Технология изготовления и термической обработки вала коробки передачи

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

• Введение
• ГЛАВА I. ОПИСАНИЕ УСЛОВИЯ РАБОТЫ ЗАДАННОЙ ДЕТАЛИ
• 1.1 Детали (вал коробки передач)
• 1.2 Описание конструкции
• 1.3 Технологический процесс получения изделий
• ГЛАВА II. ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОР ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА И МАРКИ СТАЛИ 20ХНЗА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ВПУСКНОГО КЛАПАНА
• 2.1 Характеристика марки стали 20ХНЗА
• Заключение
• Список используемой литературы
• 

Введение

Дисциплина «Материаловедение и технология конструкционных материалов» изучает закономерности, определяющие строение и свойства материалов в зависимости от их химического состава и методов термической и механической обработки, а так же технологические процессы изготовления и ремонта деталей и конструкций.

Современное машиностроение весьма многообразно. Машиностроительные заводы выпускают очень широкую номенклатуру изделий - машин, механизмов, приборов. Во всех этих изделиях есть металлические детали, которые обрабатываются термически. Инженеры-конструкторы и инженеры-технологи, связанные с проектированием, изготовлением и ремонтом автомобилей должны иметь необходимые знания о свойствах металлов, методах их улучшения и технологических процессах производства деталей и изготовления конструкций.

Правильный выбор материала детали и технологии её изготовления обеспечивает надежную работу всей конструкции. Для выбора материала детали инженеру приходится решать ряд сложных задач, которыми являются: расчет прочности разрабатываемой конструкции, анализ условий её работы в контакте с другими деталями и внешней средой, а самое главное - технология изготовления.

Кроме этого конструктор должен предусмотреть возможность проведения ремонтов, так как в процессе эксплуатации возможны износы и поломки отдельных деталей.

Проведение механической обработки также требует учета ряда дополнительных факторов. Значительное повышение твердости рабочего слоя детали остается актуальной и в настоящее время.

Объектом исследования является технологические процесс изготовления и термической обработки деталей, изготавливаемых из металлических сплавов.

Предметом исследования является обоснование выбора технологии изготовления и термической обработки вала коробки передачи из стали марки 20ХНЗА.

Целью данной курсовой работы является практическое ознакомление с методикой разработки технологического процесса и обоснование выбора термической обработки детали автомобиля.

Цель курсовой работы выявила ряд задач. Основные задачи, решаемые при разработке темы:

- изучение особенностей конструкции и принципа работы вала коробки передачи автомобиля;

- изучение технологических процессов, применяемых при изготовлении деталей автомобиля;

- изучение свойств и характеристик материалов, применяемых при изготовлении вала коробки передачи;

- обосновать выбор технологии изготовления и термической обработки вала коробки передачи;

- описать микроструктуру и механические свойства материала детали после окончательной термообработки.

Методы исследования:

1. Анализ научной и научно-технической, учебной и методической литературы по тематике курсовой работы;

2. Анализ с опорой на результаты экспериментальных и теоретических исследований полученных в процессе лабораторных работ;

3. Анализ, обобщение и синтез теоретических материалов изученных в процессе выполнения курсовой работы.



ГЛАВА I. ОПИСАНИЕ УСЛОВИЯ РАБОТЫ ЗАДАННОЙ ДЕТАЛИ

1.1 Детали (вал коробки передач)

Вал - необходимая деталь большинства машин. Валы предназначены для передачи крутящего момента движущихся частей. Они используются в машиностроении и промышленности, и производство валов является одним из основных видов деятельности многих металлообрабатывающих предприятий. Существует множество разновидностей валов. По геометрии оси различают прямоосевые, коленчатые, гибкие и карданные валы. По форме - гладкие, полые и ступенчатые. По выполняемым функциям - коренные, вспомогательные и валы передач.

Коробка передач предназначена для изменения передаваемого крутящего момента, скорости движения трактора (автомобиля), направления вращения ведущих колес и для разъединения работающего двигателя и трансмиссии при длительных остановках.

