Практическая работа №2

Тема: «Выбор режима и вида термической обработки углеродистой стали»

Ц ель работы: приобрести навыки в выборе вида и режима тер­мической и химикотермической обработки ме­таллов в зависимости от назначений изделий.

Актуализация знаний:

1. Каково назначение термической и химико-термической обработки?

2. Какой отжиг называется полным, а какой - неполным?

3. Почему в результате термической обработки могут быть уменьшены размеры и масса деталей машин и механизмов?

4. Какая разница между отжигом 2-го и 1-го рода?

5. Зачем после закалки проводится отпуск стали?

Порядок выполнения работы:

1. Выбрать марку стали для изготовления заданной детали, изучить ее химический состав и механические свойства.

2. По выбранным маркам выбираем режим термической или химико- термической обработки.

3. Дать обоснование выбранного вида и режима обработки детали.

Детали для выбора сплавов и режимов термической обработки

1. Малонагруженный вал диаметром 15 мм.

2. Средненагруженный вал диаметром 90 мм.

3. Коленчатый вал тихоходного судна.

4. Шпиндель для станков нормальной точности .

5. Средненагруженное зубчатое колесо.

6. Крепежные детали, не испытывающие в работе высоких напряжений.

7. Пружина.

8. Топор.

9. Фреза.

10. Измерительный инструментарий плоской формы.

Теоретическая часть

 

Выбор стали для изготовления той или другой детали и метод ее упрочнения в первую очередь определяется условиями работы детали, величиной и характером напряжений, возникающих в ней в процессе эксплуатации, размерами и формой детали и т. д.

При выборе стали исходят из общих требований приведенных ниже.

1. Эксплуатационное требование. Сталь должна удовлетворять условиям рабо­ты в машине, т.е. обеспечивать заданную конструктивную прочность.

2. Технологическое требование. Сталь должна удовлетворять требованиям ми­нимальной трудоемкости изготовления детали. В частности, сталь должна обла­дать хорошей обрабатываемостью резанием и давлением, и поэтому особое зна­чение приобретает выбор правильного режима предварительной термической об­работки заготовок, которые назначается с учетом последующих процессов уп­рочнения.

3. Экономическое требование. Материал должен быть возможно дешевле с учетом всех затрат, включающих не только стоимость стали, но изготовление де­тали и, наконец, их эксплуатационную стойкость в машинах, в которых они должны работать. В первую очередь нужно стремится выбрать менее дорогую сталь.

При решении вопроса о выборе стали для получения требуемых механических свойств и других характеристик также важно установить оптимальный вид уп­рочняющей термической или химико-термической обработки. При выборе уп­рочняющей обработки, особенно в условиях массового производства, предпоч­тение следует отдавать наиболее экономичным и производительным технологи­ческим процессам, например; поверхностной закалке при поверхностном или глубинном индукционном нагреве, газовой цементации, нитроцементации и т. д.

Механические свойства стали в первую очередь определяются содержанием в них углерода, от которого зависит и закаливаемость стали.

Для деталей, работающих на растяжение (шатуны, торсионные валы, ответст­венные болты и др.), а также для рессор и пружин нужно обеспечить полную прокаливаемость по всему сечению (95% мартенсита в центре заготовки).

Для большинства ответственных деталей машин из улучшаемых сталей твер­дость после закалки на расстоянии 1/2 радиуса от поверхности должна быть не менее НКС 45. Для изделий работающих на растяжение оптимальная твердость должна быть в сердцевине.

Детали, подвергаемые цементации и нитроцементации, должны сопротивляться износу при различных удельных давлениях, обладать высокой прочностью при изгибе и кручении, а также высокими значениями усталостной прочности, про­тивостоять высоким контактным напряжениям, сопротивляться схватыванию и задирам в условиях сухого трения и т. д.

Работоспособность цементированных деталей в эксплуатации зависит от свойств поверхности и сердцевины. Поскольку слой обладает меньшей пластич­ностью, чем сердцевина, при больших статических (изгибающих и крутящих) нагрузках пластическая деформация обычно возникает под упрочненным слоем - в сердцевине, что, в свою очередь, приводит к увеличению деформации в слое. При превышении предела текучести сердцевины и ограниченном запасе пластичности слоя в нем образуются трещины.

Следовательно, статистическая прочность при изгибе и кручении, при прочих равных условиях, зависит от предела текучести сердцевины и запаса пластичности в цементированном слое.

Термообработка Отжиг:

При помощи отжига можно достичь:

1. повышение прочности стали путем измельчения зерна;

2. устранение внутренних напряжений и рекристаллизации;

3. устранение метастабильных структур (смягчающий отжиг);

4. увеличение магнитной проницаемости путем укрупнения зерен (трансфор­маторное железо).

Доэвтектоидные стали подвергают полному отжигу, заэвтектоидные - непол­ному.

Закалка:

Целью закалки является придание твердости и крепости обрабатываемому изделию путем закалки на мартенсит.

Отпуск:

Закаленные изделия подвергаются отпуску для смягчения в них внутренних напряжений, а также в целях регулирования механических свойств закаленного

мартенсита

Пример решения задачи

Задача.Выбрать и обосновать выбор марки и режим термической обработки для резца.

Ответ: Стали для резца после термической обработки должны иметь высокую твердость в режущей кромке (НИС 60-65) значительно превышающую твердость обрабатываемого материала, высокую износостойкость необходимую для сохранения размеров и формы режущей кромки при резании; достаточную прочность при некоторой вязкости для предупреждения ломкости резца в процессе работы.

Для резца выбираем заэвтектоидную углеродистую высококачественную сталь У10А, которая содержит 0,96-1,3%) углерода, кремния 0,17-0,33%), марганца 0,17-0,33%, серы < = 0,018, фосфора<= 0,025%

По графику определяем механические свойства стали

 

НВ

Влияние углерода на механические свойства стали

Предел прочности ( σв) =83 кгс/мм2 Предел упругости (σупр) = 45 кгс/мм2 Относительное удлинение (δ) = 2 %  Твердость (НВ) = 200 кгс/ мм2

 

Углерод % Рис.1

 

Поскольку резец проходит механическую обработку, заготовку подвергают предварительной термической обработке - отжигу на зернистый цементит для получения мягкой однородной структуры. Температура отжига 770°-790°,охлаждения в печи.

После окончательной механической обработке кроме шлифования резец подвергается закалке и низкому отпуску.

Поскольку сталь У 10А является заэвтектоидной, закалка производится неполная.

Температуру нагрева определяем по диаграмме в зависимости от содержания углерода. Температура нагрева 770º-780ºС Средой охлаждения является вода, так как углеродистая сталь имеет большую критическую скорость закалки.

 

обработку, заготовку подвергают

Так как резец должен иметь высокую твердость, то он подвергается низкому отпуску при температуре 150°- 200°С. После термической обработки резец дол­жен иметь твердость порядка НКС 60-62

Контрольные вопросы

1. Как влияет углерод на механические свойства стали?

2. Каково назначение термической обработки стали?

3. Почему для заэвтектоидной стали производится неполная закалка?

4. Зачем после закалки производится отпуск стали?

Рекомендуемая литература

Основная

1. Никифоров В.М. Технология металлов и конструкционные материалы. - Машиностроение, 1980

2. Кнорозов Б.В., Усова Л. Ф. и др. Технология металлов и материаловедение. - М.: Металлургия, 1987..

3. Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедение. - Машиностроение, 1980.

 

Министерство образования и науки Донецкой Народной Республики

ГПОУ «Донецкий горный техникум им. Е.Т. Абакумова»