Термическая обработка материала

Размещено на http://www.allbest.ru/

Архангельский государственный технический университет

Кафедра технологии конструкционных

материалов и машиностроения

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине

Технология конструкционных материалов

Выполнил: студент МФ II-3

Лиханин Виталий Андреевич

Принял: Алексеев А.Е.

Архангельск

2010

Оглавление

1. Задание

2. Расшифровка марки материала

3. Способ выплавки материала

4. Термическая обработка материала

5. Микроструктура материала после ТО

6. Изготовление литейной формы методом литья в кокиль. Последовательность операций. Эскиз собранной литейной формы

7. Схема обработки поверхностей 1 и 2 детали

8. Название применяемых станков, инструментов и зажимных приспособлений

Список используемой литературы

1. Задание

Наименование детали - крышка.

Материал - КЧ 35-10.

Характер производства - Массовый.

Обрабатываемые поверхности - 1,2 (рис. 1).

1. Расшифруйте марку материала.

2. Укажите способ выплавки данного материала.

3. Укажите режим ТО.

4. Нарисуйте микроструктуру материала после ТО.

5. По эскизу детали опишите последовательность изготовления формы методом литья в кокиль. Опишите последовательность операции и приведите эскиз собранной литейной формы.

6. Приведите схемы обработки поверхностей 1,2 данной детали, названия и единицы величин, характеризующих рабочие движения.

7. Для каждой схемы укажите названия станка, инструмента и зажимных приспособлений.

8.Приведите эскизы инструмента для обработки поверхностей 1,2.



Рис. 1. Эскиз детали

2. Расшифровка марки материала

КЧ 35-10 ГОСТ 1215 - 79.

Ферритный (чёрносердечный) ковкий чугун с пределом прочности при растяжении (временным сопротивлением при растяжении) 344 МПА (35 кгс/ммІ) и относительным удлинением 10%. Твердость по Бринелю HB (не более) 1600 МПа (163 кг/ммІ).

Имеет бархатистый излом и тонкую наружную светлую кайму. Микроструктура отожженного чёрносердечного ковкого чугуна состоит из углерода отжига в виде звёздчатых и паукообразных включений м феррита.

Его используют для изготовления деталей, эксплуатируемых при высоких динамических и статических нагрузках (картеры редукторов, рычаги, колёса, кронштейны, ступицы, крюки, скобы и т. д.)

Из ковкого чугуна изготовляют корпусы вентилей, краны, задвижки малых размеров и т.д. Он находит широкое применение в автотракторостроении сельскохозяйственном машиностроении. Большая плотность отливок ковкого чугуна позволяет изготавливать детали водо- газопроводных установок. Ковкий чугун является хорошим заменителем стального фасонного литья, технология изготовления которого сложна.

термический выплавка кокиль станок

3. Способ выплавки материала

Для получения высококачественного ковкого чугуна необходимо обеспечить низкое содержание углерода и кремния, определяющее структуру основной металлической массы, количество и форму графита в чугуне.

Белый чугун плавят в вагранке дуплекс-процессом (вагранка + электропечь вагранка + пламенная печь, вагранка + индукционная печь). Плавка в вагранке -- самый дешевый способ, но при этом не обеспечивается устойчивое получение ковкого чугуна наиболее широко применяемых марок, так как в вагранке трудно получить белый чугун с низким содержанием углерода и высоким перегревом.

Качественный ковкий чугун с устойчивым низким содержанием углерода, высоким перегревом и соответственно хорошими механическими свойствами можно получить дуплекс-процессом вагранка + электропечь с кислой футеровкой.

Дуплекс-процесс вагранка + электропечь. Чугун выплавляют в вагранке без подогрева дутья. Для получения из вагранки чугуна состава, %: 2,6--2,85 С; 0,8--1,1 Si; 0,15--0,25 Mn; <0,l S; 0,12--0,17 Р; <0,06 Сr используют шихту из 17,6% доменного чушкового чугуна, 34% возврата собственного производства, 42,1% стальных отходов и 5,3% доменного ферросилиция (с содержанием 18% Si). Чугун из вагранки поступает в миксер при 1370--1395° С, откуда ковшами его передают в дуговую электропечь. В электропечи чугун доводят по химическому составу и температуре. Чугун, выпускаемый из электропечи, содержит 2,5-2,7% С; 0,95--1,15% Si; 0,53-0,6% Mn; <0,12% S; 0,16-- 0,18% Р и ?0,06% Si. Для тонкостенных и мелких отливок допускается содержание 1,25% Si и более. Температура выпускаемого из электропечи чугуна 1460--1500° С. Высокий перегрев необходим для повышения жидкотекучести чугуна и его модифицирования, так как в процессе модифицирования чугун охлаждается). Кроме того, при перегреве чугуна лучше отделяются шлаковые включения, и измельчается графит, в результате ускоряется процесс отжига, и при заливке газы лучше удаляются из отливки. Чугун сначала подают в ковши емкостью 1 т, а затем разливают в раздаточные ковши.

