Контрольная работа: Разработка технологического процесса термической обработки стальной детали Вал коробки передач
Карбидообразующими элементами являются хром и марганец. При растворении карбидообразующих элементов в цементите образующиеся карбиды называются легированным цементитом. При повышении содержания карбидообразующего элемента образуются самостоятельные карбиды данного элемента с углеродом, так называемые простые карбиды, например, Cr7 C3 , Cr4 C, Mo2 C. Все карбиды очень тверды (HRC 70 - 75) и плавятся при высокой температуре (Cr7 C3 примерно при 1700°С).
Введение легирующих элементов оказывает влияние на перлитное превращение. Температура перлитного превращения под влиянием различных легирующих элементов может понижаться или повышаться, а концентрация углерода в перлите уменьшается-. В связи с этим точка S на диаграмме Fe—Fe3 C понижается или повышается и одновременно сдвигается влево. Следовательно, при введении легирующих элементов происходит смещение равновесных точек на диаграмме Fe—Fe3 C.
При наличии карбидообразующих элементов кривая изотермического распада не сохраняет свой обычный С-образный вид, а становится как бы двойной С-образной кривой. На такой кривой наблюдаются две зоны минимальной устойчивости аустенита и между ними – зона максимальной устойчивости аустенита. Верхняя зона минимальной устойчивости аустенита расположена в интервале температур 600 - 650°С. В этой зоне происходит распад переохлажденного аустенита с образованием феррито-цементитной смеси.
Нижняя зона минимальной устойчивости аустенита расположена в интервале температур 300 - 400°С. В этой зоне происходит распад переохлажденного аустенита с образованием игольчатого троостита.
Микроструктура игольчатого троостита
Необходимо иметь в виду, что карбидообразующие элементы только в том случае повышают устойчивость аустенита, если они растворены в аустените. Если же карбиды находятся вне раствора в виде обособленных карбидов, то аустенит, наоборот, становится менее устойчивым. Это объясняется тем, что карбиды являются центрами кристаллизации, а также тем, что наличии нерастворенных карбидов приводит к обеднению аустенита легирующим элементом и углеродом.
При большом содержании хрома в стали находятся специальные карбиды хрома. Твердость такой стали при нагревании до более высокой температуры 400 - 450°С почти не изменяется. При нагревании до более высокой температуры (450 - 500°С) происходит повышение твердости.
2. Выбор вида термической обработки.
Сталь 25ХГМ поставляется заказчику в горячекатаном состоянии. После прокатки сталь охлаждают на воздухе. Структура – мелкозернистый перлит и феррит. Твёрдость – НВ2050…2150. Механическая обработка резаньем стали такой структуры и твёрдостью очень затруднена. С целью улучшения обрабатываемости и подготовки структуры к окончательной термической обработке сталь подвергают предварительной термической обработке.
4. Режим операций предварительной и окончательной термообработки деталей (температура нагрева и микроструктура в нагретом состоянии, охлаждающая среда).
Последовательность операций обработки червяк руля, изготовленного из стали 25 ХГМ:
Отжиг - цементация - механическая обработка - закалка отпуск - механическая обработка;
Способ предварительной термической обработки выбирается в зависимости от марки стали. Для заготовки из стали 25ХГМ выбираем изотермический отжиг. Отжиг состоит в нагреве до определённой температуры с последующей выдержкой и медленным охлаждением в печи для получения равновесной, менее твёрдой структуры, свободной от остаточных напряжений.
Температура нагрева для отжига рассчитывается по формуле:
tn = АС3+(30…50) °С = 860 + (30…50) °С = 890…910°С
Отжиг производится в следующей последовательности:
1) Нагрев до температуры 890…910`C;
2) Сравнительно быстрое охлаждение до 615…635`C;
3) Выдержка. Время изотермической выдержки определяем по справочнику. Для каждой стали свой график изотермического процесса;
4) Охлаждение на воздухе.
Окончательная термическая обработка:
Операция окончательной термической обработки выбираются в зависимости от технических требований к заданной детали. Так как по техническим требованиям необходима высокая твёрдость и контактная выносливость, выбираем, с учётом марки стали, следующие операции: цементация, закалка в масле и низкий отпуск. Цементацией называется процесс диффузионного насыщения поверхностного слоя стальных деталей углеродом.
Выбор последовательности всех операций термической обработки.
Назначаем последовательности всех операций изготовления вала первичной коробки передач (от проката до готового изделия). Последовательность операций изображается графически с указанием номера операции в общем техническом процессе изготовления детали.
Назначение режимов окончательной термической обработки.
1) Температура нагрева рассчитаем по формуле:
tn = АС3+(30…50) °C = 860 + (30…50) °C = 890…910°C
2) Время выдержки. Учитывая, что при газовой цементации цементированный слой толщиной 1 мм образуется за 6 - 7 часов, примем время выдержки равное 10 – 12 часам.
3) В качестве закаливающей среды выбираем масло трансформаторное, температурой 170°C.