	А12	HRC 56-58		0.3-0.5
135	Рашпиль	У10		HRC61-63
136	Червяк руля автомобиля	12ХН3А	HRC 58-64	HRC30-40	0.9-1.3
137	Цапфа рамы трактора	45	HRC 54-56	HB223-269	3.0-5.0
138	Каток опорный трактора	45ХФЛ	HRC 50-54	HRC20-23	до 8
139	Вилка карданного вала	45Л	HRC 50-64	HB229-269	1.0-3.0
140	Рычаг коробки передач	25ХГТ	HRC56-63		0.7-1.1
141	Вал заднего моста	50Х	HRC 50-54	HRC36-41	1.5-2.0
142	Болт крепления маховика	40Х		HRC26-30
143	Вал распределительный	38Х2МЮА	HRA 80-85	HB212-241	>0.5
144	Вал-шестерня	38ХГН	HRC 50-53	HB212-241	1.0-1.5
145	Кернер	У7А		HRC60-62
146	Шестерня ведомая	25ХГТ	HRC 56-63	HB156-228	0.4-0.6

Литература

Материаловедение и технология металлов: Учеб. для студентов машиностроит. спец. вузов/Г.П. Фетисов, М.Г. Карпан, В.М. Матюнин и др.; Под ред. Г.П.Фетисова.- М.:Всш.шк.,2008.-638с.,ил.
Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедение.- М.: Машиностроение, 1990.- 528 с.
Металловедение и технология металлов / Под ред. Ю.П.Солнцева. -М.: Металлургия, 1988.-512 с.
Практикум по технологии конструкционных материалов и материаловедению/ Под ред.С.С. Некрасова.- М.: Колос, 1991.-286 с.
Термическая обработка в машиностроении: Справочник/Под ред. Ю.М.Лахтина, А.Г. Рахштадта.- М.: Машиностроение, 1980.- 783 с.
Мотовилин Г.В. и др. Автомобильные материалы: Справочник.- М: Транспорт, 1989.-464 с.
Марочник сталей и сплавов / Под ред. В.Г.Сорокина. М.: Машиностроение, 1989,- 640 с.
Марочник сталей и сплавов / Под ред. А С Зубченко. М.: Машиностроение, 2003,- 784 с.
Марочник стали и сплавов.- М: ЦНИИТМАШ, 1971.- 483 с

Подписано в печать … Формат 6084 1\16.

Печ. л. … Тираж … зкз.

Заказ № …

Снежинская государственная физико-техническая академия

Типография СГФТА.

<<< < Предыдущая 12 / 32 3 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

#
20.11.2019178.1 Кб10Мет_ЕПНЕХ_ЛабПракПоПрогр_Часть2_080909.docx
#
05.06.20151.06 Mб120Метод пособ_Методы организ. произв_заоч.pdf
#
05.06.2015848.28 Кб82Метод пособ_Орг. произ. проц. во времени_зо.pdf
#
17.09.2019230.4 Кб3Метод указан к выполнению поясн записки2012(фор...doc
#
28.08.2019464.9 Кб6метод. л.р №2 ТО 45.DOC
#
04.06.2015801.28 Кб94Метод.дом.зад.ТО для ПТМ.doc
#
14.11.2019354.82 Кб35методика проведения КТЭ.doc
#
09.11.201972.19 Кб3методич указ по вып НИРсов.doc
#
04.06.201515.61 Mб101Методические указания НГИГ1.doc
#
11.11.2019250.88 Кб5Методические указания по К_Р(моя).doc
#
04.06.2015166.4 Кб93Методические указания по неорганической химии.doc