Различных значений крутящего момента и частоты вращения ведущих колес или звездочек достигают изменением передаточного числа трансмиссии с помощью коробки передач, понижающего редуктора, ходоуменьшителя и увеличителя крутящего момента. Эти сборочные единицы изменяют передаточное число за счет механических устройств (зубчатых колес, планетарных механизмов) ступенчато, т. е. через определенные интервалы. Бесступенчато регулировать угловую скорость можно с помощью гидравлической передачи (гидротрансформатора).

На многих тракторах и автомобилях устанавливают более простые в изготовлении и надежные в эксплуатации, менее сложные в обслуживании механические коробки передач.

Рассмотрим принцип работы простейшей механической коробки передач. Ведущий вал 9 (рис. 1), называемый Первичным, получает вращение от вала муфты сцепления. Ведомый вал 8, называемый Вторичным, соединен с механизмами заднего ведущего моста и передает им вращение от первичного вала через зацепляющиеся зубчатые колеса.

Рис. 1 -- Схема простейшей коробки передач

А -- нейтральное положение зубчатых колес; б, в и г -- положения зубчатых колес при включении передач соответственно первой, второй и заднего хода; 1, 2 и 3 -- зубчатые колеса первичного вала; 4 -- промежуточное зубчатое колесо; 5, 6 и 7 -- зубчатые колеса вторичного вала; 8 -- вторичный вал; 9 -- первичный вал. На одном валу (в данном примере вторичном) зубчатые колеса 5, 6 и 7 закреплены неподвижно, а на другом валу (первичном) шестерни 1, 2 и 3 можно перемещать вдоль оси по шлицам и поочередно вводить их в зацепление с соответствующими зубчатыми колесами вторичного вала. Шестерни, перемещаемые по валу, называют Каретками. Когда ни одна из шестерен первичного вала не находится в зацеплении с зубчатыми колесами вторичного вала, как показано на рисунке 1, а, вращение на вторичный вал не передается, трактор (автомобиль) неподвижен или движется накатом. Такое положение называют Нейтральным.

Для включения первой передачи перемещают каретку с шестернями 1 и 2 по первичному валу влево и вводят в зацепление шестерню 1 с зубчатым колесом 7, как показано на. рисунке 1, б.

Для включения второй передачи перемещают эту же каретку вправо по первичному валу и вводят в зацепление шестерню 2 с зубчатым колесом 6 (рис. 1, в). Так как число зубьев шестерни 2 больше числа зубьев шестерни 1, а число зубьев колеса 6 меньше числа зубьев колеса 7, то передаточное число при зацеплении зубчатых колес 2 и 6меньше передаточного числа при зацеплении зубчатых колес 1 и 7 и вторичный вал на второй передаче будет вращаться быстрее. Пропорционально повысится и скорость движения трактора или автомобиля.

Задний ход обеспечивают изменением направления вращения вторичного вала. Для этого каретку с шестернями 1 и2 выводят из зацепления, перемещают каретку с шестерней 3 вправо и вводят ее в зацепление с промежуточным зубчатым колесом 4, которое находится в постоянном зацеплении с зубчатым колесом 5 вторичного вала (рис. 1, г).

Чем больше число передач (ступеней), тем полнее можно использовать мощность двигателя, добиться экономичной и производительной работы трактора или автомобиля.

1.2 Устройство. Описание конструкции

Коробки передач тракторов и автомобилей передают значительные крутящие моменты при высоких скоростях вращения валов, поэтому основные детали коробок передач (валы, зубчатые колеса, подшипники качения) подвергаются действию высоких нагрузок переменного характера. При передаче крутящего момента зубчатыми колесами возникают большие окружные и распорные силы, а в зоне контакта зубьев -- высокие температуры.

На срок службы и бесшумность работы зубчатых колес и подшипников существенно влияют жесткость и соосность валов, так как прогибы и перекосы валов нарушают правильность зацепления зубьев и нормальный контакт рабочих элементов подшипников.

Для изготовления зубчатых колес коробок передач применяют легированную сталь различных марок. Зубья после нарезания подвергают термической или химико-термической обработке, что повышает несущую способность и надежность зубчатых передач.

