Задание № Д-22.

Распределительные валы из цементируемых 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 18 ХГТ. Назначьте режимы газовой цементации и поверхностной закалки, обеспечивающие твердость поверхности HRC 57-63, твердость сердцевины НВ 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.































Отчёт.

Цементация стали – технологический процесс диффузионного насыщения углеродом. Обычно после цементации сталь подвергают закалке или низкому отпуску (в нашем случае – закалке).

После такого комплексного процесса:












поверхность

0.8-1% С

структура низкоотпущенного мартенсита с мелкими сфероидальными карбидами

хорошее сопротивление износу

750-950 HV

сердцевина

0.08-0.25% С

вязка структура


Карбюризатор – исходная среда для цементации (науглероживания). В основном применяют два способа цементации: в твердом и в газообразном карбюризаторе (в нашем случае в газообразном). Процесс цементации в обоих случаях идет через газовую фазу. При газовой цементации в качестве карбюризатора используют разбавленный природный газ (состоящий почти полностью из метана), 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.

Основная ведущая реакция при наличии метана .

В ряде случаев при наличии в газе возможна также реакция: .

В зависимости от состава газовой смеси и содержания углерода в стали атмосфера в рабочем пространстве печи может быть науглероживающей, обезуглероживающей и нейтральной. Нейтральному составу газовой смеси соответствует определенная равновесная концентрация углерода на поверхности стальной детали. Эту концентрацию углерода принято называть углеродным потенциалом контролируемой атмосферы.

Следовательно, науглероживание будет происходить в том случае, если концентрация углерода на поверхности стали будет меньше углеродного потенциала газовой смеси при данной температуре.

Структура цементованного слоя.

Наружная часть слоя, содержащая >0,8% C, имеет структуру заэвтектоидных сталей – перлит и вторичный цементит, который при медленном охлаждении выделяется на границах аустенитных зерен в виде оболочек (на шлифе сетка).

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.

Структурный состав можно наблюдать на диаграмме состояния . (рис. 1)

Принято различать полную и эффективную толщину цементованного слоя (рис. 2). 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 6 мм (при больших контактных нагрузках на цементованную поверхность).

Структура после цементации получается крупнозернистой в связи с длительной выдержкой деталей при температуре науглероживания. Длительность изотермической выдержки при цементации зависит от заданной толщины слоя и марки цементуемой стали. Процесс газовой цементации идет быстрее, чем в твердом карбюризаторе, так как не приходится нагревать ящик с карбюризатором. Кроме того, этот процесс легко регулируется и автоматизируется.






Рисунок 1.

Рисунок 2.

Рисунок 3.




Часть 1,2.


Термическая обработка после цементации.

Для получения заданного комплекса механических свойств после цементации необходима дополнительная термическая обработка деталей.

Распределительный вал двигателя автомобиля – деталь ответственного назначения, испытывающая динамическую нагрузку.

Для тяжело нагруженных трущихся деталей машин, испытывающих в условиях работы динамическое нагружение, в результате термической обработки нужно получить не только высокую поверхностную твердость, но и высокую прочность, а также высокую ударную вязкость. Для обеспечения указанных свойств необходимо мелкое зерно как на поверхности детали, так и в сердцевине. В таких ответственных случаях цементованные детали подвергают сложной термической обработке, состоящей из двух последовательно проводимых закалок и низкого отпуска.

Первая закалка.

При первой закалке сталь нагревают до температуры на выше температуры цементуемой стали. При таком нагреве во всем объеме детали образуется аустенит (см. рис. 3). Нагрев до температур, лишь немного превышающих , вызывает перекристаллизацию сердцевины детали с образованием мелкого аустенитного зерна, что обеспечит мелкозернистость продуктов распада. При температуре (см. рис 3), весь диффузионный слой переходит в аустенитное состояние, поэтому, чтобы предотвратить выделение цементита, проводят закалку. Образуется мартенсит.

Вторая закалка.

Деталь нагревают до с превышением на выше температуры (см. рис. 3). В процессе нагрева мартенсит, полученный в результате первой закалки, отпускается, что сопровождается образованием глобулярных карбидов, которые в определенном количестве сохраняются после неполной закалки в поверхностной заэвтектоидной части слоя, увеличивая его твердость. Вторая закалка обеспечивает также мелкое зерно в науглероженном слое.

Низкий отпуск.

Окончательная операция термической обработке. Проводится при температуре , уменьшающий остаточные напряжения и не снижающий твердость стали.

После двойной закалки и низкого отпуска поверхностный слой приобретает структуру отпущенного мартенсита с включениями глобулярных карбидов. Структура сердцевины детали зависит от легированности стали. Если для цементации выбрана углеродистая сталь, то из-за малой прокаливаемости в сердцевине получится сорбитная структура; если же цементировалась легированная сталь, то в зависимости от количества легирующих элементов сердцевина может приобрести структуру бейнита или низкоуглеродистого мартенсита (в нашем случае цементировалась легированная сталь).

Механические свойства стали 18ХГТ.

Согласно ОСТ 23.4.125-77

Термообработка

Сечение, мм

Твердость HB сердцевины, не более

Нормализация при , цементация при , закалка с в масле, отпуск при

-

HB 157-207

50

HB 285

*Твердость поверхности HRC 57-63

Следовательно, таким способом термообработки можно обеспечить твердость поверхности HRC 57-63, твердость сердцевины HB не более 240 у распределительного вала двигателя автомобиля диаметром 30мм, изготовленного из стали 18ХГТ.




Часть 3.


Основные сведения о стали 18ХГТ.


Заменители – стали 30ХГТ, 25ХГТ, 12ХН3А, 12Х2Н4А, 20ХН2М, 14ХГСН2МА, 20ХГР.


Вид поставки - сортовой прокат, в том числе фасонный: ГОСТ 4543-71, ГОСТ 259071, ГОСТ 2591-71, ГОСТ 2879-69. Калиброванный пруток ГОСТ 7417-75, ГОСТ 8559-75, ГОСТ 8560-78, ГОСТ 1051-73. Шлифованный пруток и серебрянка ГОСТ 4543-71, ГОСТ 14955-77. Полоса ГОСТ 103-76. Поковки и кованые заготовки ГОСТ 1133-71.


Назначение - улучшаемые или цементируемые детали ответственного назначения, от которых требуется повышенная прочность и вязкость сердцевины, а также высокая поверхностная твердость, работающая под действием ударных нагрузок. Зубчатые колёса, коробки передач грузовых автомобилей, раздаточных коробок главной передачи автомобилей и автобусов


Основные свойства — оптимальными свойствами прочности обладают детали из стали 18ХГТ с глубиной цементованного слоя 0,6мм (концентрация углерода 0,75%) после непосредственной закалки с температуры подстуживания 870С.


Преимущества — работает при высоких динамических нагрузках.

Недостаток — пониженная ударная вязкость.


Химический состав:

Химический элемент

%

Кремний (Si)

0.17-0.37

Марганец (Mn)

0.80-1.10

Медь (Cu), не более

0.30

Никель (Ni), не более

0.30

Сера (S), не более

0.035

Титан (Ti)

0.03-0.09

Углерод (C)

0.17-0.23

Фосфор (P), не более

0.035

Хром (Cr)

1.00-1.30







Технологические свойства:

Температура ковки,; начала 1200, конца 800. Сечения до 250 мм охлаждаются на воздухе, сечения 251-350 мм – в яме.


Случайные файлы

Файл
kursovik_mintai.doc
3912-1.rtf
30913-1.rtf
121570.rtf
60604.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.