В электропечи для снижения содержания углерода в чугуне и получения необходимого количества кремния и марганца добавляют на 1 т чугуна 25 кг 45%-ного ферросилиция, 25--30 кг 80%-ного ферромарганца, 42--43 кг стальных обрезков, 1--1,5 кг железной руды.

Перед заливкой в формы чугун в раздаточных ковшах модифицируют с целью ускорения процесса отжига чугуна в отжигательных печах и улучшения механических свойств.. В качестве модификаторов применяют алюминий, висмут и бор.

Алюминий вводят в виде кусков небольших размеров в количестве ?0,01--0,015% массы чугуна в начале заполнения ковша. Содержание алюминия в чугуне не должно превышать 0,015-- 0,02%, иначе в толстостенных отливках может выделиться пластинчатый графит в виде черных пятен, так как алюминий является графитизатором. Температура чугуна при модифицировании должна быть не ниже 1400--1500° С.

Боp влияет на графитизацию подобно алюминию, способствует, образованию графитных субмикроскопических включений и ускоряет процесс отжига.

Висмут является антиграфититором, его вводят в жидкий чугун для предотвращения выделения графита при его затвердевании.

При модифицировании комплексным модификатором (висмут--бор--алюминий) все составные части последнего, ссыпают в бумажный пакет или брикетируют, а затем забрасывают в ковш при заполнении его чугуном.

Этот способ выплавки наиболее подходящий. Это объясняется высокими механическими свойствами получаемого ковкого чугуна (вследствие низкого содержания углерода), экономичностью затрат. Кроме этого можно отметить высокую производительность данного метода.

4. Режим термической обработки

Отливки из белого чугуна после очистки подвергают отжигу в отжигательных печах периодического и непрерывного действия, стапливаемых газом, мазутом или в электропечах. В процессе отжига происходит графитизация -- образование углерода отжига.

Белый чугун отжигают либо до полной графитизации, либо до графи-тизации с одновременным обезуглероживанием. При полной графитизации получается ферритный ковкий чугун или черносердечный (по излому); при графитизации с обезуглероживанием перлитный чугун или белосердечный (по излому).

Чтобы предупредить обезуглероживание чугуна, отжиг прово-дят в герметичной упаковке в нейтральных или окислительных средах.

Процесс графитизации разделяется на стадии: начальная протекает при 960--1050° С; промежуточная -- при охлаждении до эвтектоидной темпера-ратуры; конечная -- в эвтектоидном интервале или несколько ниже его.

В соответствии с происходящими при отжиге превращениями выбирают режим отжига для получения ковкого чугуна.

Отжиг отливок на ферритный ковкий чугун. В этом случае отливки отжигают в нейтральной среде. В крупносерийном и массовом производстве отжиг осуществляют в печах непрерывного действия и электропечах элеваторного типа. Печи элеваторного типа широко применяют в автомобильной промышленности; в них можно регулировать температуру с точностью до ±10° С.

Режим отжига ковкого чугуна, выполняемый в электропечах элеваторного типа емкостью 25 т, приведен на рис. 2. Чугун подвергают модифицированию висмутом, бором и алюминием.

Первая стадия отжига заключается в равномерном медленном нагреве отливок до 950--870°С с длительной выдержкой при этой температуре (10--25 ч.). При этом происходит распад цементита с образованием аустенита и графита. Продолжительность нагрева зависит от конструкции отжигательной печи, массы садки, массы отливки и толщины ее стенок. Чем больше масса садки, тем больше продолжительность нагрева.

Выдержка зависит главным образом от толщины стенки отливки и ее массы. Чем больше толщина стенки и масса отливки, тем дольше выдержка при первой стадии графитизации. Для данного случая продолжительность нагрева 15--16 ч, выдержка 10 ч.