Зубчатые колеса коробок передач легковых и грузовых автомобилей небольшой и средней грузоподъемности изготовляют из среднеуглеродистых сталей (40Х, 40ХНМ, 35ХГТ и др.) и подвергают цианированию с последующей закалкой на мартенсит или закалке токами ( высокой частоты.

Для изготовления зубчатых колес тракторных и тяжело нагруженных автомобильных коробок передач применяют малоуглеродистые легированные стали (20Х, 18ХГТ, 12ХНЗА, 20ХНЗА, 25ХГТ и др.). Цементация и последующая закалка с низким отпуском обеспечивают высокую твердость (HRC 58…60) и высокую несущую способность.

Несущая способность и надежность зубчатых передач во многом зависят также от качества применяемого смазочного масла.

Основные детали коробок передач. Для бесшумного и безударного переключения передач, повышения надежности и увеличения срока службы в коробках передач применяют зубчатые колеса постоянного зацепления. Например, зубчатые колеса 2-15, 4-13, 5-12 (см. рис. 2, б) в коробке передач автомобиля ГАЗ-53-12 -- 1-26, 2-24, 3-23, 5-22 (рис. 2, г) в коробке передач трактора Т-150К. При этом одно зубчатое колесо жестко связано с валом, а другое вращается свободно. При переключении передачи свободно вращаемое зубчатое колесо необходимо жестко соединить с валом. Для этого используют Зубчатые муфты, Синхронизаторы, Гидроподжимные муфты.

Зубчатые муфты с синхронизаторами (синхронизаторы) широко применяют в коробках передач автомобилей, в которых переключение передач происходит при движении накатом. Как правило, синхронизаторами оснащают зубчатые колеса передач, переключаемых наиболее часто. Зубчатые колеса первой передачи и заднего хода синхронизаторов не имеют.

вал термический деталь технологический

1.3 Технологический процесс получения изделий

Изобретение относится к машиностроению и касается конструкции зубчатых колес коробок скоростей автомобилей, конкретно - промежуточных валов коробки перемены передач. Цель изобретения - более рациональное использование материала, снижение трудоемкости изготовления и обеспечения заменяемости в условиях горячей или холодной посадки зубчатых колес на вал - достигается тем, что сборный промежуточный вал коробки передач, состоящий из вала и ряда зубчатых колес разного диаметра, выполнен так, что наименьшее из колес расположено на одном из концов вала и выполнено за одно целое с валом, а остальные жестко с ним соединены и установлены на выполненных на валу дисках-утолщения. На валу в местах жесткого соединения с ним остальных зубчатых колес выполняют утолщения диаметром D, выбранным из соотношения D = (1,7-2,2)d, где d - диаметр концевых участков вала, предназначенных для посадки подшипников, а жесткое соединение вышеупомянутых колес с валом осуществляют с помощью горячей и холодной посадки путем нагревания колес или охлаждения вала. 2 с. п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к машиностроению и касается конструкции зубчатых колес коробок скоростей автомобилей, конкретно промежуточных валов коробки перемены передач грузовых автомобилей.

Известен промвал, принятый за прототип, в котором на цилиндрический вал насаживаются зубчатые колеса с помощью шпонок [1] Недостатком такой конструкции является высокая трудоемкость изготовления и нерациональное использование материала из-за значительной длины ступицы зубчатых колес, необходимой для обеспечения прочности соединения.

Целью изобретения является более рациональное использование материала, снижение трудоемкости изготовления и обеспечение заменяемости одного из зубчатых колес при разрушении или износе его во время эксплуатации.

Цель достигается тем, что сборный промежуточный вал коробки передач, состоящий из вала и ряда зубчатых колес разного диаметра, выполняют так, что наименьшее из колес расположено на одном из концов вала и выполнено за одно целое с валом, остальные жестко с ним соединены и установлены на выполненных на валу дисках-утолщениях, а на валу в местах жесткого соединения с ним остальных зубчатых колес выполняют утолщения диаметром D, выбранным из соотношения D (1,7-2,2) d, где d диаметр концевых участков вала, предназначенных для посадки подшипников, а жесткое соединение вышеупомянутых колес с валом осуществляют с помощью горячей или холодной посадки путем нагревания колес или охлаждения вала.

