Снижение внутреннего напряжения;

1.   Снижение внутреннего напряжения;

2.   Снижение твердости для обдирки слитка.

Закалка с высоким отпуском по сравнению с нормализованным или отожженным состоянием одновременно повышает пределя прочности и текучемти, относительное сужение и особенно ударную вязкость. Термическую обработку, состоящую из закалки и высокого отпуска, называют улучшением. Отпуск при 550-600 С в течение 1-2 часов почти полностью снимает остаточное напряжение, возникшее при закалке. Чаще длительность высокого отпуска составляет 1-6 часов в зависимости от габаритных размеров изделий.

Для конкретной детали (распределительный вал) режимы термической обработки состоят из:

Предварительной термической обработки слитка, которая состоит из высокого отпуска, после чего производится нормализация.

Далее проводится правка детали, которая устраняет различные искажения размеров. Далее проводят цементацию, которая заключается в процессе насыщения поверхностного слоя стали углеродом. Цементация и последующая термическая обработка одновременно повышают предел выносливости. Поэтому после цементации проводится окончательная термическая обработка, которая заключается в высоком отпуске, закалке и низком отпуске.

 

 

 

 

4. Поверхностное упрочнение

 

Газовая цементация. Этот процесс осуществляют нагревом изделия в среде газов, содержащих углерод. Газовая цементация имеет ряд преимуществ по сравнению с цементацией в твердом карбюрезаторе, поэтому ее широко применяют на заводах, изготавливающих детали массовыми партиями.

В случае газовой цеменации можно получить заданную концентрацию углерода в слое; сокращается длительность процесса, так как отпадает необходимость нагрева ящиков, наполненных малотеплопроводным карбюрезатором; обеспечивается возможность полной механизации и автоматизации процесса и значительно упрощается последующая термическая обработка изделий так как можно производить закалку непосредственно из цементационной печи.

Наиболее качественный цементованный слой получается при использовании в качестве карбюризатора природного газа, состоящего почти полностью из метана и пропано-бутановых смесей, подвергнутых специальной обработке, а также жидких углеродов. Основной реакцией, обеспечивающей науглероживание при газовой цементации является диссоциация окиси углерода и метана. Процесс ведут при 910-930 С, 6-12 часов (толщина слоя 1-1.7 мм).

В серийном производстве газовую цементацию обычно проводят в шахтных муфельных печах серии Ц. Шахтные печи серии Ц имеют рабочую температуру 950 С, единовременную загрузку 185-1100 кг, диаметр рабочего пространства 300-600 мм и высоту 600-1200мм. Изделия в печь загружают на специальных подвесках и приспособлениях, которые помещают в реторте. Необходимая для газовой цементации атмосфера создается при подаче в камеру печи жидкостей, богатых углеродом. Углеводородные соединения при высокой температуре разлагаются с образованием активного углерода и водорода.

На предприятиях с серийным масштабом производства также применяют полярные универсальные печи с герметизированной форкамерой и закалочным баком. В таких печах исключается контакт нагретых деталей с воздухом, предотвращается образование дефектов на поверхности изделий, снижающих прочность.

В крупносерийном и массовом производстве газовую цементацию проводят в безмуфельных печах непрерывного действия.

В этих установках весь цикл химико-термической обработки (цементация, закалка и низкий отпуск) механизирован и автоматизирован; производительность установок достигает 500-600 кг/ч и более. В печах непрерывного действия и камерных печах для цементации применяют эндотермическую атмосферу, в которую добавляют природный газ (92-95% эндогаза и 3-5% природного газа). Эндотермическая атмосфера получается частичным сжиганием природного газа или другого углеводорода в специальном эндотермическом генераторе при 1000-1200 С в присутствии катализатора. При небольшом содержании в эндотермической атмосфере СН4 (до 5,0%) он не участвует непосредственно в процессе насыщения углеродом, а увеличивает содержание в атмосфере СО.

