 |
Уклоны формовочные, стержневые знаки, допуски размеров
|
|
|
|
(ГОСТ 3212-92)
Формовочные уклоны в зависимости от требований, предъявляемых к поверхности отливки, следует выполнять:
1) на обрабатываемых поверхностях отливки сверх припуска на механическую обработку за счет увеличения размеров отливки. Допускается выполнение уклонов за счет уменьшения припуска, но не более 30 % его значения;
2) на необрабатываемых поверхностях отливки не сопрягаемых по контуру с другими деталями, за счет увеличения и уменьшения размеров отливки;
3) на необрабатываемых поверхностях отливки, сопрягаемых по контуру с другими деталями, за счет уменьшения или увеличения размеров отливки в зависимости от поверхностей сопряжения.
Значения формовочных уклонов формообразующих поверхностей модельного комплекта для песчано - глинистых смесей (ПГС) приведены в табл. 3.1.
Значения формовочных уклонов формообразующих поверхностей модельных комплектов, предназначенных для форм, твердеющих в контакте с оснасткой (жидкотвердеющие самотвердеющие смеси - ЖСС, холоднотвердеющие смеси - ХТС, жидкостекольные пластичные самотвердеющие смеси - ПСС), и оболочковых формах приведены в таблицах ГОСТ 3212-92.
На торцах модели типа ступенчатого цилиндра в случае совпадения осей модели и формы при изготовлении форм импульсной формовкой, а также, когда технологией предусмотрено снятие полуформы с модели, допускается значения формовочных уклонов увеличивать в 1,5 раза по сравнению с величинами, указанными в табл. 3.1. Значения формовочных уклонов для литья по выплавляемым моделям приведены в таблице 3.1.
Таблица 3.1
| Высота модели, мм | Формовочный уклон b | |||
| для наружных поверхностей | для внутренних поверхностей | |||
| мм | мм | |||
| До 10 | 0°30¢ | 0,08 | 1°30¢ | 0,26 |
| 10...16 | 0°20¢ | 0,09 | 1°00¢ | 0,28 |
| 16…25 | 0°15¢ | 0,10 | 0°45¢ | 0,33 |
| 25…40 | 0°15¢ | 0,16 | 0°45¢ | 0,52 |
| 40…63 | 0°10¢ | 0,18 | 0°30¢ | 0,55 |
| 63…100 | 0°10¢ | 0,29 | 0°30¢ | 0,87 |
|
|
|
3.1.3. Заготовки, получаемые ковкой и штамповкой
Этот вид заготовок получают обработкой давлением, т.е. ковкой и штамповкой (горячей, холодной и листовой).
Как известно, в единичном и мелкосерийном производствах поковки изготавливают обычно свободной ковкой под молотами и прессами.
По мере увеличения масштаба производства усиливается тенденция приблизить форму и размеры заготовок к формам и размерам готовых деталей. Для этого свободную ковку заменяют штамповкой.
Сущность процесса горячей объемной штамповки заключается в принудительном перераспределении металла нагретой заготовки в ручьях штампа. Деформируемый металл приобретает форму, соответствующую фигуре ручья.
В мелкосерийном, а иногда и в единичном производствах применяется ковка в подкладных штампах на ковочных молотах или гидравлических и фрикционных прессах. Простые поковки штампуют с получением окончательной формы непосредственно из исходной заготовки в виде круглого или квадратного проката. Применяется также способ комбинированной ковки и горячей штамповки, заключающийся в расчленении процесса на предварительную свободную ковку и последующую штамповку, выполняемую под кривошипным прессом. Этот способ обеспечивает уменьшение расхода металла на 40-50% по сравнению со свободной ковкой.
В серийном и массовом производствах штамповку производят в закрепленных штампах, которые обеспечивают более точную форму и размеры штамповок. окончательная форма заготовки получается за счет последовательной штамповки в нескольких ручьях, выполненных в одном штамповом блоке. Для повышения производительности часто в виде исходной заготовки применяется периодический прокат. В этом случае сокращается число заготовительных ручьев.
|
|
|
Большая экономия металла за счет уменьшения обезуглероженного слоя получается при индукционном нагреве заготовок (слой окалины уменьшается в 2-3 раза по сравнению с нагревом в пламенных печах). Штамповка в обычных (открытых) штампах ведет к потере металла за счет образования облоя до 2-% от веса заготовки. Эти потери устраняются при переходе к безоблойной штамповке в закрытых штампах. Но при этом необходимо обеспечить более точную весовую (или объемную) дозировку исходных заготовок.