На чертеже указан сборный промежуточный вал коробки перемены передач грузовых автомобилей.

Сборный промежуточный вал содержит приводное зубчатое колесо 1, зубчатое колесо 2 второй и третьей передач, зубчатое колесо 3 третьей передачи наименьшего диаметра, выполненное за одно целое; d посадочный диаметр конца вала подшипника; d₁ посадочный диаметр диска-утолщения под приводное колесо; d₂ посадочный диаметр диска-утолщения под объединенные зубчатые колеса второй и третьей передач.

Примером конкретного выполнения является посадка приводного зубчатого колеса на вал с помощью горячей посадки или охлаждения посадочного диска-утолщения. Зубчатое колесо 2 запрессовывается с другого конца вала.

Экономический эффект состоит в уменьшении расхода материала на изготовление примерно на 18-20% и снижении расходов на запасные части, так как при разрушении одного из зубчатых колес замена происходит не всей сборной детали, а только изношенной или частично разрушенной.

Формула изобретения

1. Сборный промежуточный вал коробки передач, состоящий из вала и ряда зубчатых колес разного диаметра, отличающийся тем, что наименьшее из колес расположено на одном из концов вала и выполнено за одно целое с валом, а остальные жестко с ним соединены и установлены на выполненных на валу дисках-утолщениях.

2. Способ изготовления сборного промежуточного вала коробки передач, заключающийся в изготовлении и сборке составных частей вала, отличающийся тем, что на валу с выполненным за одно целое с ним колесом наименьшего диаметра в местах жесткого соединения с валом остальных колес выполняют утолщения диаметром D, выбранным из соотношения D = (1,7 - 2,2)d, где d- диаметр концевых участков вала, предназначенных для посадки подшипников, а жесткое соединение упомянутых колес с валом осуществляют с помощью горячей или холодной посадки путем нагревания колес или охлаждения вала



Глава II. Обоснование марки стали 20ХНЗА

2.1 Характеристика марки стали 20ХНЗА

Марка: 20ХНЗА (заменители: 20ХГНР, 20ХНГ, 38ХА, 20ХГР)

Класс: Сталь конструкционная легированная

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

Использование в промышленности: Шестерни, валы, червяки, кулачковые муфты, поршневые пальцы и другие цементуемые детали, к которым предъявляются требования высокой прочности, пластичности и вязкости сердцевины и высокой поверхностной твердости, работающие под действием ударных нагрузок и при отрицательных температурах.

Химический состав в % стали 20ХН3А
C	0,17 - 0,24
Si	0,17 - 0,37
Mn	0,3 - 0,6
Ni	2,75 - 3,15
S	до 0,025
P	до 0,025
Cr	0,6 - 0,9
Cu	до 0,3
Fe	~95

Сталь 20ХНЗА, согласно ГОСТ, в состоянии поставки (после прокатки и отжига) имеет твердость не более 250 НВ. Следовательно, временное сопротивление (ув) при твердости 230-250 НВ не превышает 670...750 МПа и может быть ниже 600 МПа для плавок с более низкой твердостью. Тогда предел текучести составляет 350...400 МПа, так как для отожженной легированной стали у0,2/ув равно 0,5-0,6.

Сталь 20ХНЗА - к классу высококачественной легированной стали. Он содержит соответственно 0,42 - 0,50 и 0,17 - 0,23 % С и принимает закалку. Для повышения прочности можно применять нормализацию или закалку с высоким отпуском. Последний вариант обработки сложнее, но позволяет получить не только более высокие характеристики прочности, но и более высокую вязкость.

