Выбор стали и термической обработки деталей машин.

Задание № 1:

На вал машины диаметром 40 мм действуют напряжения кручения и изгиба. Предел текучести материала в середине детали должен быть s_0,2 ³ 800 МПа.

Требуется:

1. Обосновать выбор упрочняющей термической обработки детали.

2. Обосновать выбор группы и марки стали.

3. Обосновать условия и режим термообработки.

4. Выбрать нагревательное устройство.

5. Составить технологическую маршрутную карту обработки детали.

Решение:

Исходя из условий задачи видно, что на деталь действуют напряжения изгиба и кручения, т.е. деталь находится в сложнонапряженном состоянии. Принимаем объемное упрочнение и назначаем термическую обработку, состоящую из полной закалки и высокого отпуска.

Используем группу улучшаемых конструкционных сталей, у которых прокаливаемость при закалке не менее 40 мм. Исходя из заданных численных значений предела текучести s_0,2 ³ 800 МПа, принимаем группу стали для высоконагруженных деталей машин. Предварительно выбираем хромоникелевую сталь марки 40ХН. Проверка по справочным данным показала, что использование стали 40ХН при d = 40 мм обеспечивает s_0,2 ³ 800 МПа. После проведенного анализа назначаем окончательно марку стали 40ХН и операции упрочняющей термической обработки, включающие полную закалку и высокий отпуск.

Назначаем режимы термической обработки.

Режим закалки:

Температура нагрева:

t_нагр = t_Ас3 +(30…50) = 820 + (30…50) =850…870 ⁰С;

время нагрева и выдержки для размера сечения 40 мм составляет при норме 1 мин./мм:

1 мин./мм ´ 40 мм = 40 мин;

Охлаждающая среда – минеральное масло.

Режим отпуска:

По справочным материалам для стали 40ХН с целью обеспечения s_0,2 ³ 800 МПа назначаем температуру отпуска 550 ⁰С. В качестве нагревательных устройств принимаем:

Закалка: камерная печь серии СНО с электрическим нагревом и воздушной атмосферой типа СНО-4.8.2,5/10, t_max=1000 ⁰С.

Отпуск: шахтная печь серии ПН с электронагревом и воздушной атмосферой типа ПН-32, t_max=650 ⁰С.

Составим технологическую маршрутную карту на операции термообработки.

Таблица 57.

Маршрутная карта термической обработки

Работа № 4

Выбор стали и термической обработки деталей машин.

Задание № 2:

Выбрать марку стали, вид и режим термической обработки для зубчатых колес диаметром 60 мм коробки перемены передач. Твердость поверхности зубьев должна быть не менее HRC 58; толщина поверхностного твердого слоя 0,8…1,0 мм.

Предел текучести в сердцевине должен быть не менее 600 МПа.

Требуется: обосновать выбор марки стали, упрочняющей термической обработки. Назначить режимы проведения обработки, нагревательные устройства. Составить технологическую маршрутную карту термической обработки детали.

Решение: В соответствии с заданием выбираем поверхностное упрочнение: цементация, закалка и низкий отпуск. Типовая глубина упрочняемого слоя в данном случае составит 1,5…1,8 мм, что удовлетворяет заданным условиям. Выбираем сталь марки 20Х.

Упрочнение детали осуществляется проведением цементации, закалки и низкого отпуска. В соответствии со справочными данными это позволяет получить для стали 20Х предел текучести s_0,2 = 700 МПа.

Принимаем на основе анализа цементуемую сталь 20Х.

Назначение режимов термообработки.

Режим цементации:

Температура нагрева – 930 ⁰С; время цементации составит 9 часов; науглероживающая среда – эндогаз.

Режим закалки:

Температура нагрева – 850 ⁰С; среда охлаждения – минеральное масло.

Режим отпуска:

Закаленные детали подвергают отпуску при 160…180 ⁰С в течение 1 часа.

Выбор нагревательных устройств.

1. Цементация.

Шахтная печь Ц-105. Вид нагрева – электрический. Атмосфера – науглероживающая. Максимальная температура 950 ⁰С.

2. Закалка.

Камерная печь СНО-4.8.2,5/10. Вид нагрева – электрический. Атмосфера – воздушная. Максимальная температура 1000 ⁰С.

3. Отпуск.

Шахтная печь ПН-32. Вид нагрева – электрический. Атмосфера – воздушная. Максимальная температура 650 ⁰С.

Составляем технологическую маршрутную карту на операции цементации и термической обработки цементованных деталей.

Таблица 58

Маршрутная карта термической обработки

Справочные материалы

Таблица 47

Нагревательные устройства термических производств

машиностроения (примеры)

Таблица 48

Время нагрева и выдержки в электрических и газовых печах,

соляных ваннах при закалке стали

Таблица 49

Группы улучшаемых конструкционных сталей по степени нагруженности

деталей машин и механическим свойствам после закалки и высокого отпуска

Таблица 50

Механические свойства некоторых типовых конструкционных

среднеуглеродистых сталей после закалки и высокого отпуска

при температуре 540…600 ⁰С

Примечания:

* Относительные единицы: за 1,0 принята оптовая цена углеродистой качественной стали;

** Диаметр образца, закаливающегося насквозь с получением в центре микроструктуры из 90% мартенсита и 10% троостита.

Таблица 51

Основные способы поверхностного упрочнения деталей машин

Таблица 52

Группы цементуемых конструкционных сталей по степени

нагруженности деталей машин и механическим свойствам

сердцевины деталей после цементации, закалки и низкого отпуска

Таблица 53

Характеристики основных видов поверхностного упрочнения

Продолжение таблицы 53

Таблица 54

Механические свойства в сердцевине некоторых типичных цементуемых

сталей после цементации и низкого отпуска при 180…200 ⁰С

(по данным Ю.М. Лахтина)

Таблица 55

Данные по поверхностной индукционной закалке

Генератор тока: ^* ламповый или

машинный; ^** машинный.

Познавательные статьи:



Техника прыжка в длину с разбега

Организация работы процедурного кабинета

Области применения синхронных машин

Оптимизация по Винеру и Калману