Вторая стадия отжига заключается в охлаждении ниже эвтектоидной критической температуры, которая в зависимости от состава чугуна находится в пределах 740--780° С. При этом происходит превращение аустенита в перлит и разложение цементита, входящего в состав перлита, на феррит и углерод отжига в виде небольших пятен. Отжиг на ферритный ковкий чугун длится, согласно приведенному графику, 37--39 ч.



Рис.2. Режим отжига ковкого чугуна, модифицированного алюминием, висмутом и бором

Так как чугун указанной марки имеет ферритную структуру, то в качестве термической обработки я выбираю отжиг ковкого чугуна на ферритный ковкий чугун до полной графитизации. При этом устраняется имеющий место при отливке частичный отбел чугуна с поверхности, улучшается обрабатываемость чугуна, снимаются внутренние напряжения. Что очень важно при последующей механической обработки и обеспечения высоких механических свойств.

5. Микроструктура материала после термической обработки

Рис. 3. Микроструктура ферритного ковкого чугуна после отжига

6. Технология изготовления детали методом литья в кокиль

Кокиль - металлическая форма, которая заполняется расплавом под действием гравитационных сил. В отличие от разовой песчаной формы кокиль может быть использован многократно. Таким образом, сущность литья в кокиль состоит в применении металлических материалов для изготовления многократно используемых литейных форм, металлические части которых составляют их основу и формируют конфигурацию и свойства отливки.

Кокиль рис. обычно состоит из двух полуформ , плиты , вставок . Полуформы взаимно центрируются штырями , и перед заливкой их соединяют замками . Размеры рабочей полости кокиля больше размеров отливки на величину усадки сплава. Полости и отверстия в отливке могут быть выполнены металлическими или песчаными стержнями, извлекаемыми из отливки после ее затвердевания и охлаждения до заданной температуры. Расплав заливают в кокиль через литниковую систему , выполненную в его стенках, а питание массивных узлов отливки осуществляется из прибылей (питающих выпоров) . При заполнении кокиля расплавом воздух и газы удаляются из его рабочей полости через вентиляционные выпоры, пробки , каналы , образующие вентиляционную систему кокиля. Основные элементы кокиля - полуформы, плиты, вставки, стержни т. д.- обычно изготовляют из чугуна или стали. Выше рассмотрен кокиль простой конструкции, но в практике используют кокили различных, весьма сложных конструкций.

Основные операции технологического процесса. Перед заливкой расплава новый кокиль подготовляют к работе: поверхность рабочей полости и разъем тщательно очищают от следов загрязнений, ржавчины, масла; проверяют легкость перемещения подвижных частей, точность их центрирования, надежность крепления. Затем на поверхность рабочей полости наносят слой огнеупорного покрытия облицовки и краски. Состав облицовок и красок зависит в основном от заливаемого сплава, а их толщина - от требуемой скорости охлаждения отливки: чем толще слой огнеупорного покрытия, тем медленнее охлаждается отливка. Вместе с тем слой огнеупорного покрытия предохраняет рабочую поверхность формы от резкого повышения ее температуры при заливке, расплавлении и схватывании с металлом отливки. Таким образом, облицовки и краски выполняют две функции: защищают поверхность кокиля от резкого нагрева и схватывания с отливкой и позволяют регулировать скорость охлаждения отливки, а значит, и процессы ее затвердевания, влияющие на свойства металла отливки. Перед нанесением огнеупорного покрытия кокиль нагревают газовыми горелками или электрическими нагревателями до температуры 423 - 453 К. Краски наносят на кокиль обычно в виде водной суспензии через пульверизатор. Капли водной суспензии, попадая на поверхность нагретого кокиля, испаряются, а огнеупорная составляющая ровным слоем покрывает поверхность. Для отливок из ковкого чугуна состав огнеупорного покрытия (красок) кокилей будет следующим: пылевидный кварц 10-15 %, жидкое стекло 3-5 %, вода 87-80 %.

