Реферат: Разработка технологии термической обработки втулки из стали 45

Исходя из условий работы и предъявляемых к изделию требований, мы предположим, что заготовка, из которой в последствии будет выточена втулка, может быть изготовлен из трёх марок стали: Ст 35, Ст 40 и Ст 45.

Так для обеспечения данной втулке требуемых свойств за основной показатель при выборе улучшаемой стали примем прокаливаемость. Так как в зависимости от прокаливаемости стали изменяются глубина закаленного слоя по всему изделию. К тому же данная втулка при эксплуатации испытывает нагрузки на изгиб, кручение смятие, для этого ей необходим закалённый слой со структурой состоящей не менее, чем из 90% мартенсита расположенного на глубине не меньше чем 2-3 мм [3]. Такие свойства можно обеспечить с помощью закалки и высокого отпуска, т.е. улучшения для придания, для придания необходимых свойств втулке.

Сведения о прокаливаемости сталей 35, 40, 45 приведены в таблице 2.1.

Таблица 2.1 – Влияние среды охлаждения на прокаливаемость сталей 35, 40,45 [3]

Сталь	Прокаливаемость на 90% мартенсита, мм
	Охлаждение в масле	Охлаждение в воде
35	8-10	17-20
40	10-15	15-20
45	8-15	15-22

Анализ таблицы 2.1 показывает, что необходимую для данной втулки глубину закалённого слоя равную 10 мм можно получить при закалке в воде на всех сталях данной группы. С экономической точки зрения среди этих сталей наиболее дешёвой является Ст 35. Следовательно, учитывая это и то, что все стали данной группы обеспечивают требуемую глубину закаленного слоя, то выбор материала остановим на Ст 35.

Сведения по химическому составу и критических точек стали 35 приведены в таблице 2.2.

Таблица 2.2 - Химический состав и критические точки качественной углеродистой стали 35 [3]

Основные элементы, %		Критические точки, о С
С	Mn	Ас1	Ас3	Ar1	Ar3
0,32-0,40	0,5-0,8	730	802	691	791

Для подробного определения структур в процессе термической обработки можно воспользоваться изотермической и термокинетической диаграммами для стали 35, которые представлены на рисунке 2.1.

а б

Рисунок 2.1 – Влияние скорости охлаждения на структуру стали35 (0,36% С; 0,27% Si; 0,65% Mn; 0,4 Cr; 0,22% Cu; А₁ =735 ⁰ С; А₃ =810 ⁰ С; t_ауст =850 ⁰ С) [3]

Из рисунка следует, что для получения необходимой структуры (90% мартенсита) на требуемой глубине, необходимо втулку охлаждать со скоростью не менее, чем 120 ^о С/с , так как:

n_охл = (А_с3 – Т_охл )/t, = (800-500)/2,5 = 120 ^о С/с.

Для получения такой скорости охлаждения рациональнее всего использовать воду, так как она обеспечит и достаточную прокаливаемость (5 мм), [3] и является наиболее экономичной средой. При этом согласно рисунку 3.1 средняя скорость охлаждения должна быть n_охл не менее 120 ^о С/с.

Чтобы уменьшить возникшие после закалки напряжения и придать втулке требуемые свойства, её подвергают высокому отпуску. На рисунке 2.2 показано влияние температуры отпуска на свойства изделий из стали 45.

Рисунок 3.2 – Зависимости свойств Ст 35 от температуры отпуска (в интервале 400- 600 ^о С) для сечения ≤ 20 мм [3]

Из представленных рисунков видно, что наиболее приемлемой температурой отпуска придания необходимых свойств стали 35 является 500-510 ^о С.

3 РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ВТУЛКИ

Для обеспечения заданного уровня свойств втулки из стали 45 необходимо разработать термическую обработку. Для придания необходимых свойств и получения необходимой структуры на требуемой глубине она будет подвергаться закалке и высокому отпуску. Предлагаемый режим термической обработки представлен на рисунке 3.1.

Рисунок 3.1 – Режим термической обработки втулки

В начале втулка подвергается закалке в воде при t_зак = 840-870 ^о С при это время выдержки составит 2 мин. Необходимые параметры для термической обработки представлены ниже.

Время нагрева рассчитаем по формуле А. П. Гуляева [2];

τ_н =0,1*К₁ * К₁ * К₂ *К₃ *Д₁ , мин

где К₁ =2 – коэффициент формы изделия, для цилиндрического изделия;

К₂ =2 – коэффициент среды, для нагрева в газовой среде;

К₃ =1,3 – коэффициент равномерности изделия, для нагрева большого количества втулок с помощью приспособления, находящихся на расстоянии примерно 2d (схема укладки печь изображена на рисунке 3.2);

Д₁ =10 мм – минимальный размер максимального сечения изделия.

Таким образом, τ_н =0,1*2*2*1,3*10 = 5,2 мин.

Так как втулка будет нагреваться в печи с приспособлением, то необходимо учесть и время нагрева на приспособление, по формуле:

τ_пр =(0,2÷0,3)*τ_н ,

где τ_пр - время нагрева на приспособление;

τ_н - время нагрева без приспособления [2].

Тогда общее время нагрева будет определяться как: