Курсовая работа: Выбор материала и разработка технологического процесса термической обработки плашки
Рисунок 2. Схема изотермического отжига стали 9ХС
Процесс изотермического отжига заключается в следующем: деталь нагревают до температуры выше критической точки Ас3 на 30—50°С, выдерживают при этой температуре, после чего сравнительно быстро охлаждают до температуры 600—650° С. При этой температуре выдерживают, что необходимо для полного распада аустенита, после чего следует сравнительно быстрое охлаждение.
При всех видах отжига не допускается перегрев и пережог стали. Перегрев стали —брак исправимый: образовавшуюся крупнозернистую структуру при перегреве можно исправить повторным отжигом. Пережог стали —брак неисправимый, так как сильно окисленные границы кристаллических зерен теряют связь и деталь разрушается.
Мк стали 9ХС располагается ниже 0° С, мартенситное превращение при закалке протекает не полностью, и в стали остается до 6—8% остаточного аустенита, наличие которого приводит к деформации и снижает стойкость режущего инструмента. Поэтому инструмент несложной формы, у которого внутренние напряжения меньше, можно после закалки подвергать обработке холодом при температуре минус 55° С, учитывая, что сталь 9ХС очень чувствительна к стабилизации аустенита. Отпускают сталь 9ХС при температурах 180—200° С. Структура после термической обработки — мартенсит и карбиды, твердость HRC 61—64.
Таблица. Прокаливаемость стали 9ХС
| Расстояние от торца, мм / HRCэ | ||||||||
| 5 | 10 | 15 | 20 | 25 | 30 | 40 | 50 | 60 |
| 63 | 56 | 36,5 | 32 | 30 | 28 | 26 | 25 | 24 |
| Термообработка | Крит.диам. в масле, мм |
| Закалка | 15-50 |
Теплостойкость, красностойкость стали 9ХС
Таблица. Механические свойства при повышенных температурах
| t испытания,°C | у0,2 , МПа | уB , МПа | д5 , % | ш, % | KCU, Дж/м2 | HB |
| 20 | 445 | 790 | 26 | 54 | 39 | 243 |
| 200 | 320 | 710 | 22 | 48 | 88 | 218 |
| 400 | 330 | 620 | 32 | 63 | 98 | 213 |
| 600 | 170 | 200 | 52 | 77 | 123 | 172 |
| 700 | 83 | 98 | 58 | 77 | 147 | |
| Образец диаметром 10 мм, длиной 50 мм, прокатанный. Скорость деформирования 20 мм/мин. | ||||||
| 800 | 110 | 130 | 26 | |||
| 900 | 65 | 74 | 41 | 95 | ||
| 1000 | 42 | 46 | 52 | |||
| 1100 | 20 | 31 | 54 | |||
| 1200 | 15 | 20 | 83 | 100 | ||
| Температура,°С | Время, ч | Твердость, HRCэ |
| 150-160 | 1 | 63 |
| 240-250 | 1 | 59 |
4. Оборудование для термической обработки
Для термической обработки стали 9ХС используется электрическая печь c контролируемой атмосферой типа СНЗ-2,5.5.1,7/10. Печь имеет размеры рабочего пространства 50О*25О*170 мм. Максимальная температура нагрева 1000°C. Рабочая температура печи регулируется автоматически. Кожух печи герметичен, проволочные нагреватели расположены на полу и боковых стенках рабочей камеры. B других печах СНЗ нагреватели дополнительно уложены на своде и дверце. Расход защитного газа на рабочую камеру составляет 2,5 г/мз и на пламенную завесу 5г/мз . Потребляемая мощность печи при садке 50 кг и нагреве до 850°C составляет 12 кВт. Защитная атмосфера вводится по газопроводу через заднюю торцовую стенку. B нижней части кожуха печи крепится трубопровод из двух линий: по одной подаётся газ, по другой – воздух. Газ и воздух смешиваются в горелке и, сгорая, создают пламенную газовую завесу при открытой дверце. Нагревательные элементы располагаются на полу и стенках рабочей камеры. Электропечи серии СНЗ применяются для отпуска, отжига, нормализации и закалки.
5. Методы контроля режимов термической обработки и качества изделий
Методы контроля режимов термической обработки и качества изделий.
1. Контроль температурного режима u состава среды.
Температурный режим нагрева и охлаждения строго фиксируется в технологических картах и подлежит контролю при помощи приборов. Эти приборы называются гальванометрами.
2. Металлографический контроль структуры металлов. Цель металлографического контроля качества структуры металла заключается в том, чтобы выявить не ТОЛЬКО качественные показатели для приёмки изделии, но в основном охарактеризовать степень точности выполнения заданного технологического процесса, так как определение качества проводится на образце, условно характеризующим партию деталей.
Металлографический контроль определяет и устанавливает степень нагрева деталей (перегрев, недогрев), определяет степень насыщения поверхности углеродом, азотом и другими элементами, устанавливает степень охлаждения, устанавливает полноту выполнения заданных процессов.
