Д 6 (Д-6 исправленный)

Посмотреть архив целиком


Московский государственный технический университет
имени Н. Э. Баумана.













Домашнее задание по курсу

«Материаловедение».

Задание Д-6.






Студент: Будин С.В.

Группа: Э5-51

Преподаватель: Власова Д.В.















Москва 2014г

Для изготовления зубчатых колес применяют улучшаемые стали, упрочняемые поверхностной закалкой при индукционном нагреве ТВЧ.

1) выбрать среднеуглеродистую сталь для массового производства зубчатых колес диаметром 100 мм, максимальным сечением 30 мм и назначьте упрочняющую поверхность термическую обработку. Требуемая твердость поверхности HRC не менее 56, а твердость сердцевины НВ 200-280. Построить график термообработки в координатах температура-время с указанием: критических точек стали, температуры нагрева, среды охлаждения.

2) Опишите структурные превращения, происходящие в стали на всех стадиях термической обработки. Укажите структуру стали на поверхности и в сердцевине зубчатого колеса после термической обработки.

3) Приведите основные сведения об этой стали: химический состав по ГОСТу, область применения, требования, предъявляемые к этому виду изделий, механические свойства после выбранного режима термической обработки, технологические свойства, достоинства, недостатки и прочее.



































Выбор стали :

Среднеуглеродистые стали находят широкое применение. Они отличаются большей прочностью, но меньшей пластичностью, чем низкоуглеродистые стали. Их применяют после улучшения, нормализации и поверхностной закалки. В улучшенном состоянии – после закалки и высокого отпуска на структуру сорбита – достигается высокая ударная вязкость, пластичность, и, как следствие, малая восприимчивость к концентраторам напряжений. Однако из-за низкой прокаливаемости при увеличении размеров сечения механические свойства таких сталей снижаются.

После улучшения эти стали применяют для изготовления деталей небольшого размера, работоспособность которых определяется сопротивлением усталости (шатуны, коленвалы, зубчатые колеса, оси, маховики и т. д.). Для деталей, работающих на растяжение – сжатие, требуется однородность механи-ческих свойств по сечению, следовательно, сквозная прокаливаемость, Размер поперечного сечения таких деталей должен быть не больше 15 – 30 мм. Для деталей, работающих на изгиб и кручение, толщина упрочненного слоя должна быть около половины радиуса. Размер таких деталей ограничен 20 – 60 мм.

Стали 40, 45, 50 используют для изготовления более крупных деталей, работающих при невысоких циклических и контактных нагрузках. Их используют после нормализации и поверхностной закалки токами высокой частоты тех поверхностей, которые должны иметь высокую твердость и сопротивление износу.

Наибольшую пластичность и наименьшую твердость обеспечивают такие виды термообработки, как улучшение (закалка и высокий отпуск).

Выбираем сталь 40 , которая относиться к широко используемым дешёвым сталям для изготовления зубчатых колёс диаметром 100мм , максимальным сечением 30мм.

Сталь 40


Заменитель

стали: 35, 45, 40Г

Назначение

После улучшения - коленчатые валы, шатуны, зубчатые венцы, маховики, зубчатые колеса, болты, оси и другие детали; после поверхностного упрочнения с нагревом ТВЧ - детали средних размеров, к которым предъявляются требования высокой поверхностной твердости и повышенной износостойкости при малой деформации (длинные валы, ходовые валики, зубчатые колеса).



Химический состав стали 40 (ГОСТ 1050-88):

Химический элемент

%

Кремний (Si)

0.17-0.37

Марганец (Mn)

0.50-0.80

Медь (Cu), не более

0.25

Мышьяк (As), не более

0.08

Никель (Ni), не более

0.25

Сера (S), не более

0.04

Углерод (C)

0.37-0.45

Фосфор (P), не более

0.035

Хром (Cr), не более

0.25

Технологические свойства:

Температура ковки

Начала 1250, конца 800.

Свариваемость

Ограниченно свариваемая. Способы сварки РДС, АДС под флюсом и газовой защитой, ЭШС.Рекомендуется подогрев и последующая термообработка. КТС без ограничений.

Плотность

7850 кг/м3

Модуль упругости

E=212000 МПа

Модуль сдвига

G=82000 МПа

Твердость в исходном состоянии

444HB


Критическая точка

°С

Ac1

730

Ac3

790

Ar3

780

Ar1

690

Mn

340


Свариваемость: Ограниченно свариваемая. Способы сварки РДС, АДС под флюсом и газовой защитой, ЭШС. Рекомендуется подогрев и последующая термообработка. КТС без ограничений.

