Раздел 5. Основы термической обработки

Понятие о термообработке металлов, ее назначение. Основные виды термической обработки, применяемые в автомобилестроении и авторемонтном производстве.

Методические указания.

В тех случаях, когда прочность стали в сыром состоянии недостаточна, на машиностроительных заводах применяют термообработку. Она состоит в изменении структуры металлов и сплавов при нагревании, выдержке и охлаждении с соблюдением установленных режимов. В результате достигается существенное изменение свойств при неизменном химическом составе.

Отжиг и нормализация обычно являются первоначальными операциями, цель которых – либо устранить дефекты предыдущих операций горячей обработки (литья, ковки), либо подготовить структуру к последующим технологическим операциям (резание, закалка). Однако, эти виды термообработки являются окончательными, когда после них деталь имеет удовлетворительные свойства и их дальнейшее улучшение не требуется.

Нормализация является более дешевой термообработкой, чем отжиг, поскольку охлаждение осуществляется на воздухе, вне печи.

Закалка – один из наиболее важных видов термообработки. Надо обратить внимание на выбор температуры нагрева в зависимости от содержания углерода в стали и различные виды закалки, в частности током высокой частоты.

В результате закалки повышается твердость и износостойкость детали, но при этом всегда возникают внутренние напряжения из-за быстрого охлаждения.

Для уменьшения напряжений и повышения вязкости после закалки всегда осуществляют отпуск. Обратите внимание на температуры при различных видах отпуска (низкий, средний, высокий); улучшение стали.

Химико-термическая обработка заключается в нагреве сплава в присутствии химических реагентов, что позволяет изменять и состав, и структуру поверхностных слоев детали. В результате поверхностный слой приобретает повышенную твердость, износоустойчивость, жаропрочность или коррозионную стойкость.

При изучении процессов химико-термической обработки нужно обращать внимание на температуру процесса, химический состав стали, на необходимость термобработки до и после того или иного вида химико-термической обработки. Области применения каждого ее вида, их достоинства и недостатки (цементация, азотирование, нитроцементация, цианирование, металлизация).

Обычно закалке подвергают углеродистые стали с содер­жанием углерода от 0,4 % и выше. Мало­углеродистые стали (углеродистые и легированные) с содержанием угле­рода до 0,3 % и ниже с целью придания им высокой поверхностной твердости при сохранении вязкой и прочной сердцевины часто подвер­гают химико-термической обработке с последующей закалкой и низко­температурным отпуском.

Термомеханическая (термопластическая) обработка – деформация и последующая термообработка, сохраняющая в той или иной форме результаты наклепа.

Раздел 6. Инструментальные стали и сплавы.

Методические указания.

При изучении данной темы необходимо обратить внимание на следующее:

- вид и область применения инструментов в зависимости от марки применяемого инструментального материала;

- условия обработки в зависимости от теплостойкости материала.

Инструментальные углеродистые стали обладают малой теплостойкостью, поэтому их можно использовать только для обработки конструкционных материалов с низкой твердостью на малых скоростях резания.

Низколегированные инструментальные стали обладают более высокой теплостойкостью по сравнению с углеродистыми. Их применяют при обработке легкообрабатываемых сплавов.

Высоколегированные инструментальные стали имеют высокую теплостойкость. Из них изготавливают высокопроизводительный режущий инструмент для обработки высокопрочных сталей и других труднообрабатываемых материалов.

Твердые сплавы – это материалы на основе высокотвердых и тугоплавких карбидов вольфрама, титана и тантала. Обладают еще более высокой теплостойкостью, чем быстрорежущие стали, но в отличие от высоколегированных работают без охлаждения.

Задания по контрольной работе

При выполнении контрольной работы по индивидуальному заданию студент должен ответить на следующие вопросы.

1. Химический состав материала, его физико-механические и эксплуатационные свойства.

2. Область применения материала в автомобилестроении.