Более совершенным методом получения заготовок по сравнению с молотами и прессами является штамповка на горизонтально-ковочных машинах (ГКМ). Таким способом можно получить поковки весом от 0,1 до 100 кг. На ГКМ простые заготовки штампуют в безоблойных штампах, а сложные – с небольшим облоем (0,5-1% веса поковки). Штамповка производится из прутков и труб. Так как штампы имеют две взаимно перпендикулярные плоскости разъема, можно получать такие сложные формы поковок, которые невозможно получать на другом оборудовании. Заготовки, полученные на ГКМ, отличаются малыми припусками и допусками, без штамповочных уклонов (за исключением внутренних полостей). Они, как правило, имеют более благоприятное расположение волокон, что повышает качество заготовок. Для процесса характерны высокая производительность и относительно небольшая себестоимость продукции.
Холодная объемная штамповка (высадка) осуществляется на высадочных пресс-автоматах. Их производительность составляет 30-400 шт/мин. Этим методом получают крепежные детали (болты, винты, заклепки), пальцы, толкатели клапанов, ролики и шарики, мелкие ступенчатые валики и т.д. В некоторых случаях производится высадка с подогревом. Холодную высадку выполняют из калиброванного прутка диаметром до 25 мм из стали, цветных металлов и сплавов. Этот способ получения заготовок отличается высоким коэффициентом использования металла.
Калибровка (чеканка) является одной из отделочных операций и проводится в холодном или горячем состоянии. При этом используется многократная штамповка в закрепленных штампах. Заготовку последовательно штампуют в 2-3 чистовых ручьях с обрезкой облоя. Каждый последующий ручей все больше и больше уточняет форму и размеры заготовки, приближая их к форме и размерам готовой детали. Холодная калибровка более точная, чем горячая.
|
|
|
Шероховатость поверхности, достигаемая холодной калибровкой, составляет Rа 1,6-0,4 мкм, а горячая - Rа 12,5-3,2 мкм.
Горячая штамповка с последующей калибровкой обеспечивает большую экономию металла по сравнению с обычной штамповкой и последующей обработкой снятием стружки.
Горячая штамповка жидкого металла является прогрессивным методом производства заготовок. Свободно залитый в пресс-форму металл выдавливается под действием пуансона, заполняет полость ручья и кристаллизуется под давлением. Такая кристаллизация улучшает структуру металла. Отливка получается плотная, без пористости. Большим преимуществом данного метода является экономия металла за счет отсутствия литниковой системы. Жидкой штамповкой можно получать заготовки как из стали, так и из литейных цветных сплавов. При этом удельное давление уменьшается в 6-8 раз по сравнению с горячей штамповкой.
Припуски на механическую обработку составляют 0,5-1 мм на сторону, точность размеров соответствует 14 квалитету, а шероховатость поверхности Rа 3,2 мкм. Выход годного металла составляет 95-98%.
Раскатка заготовок. Раскаткой называется технологическая операция, посредством которой производится одновременное увеличение наружного диаметра и диаметра отверстия кольцевой поковки за счет уменьшения толщины её стенки. При этом можно получить необходимую форму поперечного сечения заготовки.
Наибольшее распространение получил так называемый открытый способ раскатки, когда нагретая заготовка надевается на центральный раскатной валок, а вращающийся нажимной валок деформирует заготовку.
Особое место в заготовительном производстве занимает подшипниковая промышленность. Так, например, кольца упорных подшипников характеризуются большим значением отношения размеров колец (в плане) к их высоте, что затрудняет получение их традиционной штамповкой. В связи с этим велик объём механической обработки при их изготовлении. Количество таких колец довольно велико; их изготовление требует большого расхода материальных и сырьевых ресурсов, а также дорогостоящего оборудования.
|
|
|
Большинство традиционных способов обработки давлением (ОМД) направлено на обработку металлов, находящихся в горячем или полугорячем (пластическом) состоянии, поэтому имеют место затраты на нагрев, на нагревательное оборудование и т. п., кроме того, необходимо учитывать такие недостатки как тяжелые условия труда, экологические проблемы, безвозвратные отходы. Необходимо заметить также, что наиболее эффективными из ОМД являются методы объёмной обработки (штамповки, например), основанные на локальном приложении деформирующей нагрузки. Их суть в том, что формоизменение производится только над частью заготовки и при повторении и перемещении охватывает весь объем. При локальном нагружении пластическое состояние металла в зоне деформации достигается при значительно меньшем значении усилия. Это даёт возможность осуществлять процесс на оборудовании меньшей мощности и перейти на обработку в холодном состоянии.
Подсчитано, что общие затраты при горячей штамповке в 1,5...2,5 раза превышают затраты по сравнению с полугорячей и в 2...3 раза по сравнению с холодной штамповкой. При горячей штамповке отходы металла составляют 20%, при полугорячей - 6%. Установлено, так же, что при изготовлении деталей такими способами как полугорячей, горячей штамповкой, механической обработкой (резанием) или холодной объёмной штамповкой, полезное использованием металла (коэффициент использования металла КИМ) составляет 80%; 75...80%; 40...50%; 85-90% соответственно. Изготовление деталей холодной объёмной штамповкой позволило уменьшить последующую механическую обработку до минимума и получать детали практически с готовыми рабочими поверхностями.