3. Контроль твёрдости.
Контроль твёрдости должен проходить на приборах Бринелля, Роквела и реже на приборах Шора. На приборах Бринелля могут контролироваться отожженные, нормализованные и улучшенные детали. На приборах Роквелла должны испытываться цементируемые и закалённые детали, прошедшие низкотемпературный отпуск. На аппаратах Шора должны испытываться только детали окончательно отшлифованные. На аппарате Викерса производят замер твёрдости изделий, подвергнутых цианированию и азотированию.
4. Магнитный метод контроля.
Основан на различной магнитной проницаемости структурных составляющих и фаз стали. Методика испытаний заключается в том, что по эталону определяется магнитная проницаемость металла данной детали из определённой марки.
5. Рентгеноанализ.
При помощи рентгеноанализа имеется возможность выявить внутренние пороки, не выявленные при магнитном методе. K числу таких пороков могут относиться трещины, расположенные в глубоких слоях металла, раковины. Рентгеноанализ применяется для выявления дефектов в металле, он применяется также для структурного анализа металла.
6. Свойства стали 9ХС после термообработки
| Термообработка, состояние поставки | у0,2 , МПа | уB , МПа | ш, % | HRCэ |
| Изотермический отжиг 790-810°С. Температура изотермической выдержки 710°С. | 295-390 | 590-690 | 50-60 | 197-241 |
| Закалка 870°С, масло. Отпуск 180-240°С | ||||
| Закалка 870°С, масло. Отпуск 450-500°С |
| Состояние поставки,режим термообработки | HRCэ поверхности |
| Закалка 840-860 С, вода. Отпуск 170-200 С. | 63-64 |
| Закалка 840-860 С, вода. Отпуск 200-300 С. | 59-63 |
| Закалка 840-860 С, вода. Отпуск 300-400 С. | 53-59 |
| Закалка 840-860 С, вода. Отпуск 400-500 С. | 48-53 |
| Закалка 840-860 С, вода. Отпуск 500-600 С. | 39-48 |
7. Заменители стали 9ХС
Стали: ХВГ, ХВСГ
Сталь ХВГ легирована хромом, вольфрамом и марганцем; имеет большую закаливаемость и прокаливаемость, чем сталь 9ХС. Твердость более НЯС 60 получается по всему сечению цилиндрических образцов диаметром 45—48 мм при закалке с охлаждением в масле (до 35 мм в горячих средах). В стали ХВГ сохраняется после закалки повышенное количество остаточного аустенита (до 15—18%), что уменьшает коробление и делает ее малодефор-мирующейся. Наличие такого количества аустенита понижает сопротивление малой пластической деформации и увеличивает чувствительность к шлифовочным трещинам. Недостатками стали ХВГ являются: повышенная карбидная неоднородность (3—4-го балла в прутках диаметром 50—60 мм; в заготовках более крупных сечений наблюдается карбидная сетка), что ведет к выкрашиванию и снижает стойкость инструмента, в связи с чем сталь ХВГ не рекомендуется применять для резьбонарезного инструмента; нестабильная закаливаемость и прокаливаемость — образцы отдельных плавок прокаливаются при охлаждении в масле только в сечениях до 30—40 мм и имеют пониженную твердость. Температура обработки холодом для стали ХВГ минус 55° С; ее отжигают при 770—790° С и закаливают в масле или горячих средах от 820—850° С; отпуск проводят при 160—190 С. Твердость после термической обработки HRC 61—64 (допускается НЯС 56—64 в связи с нестабильной закаливаемостью).
Вместо сталей 9ХС и ХВГ применяют сложнолегированную сталь ХВСГ. Эта сталь лучше закаливается и прокаливается. Образцы из стали ХВСГ небольших сечений (до 20 мм) закаливают с охлаждением на воздухе (HRC 59—60); при охлаждении в масле образцы прокаливаются насквозь в сечении до 100 мм, в горячих средах — до 75 мм. Прокаливаемость стали ХВСГ более стабильна по сравнению с прокаливаемостью стали ХВГ за счет меньшего содержания вольфрама (до 0,7—1,0%). Сталь ХВСГ чувствительна к перегреву и склонна к обезуглероживанию. Теплостойкость и распределение карбидов такие же, как и у стали 9ХС. Количество остаточного аустенита после закалки до 12—14%. Твердость в отожженном состоянии НВ 196—217 (отжигают при температуре 770—790° С). Закаливают детали из стали ХВСГ от 860—880° С в масле или горячих средах и отпускают при 160—180° С {HRC 62—64). Сталь ХВСГ используют для круглых плашек, разверток, крупных протяжек и другого режущего инструмента.
Литература
1. Сорокин В.Г. «Марочник сталей и сплавов»
2. Журавлёв В.Н. «Машиностроительные стали»