Последующий отпуск вызывает превращение мартенсита в сорбит только в тонком поверхностном слое, но мало влияет на структуру и свойства внутренних слоев изделия. Сталь со структурой сорбита отпуска обладает более высокими механическими свойствами, чем троостита или сорбита закалки и тем более феррита и перлита. Наибольшие напряжения от изгиба, кручения и повторно-переменных нагрузок воспринимают наружные слои, которые и должны обладать повышенными механическими свойствами. Однако в сопротивлении динамическим нагрузкам, которые воспринимает вал, участвуют не только поверхностные, но и нижележащие слои металла. Таким образом, углеродистая сталь не будет иметь требуемых свойств по сечению вала диаметром 70 мм. Сталь 20ХНЗА легирована никелем и хромом для повышения прокаливаемости и закаливаемости. Она получает после закалки и отпуска достаточно однородные структуру и механические свойства в сечении диаметром до 75 мм. Для стали 20ХНЗА рекомендуется термическая обработка:

1. Закалка с 820... 835°С в масле.

При закалке с охлаждением в масле (а не в воде, как это требуется для углеродистой стали) возникают меньшие напряжения, а, следовательно, и меньшая деформация. После закалки сталь имеет структуру мартенсита твердостью не ниже НRС50.

2. Отпуск при 520...530 °С. Для предупреждения отпускной хрупкости, к которой чувствительны стали с хромом (или с марганцем), в том числе совместно с никелем, вал после указанного нагрева следует охлаждать в масле. Механические свойства стали 20ХНЗА в изделии диаметром до 75 мм после термической обработки:

Временное сопротивление растяжению ув, М Па.........900....1000

Предел текучести у0,2, МПа.............................................750....800

Предел выносливости у-1, МПа.......................................400,...430

Относительное удлинение д, %......................................8........10

Относительное сужение ш,%..........................................45...50

Ударная вязкость КСU, кДж/м2 ..................................... 900

Полный отжиг. Основные цели полного отжига - устранение пороков структуры, возникших при предыдущей обработке (лить, горячей деформации или сварке), смягчение стали перед обработкой резанием и уменьшение напряжений, для придания стали определенных характеристик. В целом отжиг рода проводят для приближения системы к равновесию.

При полном отжиге доэвтектоидная сталь после нагрева выше критической точки А_C3 на 30 - 50 єC (рис. 4) медленно охлаждается вместе с печью. Охлаждение при отжиге проводят с такой малой скоростью (порядка несколько градусов в минуту), чтобы аустенит распадался при небольшой степени переохлаждения. Так как превращение аустенита при отжиге полностью завершается при температурах значительно выше изгиба С-кривых, то отжигаемые изделия можно выдавать из печи на спокойный воздух при температурах 500 - 600 єC, если не опасны термические напряжения.



Рис. Участок диаграммы Fe-Fe₃C c нанесенным интервалом температур термической обработки: І - полный отжиг; ІІ - нормализация.

Полный отжиг проводят для снижения твердости, повышения пластичности и получения однородной мелкозернистой структуры.

Полный отжиг заключается в нагреве доэвтектоидной стали до температур на 30-50 С выше температуры Ас ₃ (чрезмерное повышение температуры выше этой точки приведет к росту зерна аустенита, что вызовет ухудшение свойств стали), выдержке для полного прогрева и завершения фазовых превращений в объеме металла и последующем медленном охлаждении. Для заэвтектоидных сталей такой отжиг с нагревом выше Аcm не пойдет потому что при медленном охлаждении после такого нагрева образуется грубая сетка вторичного цементита, ухудшающая механические свойства. Для доэвтектоидных сталей время нагрева и продолжительность обработки зависят типа печи, способа укладки, типа отжигаемого материала. Наиболее распространенная скорость нагрева составляет ~ 100 C / ч, а продолжительность выдержки - от 0.5 до 1 часа на тонну изделия. Медленное охлаждение обусловлено необходимостью избежать образования слишком дисперсной ферритно - цементитной структуры и следовательно более высокой твердости. Скорость охлаждения зависит от устойчивости переохлажденного аустенита, а следовательно, от состава стали. Ее регулируют, проводя охлаждение печи с закрытой или открытой дверцей, с полностью или частично выключенным обогревом.

При полном отжиге происходит полная фазовая перекристаллизация стали. При нагреве выше точки Ас₃ образуется аустенит, характеризующийся мелким зерном, который при охлаждении дает мелкозернистую структуру, обеспечивающую высокую вязкость, пластичность и получение высоких свойств после окончательной обработки.

