 |
Выбор марки стали и ее описание
|
|
|
|
Министерство образования и науки Украины
Национальный политехнический университет
Харьковский политехнический институт
РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА К КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ
На тему «Проект участка химико-термической обработки»
Харьков 200 6 г.
РЕФЕРАТ
Настоящая научно-исследовательская работа содержит 53 страниц, 9 рисунков, 6 таблиц, 7 используемых источников литературы, 3 схемы, графическую часть, состоящую из 2 чертежей и 1 плаката.
СТАЛЬ СТРУКТУРА СВОЙСТВА ЗУБЧАТОЕ КОЛЕСО ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС АВТОМАТИЗАЦИЯ МЕХАНИЗАЦИЯ ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА
Целью проекта является проектирование участка химико-термической обработки зубчатых колёс коробки передач с раздаточной коробкой.
Произведен анализ нагружения детали, структура детали.
Выбрана марка стали и разработан технологический процесс термообработки. Проведен расчет температурно-временных параметров процесса, а также основного, вспомогательного и дополнительного оборудования, производственной программы, предложены средства механизации и автоматизации процесса. Рассчитаны площади и спроектирована планировка участка и печей СШЦМ-6.12/10 и СШО-6.12/3.
В работе содержится графическая часть, включающая планировку участка, термического оборудования, схема технологической карты и маршрутная технология.
ВВЕДЕНИЕ
Одной из основных задач в машиностроении является широкое технологическое нерациональное производство насосов и другой техники используемой в промышленности. Для полного обеспечения в промышленности необходимо повысить количество высокоэффективной техники.
Большое значение для ее расширения имеет проблема повышения долговечности деталей поршней и другой техники, и расхода запаса частей.
|
|
|
Существующее производство имеет ряд недостатков, поэтому требуется введение новых процессов. Широкое применение термообработки в машиностроении обусловлено возможностью эффективного повышения качества надежности машин и входящих в них механизмов, увеличение срока службы и повышение технологических характеристик, что приведет к улучшению качества работ на таких машинах. Поэтому дальнейшее совершенствование и реконструкция термических цехов - главная задача, которую необходимо решить в ближайшее время. В основе термической обработки лежат процессы нагрева и охлаждения, поэтому нагревательные и охлаждающие устройства составляют основу оборудования термических цехов. Применение автоматизированных печей, поточных линий и агрегатов позволяет повысить эффективность производства, производительность труда, достигнуть стабильности выполнения термических процессов, сократить количество рабочих и необходимых площадей, упростить планирование производства.
Непрерывное совершенствование термических процессов, оборудования и внедрения наиболее прогрессивных методов производства - характерные черты современной промышленности.
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ
Анализ нагружения деталей и требования к ним
Зубчатые колёса широко применяют в машинах, механизмах и приборах различных отраслей машиностроения. Наилучшая макроструктура зубчатых колёс получается при штамповке, когда расположение волокон соответствует конфигурации колеса, так как в этом случае прочность на изгиб повышается.
Зубчатое колесо коробки передач с раздаточной коробкой, испытывает циклические нагрузки и трение при движении. При трении сопряжённых поверхностей имеет место износ поверхности, который является сложным процессом. При работе испытывает циклический изгиб и контактное напряжение.
|
|
|
Следовательно, для данной детали требуется предел выносливости, высокая контактная и усталостная прочность, прочность при изгибе, ударе и износостойкость зуба, твердость поверхности, обеспечивающие надежность и длительность в эксплуатации данного зубчатого колеса в соответствующем узле.
Структура деталей
В машиностроении потребляется около 40% от производства в стране стали и по числу марок машиностроительной стали, являются многочисленными. Они используются в зависимости от вида деталей, их назначения и условий эксплуатации.
Для зубчатых колес, втулок, обойм, гильз, дисков, плунжеров, рычагов и других деталей, к которым предъявляются требования высокой поверхностной твердости при невысокой прочности сердцевины, применяются следующие марки сталей: 20Х, 12ХНЗА,12Х2Н4А, 25ХГМ, 20ХН2М, 18ХГТ, 25ХГТ, 30ХГТ, 20ХГР.
Заготовка попадает на завод в нетермообработанном виде со структурой феррит + перлит, то есть изготовлена из стали 25ХГТ, подходящей для деталей в условиях ее эксплуатации.
Для зубчатого колеса необходимо получение высокой твердости HRC 59 - 63 единицы, прочности, износостойкости поверхностного слоя в сочетании с пластичной сердцевиной самого изделия, что достигается с помощью химико-термической обработки.
После обработки зубчатое колесо должно иметь следующую структуру:
- поверхностный слой - Мзак + карбиды + Аост.
- Сердцевина - бейнитная.
Выбор марки стали и ее описание
Зубчатое колесо должно обладать высокой твердостью на поверхности и невысокой прочностью сердцевины. Поэтому в качестве материала для этой детали можно выбрать следующие стали: 18ХГТ, 25ХГТ, 30ХГТ.