После нанесения огнеупорного покрытия кокиль нагревают до рабочей температуры, зависящий в основном от состава заливаемого сплава, толщины стенки отливки, ее размеров, требуемых свойств. Оптимальная температура нагрева кокиля перед заливкой 523- 673 К. Затем в кокиль устанавливают керамические или песчаные стержни; половины кокиля соединяют и скрепляют специальными зажимами, а при установке кокиля на кокильной машине с помощью ее механизма запирания, после чего заливают расплав в кокиль. Температура заливки чугуна в кокиль составляет 1553-1600 К. Повышение температуры заливки снижает стойкость кокиля. После охлаждения отливки до заданной температуры кокиль раскрывают, окончательно извлекают металлический стержень и удаляют отливку из кокиля, обрезают литники, прибыли, выпоры, контролируют качество отливки. Затем цикл повторяется. Эскиз собранной литейной формы приведён на рис.4.

Перед повторением цикла осматривают рабочую поверхность кокиля, плоскость разъема. Обычно огнеупорную краску наносят на рабочую поверхность кокиля 1 - 2 раза в смену, изредка восстанавливая ее в местах, где она отслоилась от рабочей поверхности.

Следует отметить важные достоинства данного способа получения отливки, благодаря которым он и используется в многосерийном производстве для изготовления отливок из чугуна.

Отливка, изготовленная в кокиле имеет точные размеры и гладкую поверхность, что снижает припуски на механическую обработку вдвое по сравнению с литьём в песчаные формы. Процесс литья в кокиль - малооперационный. Манипуляторные операции достаточно просты и кратковременны. Высокая теплопроводность материала кокиля значительно ускоряет затвердевание и охлаждение отливки, что обеспечивает более высокие плотность металла и механические свойства. Практически все операции могут быть выполнены механизмами машины или автоматической установки, что является существенным преимуществом способа, и, конечно, самое главное - исключается трудоемкий и материалоемкий процесс изготовления формы: кокиль используется многократно. Этот способ литья высокопроизводителен. При всём этом это наиболее экономически целесообразный способ в крупносерийном производстве.



Рис.4. Эскиз собранной литейной формы:

рабочая полость кокиля; 2- стержень; 3- нижняя полуформа;

4- верхняя полуформа; 5- литниковая система

Отливка после удаления из кокиля и извлечения стержня примет вид, показанный на рис.5.

Рис. 5. Эскиз отливки

7. Схемы обработки поверхностей 1 и 2

Рис.6. Схемы обработки поверхностей 1 и 2

Движения, необходимые для осуществления процесса резания

Для осуществления на токарном станке процесса резания необходимы два движения: главное движение и движение подачи.

Главное движение характеризуется скоростью резания. Скоростью резания () называют расстояние, пройденное режущей кромки инструмента относительно заготовки в направлении главного движения в единицу времени. Скорость резания имеет размерность м/мин или м/с . Если главное движение вращательное (точение), то скорость резания , м/мин:

 м/мин,

где D-- наибольший диаметр обрабатываемой поверхности заготовки, мм; n-- частота вращения заготовки в минуту.

Если известна скорость резания , допускаемая режущими свойствами инструмента, и диаметр заготовки D, то можно определить требуемую частоту вращения заготовки:

об/мин.

При продольном точении скорость резания имеет постоянную величину на протяжении всего времени резания при условии, что диаметр заготовки вдоль всей ее длины одинаков, а число оборотов неизменно. При подрезании торцовых поверхностей максимальный диаметр поверхности резания непрерывно изменяется, соответственно скорость резания также изменяется (она имеет наибольшее значение у периферии и равна нулю в центре). В этом случае за расчётную скорость резания условно принимают максимальную скорость резания, которая возникает при подрезании торца.

Движение подачи обеспечивает возможность непрерывного врезания режущего инструмента в новые слои металла и снятия стружки со всей обрабатываемой поверхности. Движение подачи характеризуется скорость подачи. Скорость подачи или подача (S) -- это скорость перемещения режущего лезвия инструмента относительно заготовки в направлении подачи. При точении подача S имеет размерность мм/об, определяется величиной перемещения режущей кромки резца за один оборот обрабатываемой заготовки. В ряде случаев бывает необходимо знать величину минутной подачи Sм,

Sм=Sn мм/мин,

где n-- число оборотов заготовки в минуту.

При токарной обработке различают продольную подачу Sпр , когда резец перемещается в направлении, параллельном оси заготовки; поперечную подачу Sп, когда резец перемещается в направлении, перпендикулярном к оси заготовки, и наклонную Sн -- под углом к оси заготовки (при обтачивании конической поверхности).