3. Условия работы одной детали, выбранной по усмотрению студента, изменение ее эксплуатационных характеристик под влиянием испытываемых нагрузок и воздействий.

4. Технологические свойства материала детали.

5. Способы изготовления и ремонта детали.

 

Ниже приводится таблица индивидуальных заданий, содержащая 30 вариантов. В связи с ограниченностью доступа к современной нормативной базе маркировка материалов приводится в соответствии с обозначениями в рекомендованной литературе и может отличаться от обозначений, применяемых в настоящее время.

В каждом варианте указаны пять марок конструкционных материалов: сталь, чугун, цветной металл или сплав, пластмасса и резина.

По каждой из марок конструкционных материалов необходимо ответить на указанные выше пять вопросов.

В качестве образца приводится пример выполнения задания по разделу «Стали». Аналогично необходимо выполнить задание по остальным разделам.

 

Таблица индивидуальных заданий

№ вар.	Раздел
I. Сталь	II. Чугун	III. Цветные металлы и сплавы	IV. Пластмасса	V. Резина
1.		СЧ10	АЛЗ	Э2-300-02	ИРП-1401
2.		СЧ25	АЛ4	Э2-330-02	ИРП-1353
3.	20кп	СЧ16	АЛ5	Э8-361-63	ИРП-1348
4.	25ХГНМ	СЧ17	АЛ6	Э9-342-73	ИРП-1338
5.	09Г2С	СЧ18	АЛ8	У1-301-07	ИРП-1352
6.		СЧ20	АЛ9	Сп2-342-02	ИРП-1314-1
7.		СЧ21	АЛ10В	Вх4-080-34	ИРП-1316
8.		СЧЗ0	АЛ13	УПМ-0508	7-ИРП-1068
9.		КЧ35	АЛ22	УПМ-0612Л	ИРП-1401
10.		КЧ36	АЛ23	САН-А	7-1-42
11.	60С2А	КЧ37	АЛ25	АБС-2020	7-3827
12.	38ХА	КЧ50	АЛ2	ПЭНД-КН	7-4908
13.	40Х	ВЧ30	АЛ28	ПЭВД	51-3059
14.	40ХН	ВЧ50	АЛЗ0	СЭВ	7-ИРП-1100
15.	15Х	ЧХ16М2	АЛ32	ПЭНД	51-3045
16.	12ХН	ЧХ28Д2	АК9	ПП	7-ИРП-1402
17.	40Х9С2	ЧХ9Н5	АК10М2Н	Э2-300-02	7-ИРП-1134
18.	40Х10С2М	ЧН4Х2	Л60	Э2-330-02	7-ИРП-1346
19.	19ХГН	ЧХ3Т	ЛМцАЖН	Э8-361-63	7-ИРП-1347
20.	55Х20Г2АН4	ЧЮ22П	Л70	Э9-342-73	7-ИРП-1348
21.		АЧС-1	Л85	У1-301-07	7-ИРП-1315
22.		АЧС-5	Л90	Сп2-342-02	7-ИРП-1357
23.	18ХГТ	СЧЗ0	Л96	Вх4-080-34	ИРП-1401
24.	55ПП	КЧ35	ЛО90-1	УПМ-0508	ИРП-1353
25.	20Х	ВЧ50	Л60-1	УПМ-0612Л	ИРП-1348
26.	15ХГНТА	ЧХ16М2	ЛС59	САН-А	ИРП-1338
27.	З0Х	АЧВ-1	ЛС74	АБС-2020	ИРП-1352
28.	35Х	АЧВ-2	ЛМцСКА	ПЭНД-КН	ИРП-1314-1
29.	50ХГА	АЧК-1	БрОЦС5	ПЭВД	ИРП-1316
30.		АЧК-2	ЛЦ14КЗСЗ	СЭВ	7-ИРП-1068

Пример выполнения задания

Вариант 30. Раздел I. Сталь 08.