Структура доэвтектоидной стали после полного отжига состоит из избыточного феррита и перлита.

Существует отжиг противоположный по целям обычному отжигу. Это отжиг на крупное зерно с нагревом до 950-1100 ^оС, который применяют для улучшения обработки резанием мягких низкоуглеродистых сталей.

Микроструктура стали после полного отпуска показана на рис.

Рис. Микроструктура стали после отпуска: а -микроструктура поверхностного слоя ? мелкоигольчатый мартенсит с вкраплениями избыточного цементита; б - сердцевина ? мелкозернистый феррит + перлит

Цементация - процесс насыщения поверхностного слоя стали углеродом с целью повышения прочности, твёрдости и износостойкости поверхностного слоя. За глубину цементованного слоя принимают расстояние от поверхности до переходной зоны.

Различают следующие виды цементации: цементация с применением твёрдого карбюризатора; газовая цементация с применением жидкого или газового карбюризатора.

Наиболее перспективным является газовая цементация. По сравнению с цементацией в твёрдом карбюризаторе она имеет следующие преимущества: значительно сокращается длительность процесса благодаря быстрому нагреву детали; возрастает пропускная способность оборудования, что ведёт к повышению производительности труда; улучшаются условия труда; появляется возможность автоматизации процесса.

Газовая цементация может проводиться с применением жидкого и газового карбюризатора. В качестве жидкого карбюризатора, как правило, применяется синтин, а в качестве газового - эндогаз.

Синтин получают из окиси углерода и водорода, образующихся при переработке твёрдого топлива.

Синтин - это бесцветная жидкость, содержащая 90% парафиновых предельных углеводородов. Скорость цементации при применении синтина повышается на 20% и на 50% понижается выделение сажи и кокса.

В шахтных печах жидкий карбюризатор подаётся каплями, а имеющийся вентилятор создаёт движение газового потока, и цементация протекает равномерно.

Для уменьшения сажеобразования карбюризатор подают топливным насосом через форсунки в распылённом состоянии. Оптимальный расход синтина составляет 0,8л газа на 1см². Состав образующегося газа: СО 20...28%, Н₂ 55...75%, СН₄ 2...5%. Режим подачи синтина при насыщении определяют опытным путём.

Для легированных сталей температура цементации применяется выше точки Ас3, когда устойчив аустенит, способный растворить в больших количествах углерод.

При использовании жидкого карбюризатора эффективно применять комбинированный цикл насыщения для получения на поверхности цементованного слоя содержания углерода в пределах 0,8...1%. После цементации структура цементованного слоя приведена на рисунке.

Рис. Структура цементованного слоя

Расчёт времени нагрева и выдержки при цементации. Глубина упрочняемого слоя 1,2…1,4мм. Скорость насыщения 1мм/час.

Цементацию проводят в газе, получаемом при разложении синтина, при температуре 900°С. Для получения слоя глубиной 1,2...1,4 мм время выдержки должно составлять 5 часов:

ч

Охлаждение после цементации проводим на воздухе.

Микроструктура стали после цементации приведена на рис.

Рис.7. Микроструктура цементованного слоя: а - мартенсит, карбиды и остаточный аустенит; б - низкоуглеродистый мартенсит.



Закалкой называется процесс термической обработки металлов, состоящий в их нагреве и быстром (иногда постепенном) охлаждении. Закалка применяется для повышения твердости, прочности и износоустойчивости. У некоторых металлов в процессе закалки повышается пластичность. Условия закалки для различных металлов, а порой и различных изделий из одного и того же металла отличаются. Особое значение это имеет для закалки инструментов, поскольку они подвергаются различной нагрузке.

Технология закалки следующая: изделие нагревают до определенной температуры (для стали 18ХГ2 температура равна 900^оС) и некоторое время выдерживают. За этот период изделие равномерно прогревается. Далее следует охлаждение. Охлаждают изделие в воде, при необходимости к ней добавляют поваренную соль, которая повышает эффективность закалки.