8. Названия станка, инструмента и зажимных приспособлений. Токарно-винторезный станок 1К62

Для обработки поверхностей 1 и 2 можно использовать токарно-винторезный станок 1К62 (рис. 7). Он предназначен для выполнения различных токарных и резьбонарезных работ, скоростного точения «сырых», закалённых, а также труднообрабатываемых материалов в условиях единичного и серийного производства. Станок обеспечивает наиболее полное использование стойкостных возможностей инструментов, оснащённых твёрдым сплавом, минералокерамикой, алмазом или композитом (эльбором).

Рис.7. Общий вид токарно-винторезного станка модели 1К62:

1-- коробка подач; 2 -- передняя бабка; 3--рукоятка установки чисел оборотов шпинделя; 4 -- нижние салазки суппорта; 5 --суппорт; 6 -- резцедержатель; 7--рукоятка подачи поворотной (верхней) части суппорта; 8-- пиноль задней бабки; 9 -- задняя бабка; 10--рукоятка закрепления пиноли при работе станка; 11 -- маховичёк продольного перемещения пиноли с задним центром; 12 -- болт; 13 -- ходовой винт; 14 -- ходовой валик; 15 -- станина станка; 16 -- фартук; 17 -- рукоятка включения продольной механической подачи суппорта; 18 и 19 -- рукоятки ручной поперечной и продольной подачи суппорта; 20 -- рукоятка включения, остановки и реверсирования шпинделя; 21 -- рукоятка установки величины подачи

Токарные резцы

Для обработки поверхности 1 удобно использовать токарный подрезной резец (рис. 8, а), для обработки поверхности 2-- токарный проходной упорный резец (рис. 8, б).

Подрезной резец (рис. 8, а) используется для обработки торцевых поверхностей заготовок или уступов при поперечной подаче.

Проходным упорным резцом (рис. 8, б) удобно обтачивать ступенчатые заготовки, подрезать буртики и торцы. Подрезание небольших выступов при продольной подаче совмещается с обтачиванием наружной поверхности.

Для обработки данного материала режущую часть резцов снабжают пластинками из твердого сплава ВК8.



а) б)

Рис. 8. Токарные резцы: а-- подрезной, б-- проходной упорный

Трёхкулачковый самоцентрирующийся патрон

Заготовка небольшой длины, поэтому её лучше закрепить в универсальном трёхкулачковом самоцентрирующемся патроне.

Рис.9. Трёхкулачковый самоцентрирующийся патрон:

Список используемой литературы

1.Лахтин Ю. М. Материаловедение и термическая обработка металлов. Учебник для вузов. 3-е изд. М., «Металлургия», 1983. 360 с.

2.Титов Н. Д., Степанов Ю. А. Технология литейного производства: Учебник для машиностроительных техникумов. 2-е изд. Перераб.--М.: Машиностроение, 1978. 432 .

3.Металловедение и технология металлов: Учебник для вузов/ Солнцев Ю. П., Веселков В. А., Демянцевич В. П. и др. М.: Металлургия, 1988, 512 с.

4.Степанов Ю. А. и др. Технология литейного производства: Специальные виды литья. Учебник для вузов по специальностям «Машины и технология литейного производства», «Литейное производство чёрных и цветных металлов»/ Ю. А. Степанов. Г. Ф. Баландин, В. А. Рыбкин; Под ред. Ю. А. Степанова.-- М.: Машиностроение, 1983. -- 287 с.

5.Технология конструкционных материалов / А. М. Дальский, И. А. Арутюнова, Т. М. Барсукова и др. : Машиностроение, 1985. - 448с.

6.Металловедение. Антикайн П. А. Изд-во «Металлургия», 1972 ,256 с.

7.Н. Н. Кропивницкий, А . М. Кучер, Р. В. Пугачёва, П. Н. Шорников. Технология металлов, М. -- Л., Изд. «Машиностроение», 1964. 504 с.

8. Токарное дело: Учебное пособие для сред. Проф.- техн. училищ / П. М. Денежный, Г. М. Стискин, И. Е. Тихор. -- 3-е изд., перераб. -- М.: Высщ. Школа, 1979. --199 с.

9.Технология металлов и других конструкционных материалов. Под ред. докт. техн. наук проф. Н. П. Дубинина. Изд. 2-е, перераб. И доп. Учебник для машиностроит. специльностей вузов. М., «Высшая школа», 1969 г.

Размещено на Allbest.ru

...