Таблица 1.1 - Химический состав сталей
| Марка стали | C | Si | Mn | Cr | Ti | S | P | Ni | Cu |
| не более | |||||||||
| 18ХГТ | 0,17- 0,23 | 0,17- 0,37 | 1,5- 2,0 | 1,00- 1,30 | 0,03- 0,09 | 0,035 | 0,035 | 0,30 | 0,30 |
| 25ХГТ | 0,22-0,29 | 0,17-0,37 | 0,80-1,10 | 1,00-1,30 | 0,03-0,09 | 0,035 | 0,035 | 0,30 | 0,30 |
| 30ХГТ | 0,24-0,32 | 0,17-0,37 | 0,80-1,10 | 1,00-1,30 | 0,03-0,09 | 0,035 | 0,035 | 0,30 | 0,30 |
Зубчатые колёса из хромомарганцетитановых сталей подвергают газовой цементации (при t =920 - 950°C) с непосредственной закалкой из цементационной печи после предварительного подстуживания до 840 - 860°C. После закалки – отпуск при t = 180 - 200°C
|
|
|
Таблица 1.2 - Температура критических точек сталей, ºС
| Марка стали | Ас1 | Ас3 (Асm) | Ar3 (Arcm) | Ar1 | Mн |
| 18ХГТ | 740 | 825 | 730 | 650 | 360 |
| 25ХГТ | 750 | 940 | - | 710 | 210 |
| 30ХГТ | 770 | 825 | 740 | 665 | - |
Таблица 1.3 - Механические свойства сталей
| Марка стали | Состояние поставки, режим термической обработки | Сечение, мм | Не менее | КСU Дж/см2 | НВ не более | ||||
| σ0,2, МПа | σb, МПа | δ, % | φ, % | ||||||
| 18ХГТ | Цементация 920-950ºС, воздух. Закалка 820 – 860ºС, масло. Отпуск 180 - 200 ºС, воздух. | 60 | 780 | 980 | 9 | 50 | 78 | пов 57- 64 | |
| 25ХГТ | Цементация 920-950ºС, воздух. Закалка 840 – 860ºС, масло. Отпуск 190 - 210 ºС, воздух. | 100 | 1100 | 1500 | 9 | - | 60 | пов 57- 63 | |
| 30ХГТ | Цементация 920-950ºС, воздух. Закалка 840 – 860ºС, масло. Отпуск 180 - 200 ºС, воздух. | 100 | 730 | 880 | 12 | 35 | 59 | пов 57- 63 | |
Таблица 1.4 - Технологические свойства
| Марка стали | Свариваемость | Обработка резанием | Флокено-чувствительность | Склонность к отпускной хрупкости |
| 18ХГТ | Сваривается без ограничений (кроме ХТО) | После нормализации при НВ = 156-159, σв = 530 МПа | Не чувствительна | Мало склона |
| 25ХГТ | Сваривается | - | Чувствительна | Склонна |
| 30ХГТ | Ограниченно сваривается | После нормализации при НВ = 364, σв = 860 МПа | Не чувствительна | Мало склонна |
Основными легирующими элементами конструкционной машиностроительной стали, являются: хром, никель, молибден, вольфрам, титан, алюминий, марганец, кремний, бор.
Роль легирующих элементов и в цементуемой стали заключается прежде всего в том, что уменьшают критическую скорость охлаждения и повышают прокаливаемость. В следствии этого детали могут закаливаться в масле или на воздухе, что способствует уменьшению деформации и короблению при закалке, понижает опасность образования трещин и остаточных напряжений в переходном слое.
В следствии влияния на прокаливаемость, а также в других направлениях легирующие элементы повышают прочность сердцевины.
Прочность сердцевины, в том числе её усталостная прочность, может быть значительно повышена за счёт более высокого содержания в стали углерода, при этом наблюдается некоторое падение вязкости.
|
|
|
Введение в сталь до 0,25 – 0,30%С улучшает также её обрабатываемость резаньем против стали, содержащей 0,1 – 0,18%С, это имеет важное значение, так как многие из легирующих элементов ухудшают обрабатываемость резаньем.
В стали 25ХГТ присутствуют титан, марганец, хром, являющиеся легирующими элементами, а также фосфор, сера, медь и никель ― вредными примесями.
Вредные примеси в стали находятся в малом количестве и поэтому не сильно влияют на свойства стали.
Главным легирующими элементами является хром. Он повышает механические свойства, стали при статической и ударной нагрузке, повышает прокаливаемость и стойкость на истирание.
Марганец ― образует с углеродом карбиды, что способствует повышению твердости поверхности и прочности и затрудняет рост зерна. Также он уменьшает склонность к образованию в цементированном слое анормальной структуры.
Титан ― является раскислителем азота, благодаря чему сталь получается более плотной и однородной, и повышается жаропрочность.
Анализируя стали 18ХГТ, 25ХГТ, 30ХГТ можно сказать, что механические свойства этих сталей очень похожи, что следует из таблицы 1.3. Как видно из таблицы 1.2. температура критических точек также мало отличается. А из таблицы 1.4. можно сказать, что у сталей 18ХГТ и 30ХГТ одинаковые технологические свойства.
Сделав выводы, можно сказать, что стали по всем требованиям подходят для данной детали. Но так как содержание углерода больше 0.1 – 0.18% улучшает обрабатываемость резаньем и имеет важное значение, то подходят стали 25ХГТ и 30ХГТ. Так как стали различаются только содержанием углерода, то возьмём сталь 25ХГТ, она полностью удовлетворяет требованиям эксплуатации зубчатых колёс коробки передач.
|
|
|