В этих условиях на поверхности стали практически не выделяется сажа и сохраняется однозначная зависимость между углеродным потенциалом и содержанием Н2О и СО2 в атмосфере.

Для сокращения длительности процесса в промышленности широко используют газовую цементацию, при которой углеродный потенциал эндотермической атмосферы в начале поддерживают высоким, обеспечивающим получение в поверхностной зоне стали 1,2-1,3% С, а затем его углеродный потенциал снижают до 0,8%.

В печах непрерывного действия предусмотрены две зоны по длине печи. В первую зону, примерно соответствующую 2/3 длины печи, подают газ, состоящий из смеси природного и эндотермического газов. Во вторую зону подают только эндотермический газ, находящийся в равновесии с заданной концентрацией углерода на поверхности, обычно 0,8% С. при использовании этого метода цементации следует иметь в виду, что снижение содержания углерода в слое от 1,2-1,3% до 0,8% происходит только за счет углерода, растворенного в аустените. В случае легированной стали снижение в аустените концентрации углерода и легирующих элементов приводит к уменьшению закаливаемости и прокаливаемости цементованного слоя и в итоге к ухудшению механических свойств обрабатываемого изделия. В процессе газовой цементации в сталь может диффундировать находящийся в атмосфере кислород. Это приводит к окислению поверхностного слоя стали, обладающих большим химическим средством к кислороду по сравнению с железом. Окисление легирующих элементов («внутреннее окисление») снижает устойчивость аустенита, и при последующей закалке в цементованном слое трооститная сетка и окислы, что понижает его твердость и предел выносливости стали. Добавки и цементирующей атмосфере (в конце процесса) аммиака уменьшает вредное влияние внутреннего окисления. Скорость газовой цементации при температуре 930-950 С составляет 0,12-0,15 мм/ч при толщине слоя до 1,5-1,7 мм.

7.   Разработка технологии изготовления детали

В мартеновских печах производят жидкий металл с разливой в слитке. Слиток подвергают предварительной термической обработке, которая состоит из высокого отпуска. Проходит снижение внутреннего напряжения, снижение твердости для обдирки слитка. Дялее производим прокатку и штамповку слитка методом горячей деформации при температуре от 1760 до750 С с последующим охлаждением. После этого следует термическая обработка заготовки – нормализация при температуре 880 С с последующим охлаждением на воздухе. При нормализации происходит перекристаллизация стали, устраняющая крупнозернистую структуру. Далее следует очистка от окалины. Затем проводим правку деталм, после чего следует механическая обработка заготовки, во время которой изготовляют демаль и далее подвергают ее цементации. Процесс ведут при 910-930 С 6-12 часов. Окончательные свойства цементованных изделий достигаются в результате термической обработки, выполняемой после цементации.

В данном случае проводится высокий отпуск при температуре 620 С с целью предотвращения образования остаточного аустенита при последующей закалке. Закалка проводится при температуре 820 С. это обеспечивает измельчение зерна и полную закалку цементованного слоя и частичную перекристаллизацию и измельчение зерна сердцевины.

Заключительным этапом термической обработки цементованных изделий во всех случаях является низкий отпуск при 160-180 С переведя мартенсит закалки в поверхностном слое в отпущенный мартенсит, снижающий напряжения. Твердость поверхностного слоя после термической обработки HRC 58-62, а сердцевины HRC 30-42.

Контроль качества термической обработки состоит из: макроанализа, который применяют для выявления неметаллических включений и микроанализа, который позволяет определить структуру стали, глубину и твердость цементованного слоя.

В процессе термической обработки возможны поводка и коробление детали. Для проверки поводки и коробления осевые детали устанавливают в приспособления между центрвами и с помощью индикатора определяют биение. Чаще всего контроль качества после термической обработки производят замером твердости на твердомерах.

Контроль качества термической обработки детали, выявление внутренних и внешних дефектов металле осуществляется с помощью магнитного, рентгеновского, люменисцентного, ультразвукового и других физических неразрушающих методов контроля.