Склонность к отпускной способности: Не склонна

Флокеночувствительность: Не чувствительна.


Зубчатые колёса могут выйти из строя только вследствие усталостного разрушения или износа, разрушения из-за действия сил и моментов, больших допустимых, произойти не может. Поэтому необходимо обеспечить высокую твердость кулачков и опорных шеек для достаточной износостойкости детали, и вязкую сердцевину для увеличения предела выносливости детали.

Наибольшую пластичность и наименьшую твердость обеспечивают такие виды термообработки, как улучшение (закалка и высокий отпуск) и отжиг. Для средне(низко)углеродистых сталей отжиг нередко заменяют нормализацией (нагрев и охлаждение на воздухе), твердость и прочность при этом увеличивается незначительно, а технологически нормализация проводится проще, чем отжиг и улучшение. Поэтому для получения вязкой сердцевины вала в качестве предварительной термической обработки проведем нормализацию.

Температуру нагрева для нормализацию выбирают на 30 – 50°С выше температуры Ас3 для стали 40 ≈ 800°С. После нагрева проводят выдержку для прогрева детали. Время прогрева оценивают из расчета 60-65сек на 1 мм сечения детали. Зубчатое колесо с максимальным сечением 30мм. Поэтому выберем температуру нагрева для нормализации 840°С, выдержка 31 мин. Таким образом получим тонкопластинчатую структуру перлита с ферритной сеткой и HB≈250-270.


Для упрочнения поверхности деталей проводят химико-термическую обработку, однако для данной детали её использовать нерационально. В среднеуглеродистых сталях поверхностное упрочнение цементацией и нитроцементаций не проводят, т. к. таким способом упрочняют стали с содержанием углерода меньше 0,3%. Азотирование проводить также нецелесообразно, т. к при этой обработке значительное упрочнение достигается только у специальных легированных сталей. К тому же операции химико-термической обработки технологически сложны, а деталь должна производиться массово. Поэтому поверхностное упрочнение для данной детали целесообразно проводить закалкой токами высокой частоты (ТВЧ).

При поверхностной закалке закаливается только поверхностный слой, тогда как сердцевина изделия остается незакаленной. Основное назначение поверхностной закалки: повышение твердости, износостойкости и предела выносливости обрабатываемого изделия. Сердцевина при этом остается вязкой.

При поверхностной закалке сильно повышается сопротивление усталостному разрушению. Предел выносливости для стали с 0,4% С после поверхностной закалки повышается в 2,8 раз. Повышение предела усталости связывают с образованием в закаленном слое остаточных напряжений сжатия.

Большинство деталей машин работают на изгиб и кручение, когда максимальные напряжения возникают в поверхностных слоях, где сосредоточены концентраторы напряжений. При знакопеременной нагрузке трещины усталости, как правило, возникают на поверхности под влиянием растягивающих напряжений. При образовании на поверхности остаточных напряжений сжатия они уменьшают растягивающие напряжения, возникающие от внешней нагрузки, и поэтому повышается предел выносливости.

Для нагрева изделия с использованием ТВЧ изделие устанавливают в соленоид, представляющий собой один или несколько витков пустотелой водоохлаждаемой медной трубки или шины. Переменный ток, протекая через индуктор, создает переменное магнитное поле. В результате явления индукции в поверхностном слое возникают вихревые токи, и в слое обрабатываемого изделия происходит выделение джоулевого тепла. Ток проходит в основном в поверхностном слое проводника.

Глубина проникновения тока увеличивается с повышением температуры и наиболее резко возрастает при температуре, лежащей выше точки Кюри (768°С), вследствие резкого уменьшения магнитной проницаемости при переходе стали из ферромагнитного в парамагнитное состояние. Одновременно уменьшается скорость нагрева.

Для поверхностной закалки время нагрева незначительно и составляет от 2 до 50 с.

Глубина закалки примерно равна глубине нагрева до температуры выше критической точки и зависит от частоты тока, глубинные слои детали нагреваются до температуры ниже критической и при охлаждении не упрочняются. Для получения закаленного слоя толщиной 1,0 мм оптимальная частота тока составляет 50 000 – 60 000 Гц, для слоя 2,0 мм – 15 000 Гц, для слоя 4,0 мм – 4000 Гц.






Чтобы не видеть здесь видео-рекламу достаточно стать зарегистрированным пользователем.
Чтобы не видеть никакую рекламу на сайте, нужно стать VIP-пользователем.
Это можно сделать совершенно бесплатно. Читайте подробности тут.