Температура воды для закалки должна быть на уровне 27-28°. В холодной воде металл делается ломким. Чем теплее вода, тем менее эффективна закалка (металл остается мягким).

Очень важно, чтобы во время охлаждения температура воды или раствора оставалась почти неизменной. Контролировать это непросто. Емкость для охлаждения должна быть такой, чтобы масса помещающейся в ней воды была в 30-50 раз больше массы закаливаемого изделия. Тогда скачки температуры воды от погружения раскаленного металла будут менее значительны. Чтобы охлаждение изделия происходило быстрее, можно перемещать его в емкости в различных направлениях.

Наиболее часто закалке подвергаются стальные изделия. Так, конструкционные стали обычно нагревают до 880-900 ° (цвет каления светло-красный). Особо твердые инструменты российская промышленность выпускает из специальных конструкционных сталей (маркировка "А") с содержанием углерода 0,25-0,7%. Эти стали обладают достаточно высокой прочностью, на которую эффективно воздействует закалка. Конструкционные углеродистые стали используются в основном в изделиях, для которых особая прочность не требуется. Закалка мало способна повлиять на изменение твердости этой стали. Эффективна закалка и для изделий, выполненных из углеродистой инструментальной стали. Эти стали содержат 0,7-1,5% углерода и отличаются высокой прочностью. Производить закалку инструментальной стали лучше при температуре 750-760° (цвет каления темно-вишнево-красный). Для нержавеющей стали эта температура составит 1050-1100° (цвет темно-желтый), что обусловлено присутствием в ней более тугоплавких никеля и хрома. Нагревают заготовки вначале медленно (до 500°), а затем быстро. Это необходимо для того, чтобы в металле не возникало внутреннее напряжение, зачастую приводящее к появлению трещин. Для охлаждения стали после закалки помимо раствора поваренной соли можно использовать растительное или машинное масло. Чаще всего в масле охлаждают конструкционные и инструментальные стали. Детали сложной формы сначала охлаждают в воде (до 300-400°), а затем до полного остывания оставляют в масле.

Еще один фактор, говорящий в пользу масла - в масле поверхность стального изделия покрывается плотной коричневой или черной пленкой оксидов, надежно предохраняя ее от коррозии.

В среднем время пребывания заготовки в охладителе рассчитывается, исходя из соотношения: одна секунда на 5-6 мм сечения изделия. Для более интенсивного охлаждения изделие, погруженное в охладитель, надо постоянно перемещать во всех направлениях.



Рис. Микроструктура стали при закалке после охлаждения в масле: доэвтектоидная сталь - феррит (светлые участки) и перлит (темные участки)

Низкий отпуск - это операция термической обработки, заключающаяся в нагреве закалённой стали до температуры не выше температуры в точке Ас1, выдержке при этой температуре и охлаждении на воздухе. Низкий отпуск проводят для снятия внутренних напряжений, возникающих при закалке и обработки холодом. Низкий отпуск данной стали проводят с нагревом до температуры 250°С.

При низком отпуске в структуре стали в основном остается мартенсит, который, однако, изменяется решетку. Кроме того, начинается выделение карбидов железа из твердого раствора углерода в -железе и начальное скопление их небольшими группами. Это влечет за собой некоторое уменьшение твердости и увеличение пластических и вязких свойств стали, в деталях. Для низкого отпуска детали выдерживают в течение определенного времени обычно в масляных или соляных ваннах. Если для низкого отпуска детали нагревают на воздухе, то для контроля температуры часто пользуются цветами побежалости, появляющимися на поверхности детали. Появление этих цветов связано с интерференцией белого света в пленках окисла железа, возникающих на поверхности детали при ее нагреве. В интервале температур от 220 до 330 С в зависимости от толщины пленки цвет изменяется от светло-желтого до серого (табл.). Низкий отпуск применяется для режущего, измерительного инструмента и зубчатых колес.

Рис. Микроструктура стали после низкого отпуска.