После контроля качества термической обработки проводят окончательную механическую обработку, которая заключается в проведении шлифования. После этого получают готовую деталь. После термической обработки структура поверхностного слоя данного распределительного вала – отпущенный мартенсит + карбиды (возможно сохранение остаточного аустенита, но для его разложения после цементации применяют высокий отпуск при температуре 620 С).

Сердцевина детали состоит из феррита и мартенсита. Данная термическая обработка обеспечивает высокую твердость цементованного слоя, прочность и достаточную вязкость сердцевины.

7.   Возможные причины брака термической обработки

К основным дефектам, которые могут возникнуть при термической обработке сталей относятся трещины в изделии, внутренние или наружные, деформации и коробление.

Трещины.

При закалке трещины возникают в тех случаях , когда внутренние растягивающие напряжения первого рода превышают сопротивление стали отрыву. Трещины образуются при температуре ниже точки Мм, чаще после охлаждения. Склонность к образованию трещин возрастает с увеличением в стали содержания углерода, повышением температуры закалки и увеличением скорости охлаждения в температурном интервале мартенситного превращения.

Другой причиной образования трещин является наличие в излделии концентраторов напряжений (резкое изменение сечения изделия или местные вырезки, углубления, выступы).

Трещины – неисправимый дефект. Для предупреждения их образования рекомендуется при конструировании изделий избегать резких выступов, заостренных уголков, резких переходов от толстых сечений к тонким и т.д. проводить закалку с возможно более низких температур;осуществлять медленное охлаждение в мартенситном интервале температур путем закалки в двух средах, ступенчатые закалки или применить изотермическую закалку; отпуск выполнять немедолнно после закалки.

Деформации и коробления.

Деформация, т.е. изменение размеров и формы изделий происходит при термической обрабоке в результате термических и структурных напряжений под действием неоднородных объемный изменений, вызванных неравномерным охлаждением и фазовыми превращениями.

Несимметричную деформацию издеилй в практике часто называют короблением. Оно чаще наблюдается при неравномерном и чрезмерно высоком нагреве под закалку, неправильном положении детали при погружении в закалочную среду и высокой скорости охлаждения в мартенситном интервале температур. Устранение этих причин значительно уменьшает коробление.

Размеры изделий после закалки даже при отсутствии коробления не совподают с исходными значениями. Вызываемую этими изменениями деформацию можно уменьшить подбором соответствующего состава стали и условий термической обработки (в частности, применением степенчатой и изотермической закалки)

 

Виды брака при цементации и способы его устранения.

 

Существуют различные виды брака:

1.    чрезмерно большая глубина цементованного слоя. Причины этого: завышенное время выдержки при цементации, применение активного карбюризатора, высокая температура цементации, неравномерная температура в печи.при завышенной глубине цементации брак неустраним.

2.    Заниженная глубина цементованного слоя. Причины: недостаточное время выдержки при цементации, применение недостаточно активного карбюризатора, заниженная температура цементации, неравномерная температура в печи, недостаточная подача газа или керосина в случае газовой цементации.

3.    Повышенная концентрация углерода в цементованном слое. Причины: применение активного карбюризатора и завышенное время выдержки при цементации. Меры предупреждения: соблюдение технологического процесса.

4.    Понижени концентрация углерода в цементованном слое. Причины:применение недостаточно активного карбюризатора.

5.    Неравномерная глубина цементованного слоя. Причины: зажиренная и грязная поверхность изделия, неправильная упаковка цементационных ящиков, отложение сажи при газовой цементации.

6.    Отслаивание закаленного цементованного слоя. Причина: резкий переход от цементованного слоя к сердцевине, наличие цементитной сетки.

7.    Хрупкость (выкрашивание поверхностного цементованного слоя). Причины этого брака: применение активного карбюризатора, завышенное время выдержки.

8.    Стекловидные наплывы на поверхности изделий. Причины: наличие кварцевого песка в карбюризаторе. Меры предупреждения этого брака: не допускать попадания кварцевого песка в карбюризатор.

