Д 22 (ДЗ Тряпки Д22 версия 2)

Посмотреть архив целиком

Условие задачи:


Распределительные валы из цементуемых сталей марок: 15Х, 18ХГТ, 25ХГТ, 25ХГМ и др. изготавливают горячей штамповкой и упрочняют цементацией с последующей поверхностной закалкой при индукционном нагреве ТВЧ.


1. Распределительный вал двигателя автомобиля диаметром 30 мм изготовлен из стали 18ХГТ. Назначьте режимы газовой цементации и поверхностной закалки, обеспечивающие твёрдость поверхности HRC 57-63, твёрдость сердцевины HB не более 240. Постройте график термообработки, включающий цементацию и последующую термическую обработку в координатах температура-время.


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


3. Приведите основные сведения об этой стали: химический состав по ГОСТу, область применения, механические свойства сердцевины после выбранного режима термической обработки, технологические свойства, достоинства и недостатки и др.















































Сталь 18ХГТ относится к цементуемым низкоуглеродистым сталям.

Наиболее напряженные детали (зубчатые колеса, вал-шестерни и т. д.) подвергают цементации, применяя для их изготовления низкоуглеродистые стали. После насыщения углеродом, закалки и низкого отпуска эти стали при высокой поверхностной твердости сохраняют вязкую сердцевину, способную воспринимать ударные нагрузки. Достоинство цементации – возможность получить упрочненные слои большой толщины (0,8-2 мм и более), выдерживающие высокие удельные нагрузки. Однако максимальной циклической прочности отвечают слои меньшей толщины (0,4-0,8 мм), когда остаточные напряжения сжатия высоки у поверхности, а очг разрушения находится не глубоко от нее.


Распределительный вал при работе подвергается относительно небольшим нагрузкам. Вал может 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.


Цементацию проводим в газовом карбюризаторе – газовая цементация. При газовой цементации в качестве карбюризатора используют разбавленный природный газ, контролируемые атмосферы, получаемые в специальных генераторах, а также жидкие углеводороды (керосин, бензол, и др.), каплями подаваемые в герметичное рабочее пространство печи, где они образуют активную газовую среду. Концентрация углеродного потенциала газовой смеси должна быть больше концентрации углерода на поверхности стали: будет происходить науглероживание.


Наружная часть слоя имеет структуру заэвтектоидных сталей — перлит и вторичный цементит, который при медленном охлаждении выделяется на границах аустенитных зерен в виде оболочек. Средняя часть слоя, имеющая эвтектоидную концентрацию, состоит из перлита. Далее по направлению к сердцевине концентрация углерода уменьшается, структура соответствует доэвтектоидной стали, причем количество перлита уменьшается при приближении к сердцевине. Принято различать полную и эффективную толщину цементованного слоя. За эффективную толщину принимают сумму заэвтектоидной, эвтектоидной и половины доэвтектоидной зоны слоя. Эффективная толщина цементованного слоя обычно составляет 0,5 -1,8 мм и в исключительных случаях достигает б мм (при больших контактных нагрузках на цементованную поверхность). Структура после цементации получается крупнозернистой в связи с длительной выдержкой при температуре науглероживания. Длительность изотермической выдержки при цементации зависит от заданной толщины слоя и марки цементируемой стали. Процесс газовой цементации идет быстрее, так как не приходится нагревать ящик с карбюризатором. Кроме того, этот процесс легко регулируется и автоматизируется.


На показатели прочности цементованной стали оказывает большое (часто решающее) влияние концентрация углерода на поверхности . Оптимальное содержание углерода, при котором обеспечивается максимальное сопротивление хрупкому разрушению, составляет 0,6—0,8%, усталостная прочность при изгибе достигает максимальных значений при 0,8—1,05% С на поверхности, а максимальные значения контактной выносливости получаются при содержании углерода в пределах 1,0—1,25%.

Надежность и долговечность при эксплуатации цементуемых изделий зависят также от структуры слоя и сердцевины, образующейся в результате полного цикла химико-термической обработки. В связи с необходимостью обеспечения поверхностной твердости HRС 57—63 структура слоя должна состоять в основном из мелкоигольчатого мартенсита с небольшими изолированными участками остаточного аустенита. Абсолютно недопустимы выделения карбидов в форме сетки по границам зерен, ибо при этом резко возрастает хрупкость. Нежелательны также выделения в значительном количестве изолированных карбидов, различимых при увеличении X 100, так как и в такой форме они снижают вязкость цементованной стали, особенно в углах и на торцах деталей. Содержание остаточного аустенита в слое не должно превышать 15—20%.


Для данной марки стали цементацию следует проводить при температуре 925 °С. Цементацию будем проводить на толщину 3 мм, для этого время выдержки составит 10 ч. А скорость цементации при данной температуре примерно 0,20 мм/ч.


Для обеспечения заданной твердости сердцевины, после цементации необходимо провести нормализацию. Для этого после цементации вал охлаждаем на воздухе. После чего проводим высокий отпуск при температуре 680 °С. Что обеспечит твердость сердцевины 187-229 HB, что удовлетворяет заданным условиям.


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.

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.

Выбор толщины упрочняемого слоя определяется условиями работы детали. Когда деталь работает только на износ или в условиях усталости, толщину закаленного слоя чаще принимают 1,5 – 3,0 мм, в условиях высоких контактных нагрузок и возможной перешлифовки – 4 – 5 мм.

Скорость нагрева в области температур фазовых превращений составляет от 30 до 300°С/с. При таких больших скоростях нагрева (при нагреве в печи скорость 1,5 – 3,0°С/с) превращение перлита в аустенит смещается в область более высоких температур. Чем выше скорость нагрева в области фазовых превращений, тем выше должна быть температура для достаточно полной аустенизации и получения оптимальной структуры (мелкокристаллический мартенсит) и максимальной твердости.

Так, например, при печном нагреве температура закалки стали с 0,4 % С 840 – 860 °С, при индукционном нагреве со скоростью нагрева 250 °С/с 880 – 920 °С, а при 500°С/с 980 - 1020°С.

Охлаждающую жидкость при закалки обычно подают через душевое устройство (спрейер).

Существуют следующие способы закалки с индукционного нагрева.

1. Одновременный нагрев и охлаждение всей поверхности, этот метод применяют для изделий, имеющих небольшую поверхность (пальцы, валики, осевые инструменты).

2. Последовательный нагрев и охлаждение отдельных участков поверхности, используют при закалке шеек коленчатых валов, зубчатых колес с модулем больше 6 (закалка «зуб за зубом»), кулачков распределительных валов и т. д.

3. Непрерывно последовательный нагрев и охлаждение. Метод применяют для закалки длинных валов, осей и т. д. При этом методе изделие перемещается относительно неподвижных индуктора и охлаждающего устройства (спрейера) или наоборот.

Для получения закаленного слоя равномерной толщины расстояние от индуктора до поверхности детали должно быть одинаковым, форма индуктора – симметричная нагреваемой поверхности детали. Хорошие результаты дает вращение детали в индукторе.

Для поверхностной индукционной закалки чаще применяют углеродистые стали, содержащие 0,4 – 0,5% С, которые после закалки имеют высокую твердость (HRC 55 – 60), сопротивляемость износу, они не склонны к хрупкому разрушению. Реже применяют легированные стали 35Х, 40Х, 45Х, 40ХН, 40ХНМ.


Случайные файлы

Файл
12967.rtf
85106.rtf
147655.rtf
149736.doc
29094.rtf




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.