Полученная структура - пластинчатая. Пластинчатая микроструктура позволяет повысить вязкость разрушения, сопротивление росту усталостной трещины, ударную вязкость, а также сопротивление ползучести и длительной прочности. Формирование в центральной зоне стержня клапана мелкозернистой пластинчатой микроструктуры (размер зерен не более 40 мкм) позволяет получить повышенные вязкость разрушения, ударную вязкость и сопротивление росту усталостной трещины, соогласующиеся с характером действующих на стержень клапана, с высокой частотой, циклических растягивающих нагрузок ударного характера.

Формирование такой микроструктуры является положительным и для части стержня выпускного клапана, примыкающего к горячей головке и работающего в температурном диапазоне 500-650°С т.е. в условиях ползучести и повышенного сопротивления длительной прочности. Это также способствует повышению прочностных свойств стержня клапана.

Такое сочетание микроструктур позволит создать стержень клапана с высокими показателями по надежности и долговечности.



Заключение

Курсовая работа основана на конкретном материале и содержит разработку решений конкретных технологических задач.

При работе над темой были осуществлены поиск и аналитический обзор источников информации. Структура базы источников: научно-техническая и техническая литература, справочная литература, научно-методическая литература.

Термическая обработка является одной из основных, наиболее важных операций общего технологического цикла обработки, от правильного выполнения которой зависит качество (механические и физико-химические свойства) изготовляемых деталей машин и механизмов.

При знакомстве с источниками особое внимание было уделено рассмотрению конструкции вала коробки передачи трактора и характеристике марки стали 20ХНЗА.

В курсовой работе приведены графические материалы и таблицы, которые придают излагаемому материалу большую наглядность и доказательность.

При выполнении курсовой работы мы закрепили, обобщили полученные нами в курсе «Материаловедение» теоретические знания.

Все поставленные задачи решены, цель достигнута.



Список используемой литературы

1. С.Н. Колесов, И.С. Колесов. Материаловедение и технология конструкционных материалов. М.: - Высшая школа., 2004. - 518 с.

2. Марочник сталей и сплавов. / Под ред. Зубченко А.С./. - М.: Машиностроение. - 2003., - 784 с.

3. Машиностроение. Энциклопедия. Т. 1 - 4 / Под ред. академика РАН К.С. Колесникова/. - М.: Машиностроение. - 1995.

4. машиностроение. Энциклопедия. - М.: машиностроение. Цветные металлы и сплавы. Композиционные металлы, материалы. - 2001., - 880 с.

5. машиностроение. Энциклопедия. - М.: машиностроение. Цветные металлы и сплавы. Композиционные металлы, материалы. - 2001., - 880 с.

6. машиностроение. Энциклопедия». - М.: машиностроение. III-3 Технология изготовления деталей машин. - 2002. - 840 с.

7. Методические рекомендации по выполнению курсовых и выпускных квалификационных работ. / Авторы составители: Г. Г. Козлова, Р. Я. Сафиханов, Н. Н. Минина и др. - Бирск, 2006. - 25 с.

8. Обработка резанием, металлорежущий инструмент и станки. / В. А. Гапонкин и др. - М., 1990. - 228 с.

9. Технология конструкционных материалов: учебник / Под ред. О.С. Комарова. - Минск: Новое знание, 2005. - 560 с., Ил.

10. Технология конструкционных материалов / Под общей ред. заслуж. деят. науки и техники Р.Ф. д-ра техн. наук, проф. А.М. Дальского/. - М.: Машиностроение, - 2004. - 505 с.

11. Пожидаева С.П. Курсовые и выпускные квалификационные работы. Учебно-методическое пособие для студентов факультета технологии и предпринимательства очной и заочной форм обучения, соискателей педагогических работников / специальность 030600, переработанное и дополненное. - Бирск: Бирск. гос. соц.-пед. акад., 2009 - 63 с.

12. Пожидаева С.П. Основы производства: Учебное пособие для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности 030600 (050502) - технология и предпринимательство - Бирск: гос. соц. пед. академия, 2006. - 250 с.

13. Пожидаева С.П. Основы производства: Материаловедение и производство металлов: учеб. Пособие для студ. высш. учеб. заведения/ С.П. Пожидаева. - М.: Издательский центр «Академия, 2010. - 192 с.

Размещено на Allbest.ru

...