 

 

 

7. Мероприятия по технике безопасности при термической обработке

 

7,1  Требования, предъявляемые к зданиям и помещениям

Здания, в которых находятся термические цеха, отделения, участки должны располагаться по отношению к ближайшим жилим и общественным зданиям с подветренной стороны по отношению к господствующим в летнее время ветрам.

Термические цеха и другие подразделения термического производства, как правило, должны располагаться в одноэтажных, отдельно стоящих зданиях. Допускается в исключительных случаях размещать термические подразделения в верхнем этаже многоэтажных зданий.

Стены помещений термических цехов должны быть окрашены огнеупорной краской.

Полы термических цехов должны быть огнестойкими, ровными, нескользкими и легко очищаемыми от загрязнений, при применении в производстве химически активных веществ полы должны быть изготовлены из материала, устойчивого против химического воздействия.

7,2 Условия безопасного труда

Рабочее производство печей для газовой цементации должно быть герметичным воизбежание взрыва газообразные карбюризаторы должны подавалься в печь при температуре печи не ниже 800 С. печи должны быть оборудованы специальным устройством для отвода отходящих газов и их дожигания.

При поверхностной закалке изделий с применением газопламенного нагрева должны соблюдаться действующие «Правила техники безопасности и производственной санитарии при производстве ацетилени, кислорода и газопламенной обработке металлов».

Рабочие места должны быть оборудованы местной механической вытяжкой. Вытяжные трубы должны обеспечить максимальный забор выделяющихся вредных газов от мест их образования. Рабочее место должно быть организованно таким образом, чтобы рабочие во все время работы занимали положение лицом по входному отверстию вытяжных устройств. Помещение, в котором производится пламенная поверхностная закалка изделий должна быть оборудована общеоюменной вентиляцией.

Очистка изделий после обработки должна производиться в гидропескоструйных камерах, а также в дробеструйных, дробеметных установках и установках для очистки металлическим песком. Использование пескоструйных аппаратов с применением сухой пескоочистки деталей запрещается.

7,3 Оборудование

 

Оборудование термических цехов должно располагаться в соответствии с общим направлением основного грузопотока. Расстояние между оборудованием и стенами цеха должно быть не менее одного метра.

Оборудование, при работе которого возникает шум, превышающий санитарные нормы, должно шумоизолироваться или устанавливаться в изолированных помещениях.

Производственные процесся, сопровождающиеся загрязнением воздуха рабочей зоны вредными выделениями различных паров, газов и пыли, если они расположены вне потока, должны быть отделены от других участников термической обработки, а оборудование должно быть снабжено местными отсосами или другими устройствами.

Заключение

 

В данной курсовой работе был разобран процесс изготовления распределительного вала. Предложена схема маршрутной технологии производства детали, разработаны режимы термической обработки, обеспечивающие необходимый уровень механических свойств металла.

В работе обосновано применение стали 20Х для изготовления распределительного вала и предложены ее заменители.

Также предложена термограмма технологического процесса детали, рассмотрены возможные причины брака термической обработки, указаны мероприятия по технике безопасности при термообработке.

Список используемой литературы

 

1.   Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедение. Учебник для вузов – М.

2.   Марочник сталей и сплавов. / В.Г. Сорокин, А.В. Волосникова, С.А.Вяткин и др. / под ред. В.Г. Сорокина. – М. : Машиностроение, 1989. – 640с.

3.   В.М. Зуев. Термическая обработка металлов : Учебник для сред. ПТУ., 1986. – 288с.

4.   Детали машин / Ю.Н. Березовский, Д.В. Чернилевский, М.С. Петров / под ред. Н.А. Бородина. – М. : Машиностроение, 1933. – 384с.

5.   Фиргер И.В. Термическая обработка сплавов ; Справочник. – М. Машиностроение, 1982. – 304с., ип (серия справочников для рабочих)