Реферат: Термическая обработка металлов

Задание:

Конические зубчатые колёса диаметром 50 мм в электротележке работают в условиях динамических нагрузок и повышенного износа. По требованию конструктора сталь должна обладать высоким сопротивлением хрупкому разрушению изделия в сердцевине. Выбрать углеродистую цементуемую сталь, разработать и обосновать режимы всех видов термической обработки изделия, для всех стадий выбрать оборудование, схематично его изобразить и описать принцип работы. Описать превращения, происходящие в сплаве на всех стадиях обработки, указать, какой будет структура на каждой стадии. Схематично изобразить структуру стали после окончательной обработки изделия, дать характеристику её механических свойств.

Выбор стали

Для изготовления конических зубчатых колёс выберем углеродистую цементуемую сталь 20Х. Так как она является наиболее оптимальной.

Характеристика материала

Заменитель: 15Х, 20ХН, 12ХН2, 18ХГТ.

Классификация: Сталь конструкционная углеродистая цементуемая.

Применение: Пальцы поршневые, валы распределительные, толкатели, крестовины карданов, зубчатые колёса, клапаны, мелкие детали, работающие в условиях износа при трении.

Химический состав в %

С = 0,17-0,23%

S = 0,035%

P = 0,035%

Cu = 0,30%

Ni = 0,30%

Cr = 0,30%

Температура критических точек

Ac1=750, Ac3(Acm)=825, Ar3(Arcm)=755, Ar1=665, Mn=390

Механические свойства

σ_0,2 = 390 Мпа, σв=640 МПа, δ₅ =13% KCU=49 Дж/см2

Технологический процесс изготовления зубчатого колеса

Наилучшая макроструктура зубчатых колес получается при штамповке, когда расположение волокон соответствует конфигурации колеса, так как в этом случае
прочность на изгиб повышается.

I . Для подготовки структуры к обработке колес на металлорежущих станках и для улучшения механических свойств готовых зубчатых колес штампованные заготовки перед обработкой на металлорежущих станках подвергают термической обработке — отжигу (полному, изотермическому) или нормализации, или нормализации с высоким отпуском.

Наилучшей для резания (получение наименее шероховатой поверхности металла) является структура после изотермического отжига по режиму: нагрев до температуры выше Ас₃ на30-50° С, выдержка, кратковременное переохлаждение до 480—500° С, выдержка при 580—600° С с дальнейшим охлаждением на воздухе.

Отличительной особенностью изотермического отжига является то, что при его проведении распад аустенита на ферритно-цементитную смесь происходит при постоянной температуре. При других видах отжига такой распад происходит в период охлаждения в условиях непрерывного снижения температуры. После того как уже произошел распад аустенита, скорость охлаждения не имеет существенного значения, и поэтому охлаждение после изотермической выдержки можно проводить на воздухе. Это дает определенные преимущества. Во-первых, сокращается длительность процесса. Во-вторых, структура получается более однородной, поскольку превращение аустенита в перлит происходит при одной и той же температуре, а не в интервале температур, как при обычном отжиге.

Рис. 1. Изотермический отжиг

Результат отжига: устранения внутренних напряжений, снижения твердости, повышения пластичности и вязкости, что позволяет нам провести механическую обработку материала. Микроструктура – перлит + феррит.

II . После механической обработки зубчатые колёса подвергают цементации с закалкой.

Цементация – это насыщение поверхностного слоя Ме углеродом при нагреве в соответствующей среде – карбюризаторе.

Закалка – это вид термической обработки, приводящий к неравновесной структуре – мартенсит. Результат: повышение твердости, высокая хрупкость, низкая пластичность. Закалка заключается в нагреве стали выше критических точек превращения, выдержке их при этой температуре и быстрому охлаждению.

Цементации подвергают детали, изготовленные из стали с низким содержанием углерода (<0,1—0,3% С). После цементации содержание углерода в поверхностном слое повышается до 0,8—1,2%. Если теперь такую деталь закалить, то в поверхностном слое получится мартенситная структура с высокой твердостью и износостойкостью, а сердцевина, хотя и не закалится вследствие низкого содержания углерода, однако приобретет более однородную мелкозернистую структуру. Благодаря этому механические свойства сердцевины улучшаются, а главное, она сохраняет высокую вязкость и способность воспринимать ударные нагрузки.

Карбюризатором при газовой цементации служит газ, содержащий углеводороды, т. е. соединения углерода и водорода, например метан — СН₄ . При высокой температуре такой газ разлагается (диссоциирует) и дает необходимый для цементации атомарный углерод.

--> ЧИТАТЬ ПОЛНОСТЬЮ <--