1. Химический состав материала, его физико-механические и эксплуатационные свойства.

Сталь 08 – низкоуглеродистая нелегированная качественная конструкционная сталь ГОСТ 1050-81.

Химический состав, %
Углерод	Кремний	Марганец	Хром, не более	Сера, не более	Фосфор, не более
0,05-0,12	0,17-0,37	0,35-0,65	0,10	0,04	0,35

 

Механические свойства
Временное сопротивле­ние σв, МПа	Предел теку­чести σт , МПа	Относи­тельное удлинение δ5,%	Ударная вязкость, а нкДж/м^2	Твер­дость без термиче­ской обработ­ки НВ, не более
			-

 

Физические свойства

Плотность γ, г/см^3	Теплопроводность λ, Вт/(м·ºС)	Коэффициент линейного расширения α·10^6, 1/ºС
7,83		11,6

 

Обычно сталь высокой пластичности применяют для малонагруженных, термически необрабатываемых и нецементуемых деталей, а также для деталей, получаемых методом холодной штамповки.

2. Область применения материала в автомобилестроении.

В автомобилестроении сталь марки 08 обычно применяют для изготовления корпусов стеклоподъемников и дверных замков, кожухов систе­мы охлаждения, брызговиков двигателя, дверок кабин, крыльев, глушителей, щитков радиатора, панелей капота, корпуса воздуш­ного фильтра, деталей кабин и кузовов, кронштейнов, топливных баков, крышек клапанных механизмов, регулировочных прокладок, маслоот­ражателей, гаек, шурупов, деталей приспособлений, нестандарт­ного оборудования и др. Из выше перечисленных деталей для дальнейшего рассмотрения выберем топливный бак.

3. Условия работы выбранной детали, изменение ее эксплуатационных характеристик под влиянием испытываемых нагрузок и воздействий.

Топливный бак испытывает различные динамические нагрузки, в основном под действием сил инерции. Также он подвергается коррозионному, эрозионному и абразивному изнашиванию.

Основными дефек­тами топливных баков являются пробоины или сквозная коррозия стенок, разрушение сварного шва в месте приварки наливной тру­бы, вмятины стенок и наливной трубы, нарушение соединения перегородок со стенкой, нарушение герметичности в местах свар­ки и пайки, повреждение резьбы.

4. Технологические свойства материала детали.

Заготовки и детали, изготовленные из стали 08, обычно не подвергаются термообработке и хорошо свариваются всеми спосо­бами. При необходимости может проводиться их це­ментация (или цианирование) с закалкой и низкотем­пературным отпуском, но после химико-термической обработки ухудшается свариваемость.

Сталь 08 имеет высокий коэффициент механической обрабатываемости: при использовании резцов из стали Р18 он составляет 1,5…1,65, а из сплава Т5К10 – 2,1.

5. Способы ремонта детали.

При общей площади пробоин и сквозных коррозионных разру­шений более 600 см² топливный бак бракуют. При меньшей пло­щади повреждений бак ремонтируют постановкой заплат с после­дующей их приваркой или припайкой высокотемпературным при­поем. Накладки приваривают проволокой Св-08 или Св-08ГС.

Список литературы

1. Конструкционные материалы: Справочник/ Б.Н. Арзамасов, В.А. Брострем и др. – М.: Машиностроение, 1990. – 688 с.

2. Автомобильные материалы: Справочник. – 3 изд./ Г.В. Мотовилин, М.А. Масино, О.М. Суворов. _М.: Транспорт, 1989. – 464 с.

3. Чумаченко Ю.Т., Чумаченко Г.В., Герасименко А.И. Материаловедение для автомехаников.- Ростов н/Д.: Издательство «Феникс», 2002.- 480 с.

4. Автомобильный справочник. Перевод с англ. Первое русское издание.- М.: Издательство «За рулем», 1999.- 896 с.