В зависимости от характера течения металла процессы изготовления заготовок холодной объемной штамповкой можно представить состоящими из ряда технологических операций (рис.3.10), последовательное или одновременное применение которых позволяет осуществить заданное формоизменение заготовки при изготовлении детали.
Рис. 3.10. Классификация технологических операций
холодной объёмной обработки давлением
Большое внимание получению заготовок методом холодной раскатки уделяется кафедрой «Технология машиностроения» Саратовского государственного технического университета. В последние годы здесь разработан целый ряд новых способов холодной раскатки колец подшипников, спроектировано, изготовлено и внедрено на промышленных предприятиях уникальное оборудование для реализации новых технологий.
|
|
|
3.1.3.1 Штампованные поковки
Стандартом [88] установлен ряд терминов и пояснений часть из которых будет рассмотрена в этом разделе.
Поковка стальная штампованная – изделие изготовленное горячей объемной штамповкой в соответствии с техническими требованиями ГОСТ 8479-70 [41].
Смещение по поверхности разъема штампа (m) – отклонение формы поковки в виде наибольшего линейного переноса по плоскости одной части поковки относительно другой, вычисляемое по формулам:
для штампов с одной поверхностью разъёма (рис.3.11)
;
для штампов с двумя и более поверхностями разъема (рис.3.11)
,
где m - величина смещения;
- наименьший размер поковки в направлении линейного переноса;
- наибольший размер поковки в направлении линейного переноса.
Рис. 3.11
Остаточный облой – выступ, оставшийся на поковке после обрезания облоя или пробивки отверстия.
Кузнечный напуск – дополнительный объем металла (слой) на обрабатываемых или необрабатываемых частях поверхности поковки, необходимый для осуществления формоизменяющих операций. Кузнечные напуски могут быть образованы на поковке штамповочными уклонами, радиусами закругления внутренних углов, непробиваемой перемычкой в отверстиях и невыполнимыми в штамповочных операциях поднутрениями и полостями. На поверхностях отверстий в поковках, полученных на горизонтально-ковочных машинах, штамповочный уклон не должен превышать 3°.
Исходный индекс – условный показатель, учитывающий в обобщенном виде сумму конструктивных характеристик (класс точности, группу стали, степень сложности, конфигурацию поверхности разъема) и массу поковки.
По точности изготовления поковки могут быть пяти классов (от 1-го класса точности Т1 до 5-го - Т5). Класс точности поковок устанавливают в зависимости от технологического процесса и оборудования по табл. 3.2, а также исходя из требований, предъявляемых к точности размеров поковки. Допускаются различные классы точности для размеров одной и той же поковки. При этом класс точности определяется по преобладающему числу размеров одного класса точности, предусмотренному чертежом поковки.
Группа стали поковок определяется по содержанию углерода и легирующих элементов: М1 - углерода до 0,35% и суммарной массовой долей легирующих элементов до 2%; М2 - 0.35…0,65% и 2…5%, М3 - свыше 0,65% и 5% соответственно.
По конфигурации поверхности разъема используемого штампа различают поковки с плоской (П) и симметрично (Ис) или несимметрично (Ин) изогнутой поверхностью разъема.
Степень сложности поковки является одной из конструктивных характеристик формы поковок, качественно оценивающей её. Эту характеристику используют при назначении припусков и допусков заготовки.
Степень сложности поковки определяется
с = gп/gф,
где gп - масса (объем) поковки;
gф - масса (объем) геометрической фигуры минимального объема, в которую вписывается поковка.
 |
Рис. 3.12
Геометрическая фигура может быть шаром, параллелепипедом, цилиндром с перпендикулярной к его оси торцами или прямой правильной призмой (рис. 3.12). При вычислении отношения принимают ту из геометрических фигур, масса (объем) которой наименьший.
Степеням сложности поковок соответствуют следующие численные значения отношения gп/gф:
С1 – св. 0,63
С2 – св. 0,32 до 0,63 вкл.
С3 – св. 0,16 до 0,32 вкл.
С4 – св. 0,16
Поковки типа тонких дисков, фланцев и колец с отношением толщины к диаметру h/d £ 0,2 относятся к поковкам со степенью сложности с4.
Класс точности, группа стали, степень сложности должны быть указаны на чертеже поковки.
Правила выполнения чертежа поковки регламентированы ГОСТ 3.1126-88.
Технические требования к поковке устанавливаются по ГОСТ 8479-70.
По способу производства поковки делятся на молотовые, штампуемые на прессах (кривошипных горячештамповочных, гидравлических, винтовых) и горизонтально-ковочных машинах, получаемые специализированными методами штамповки. Поковки каждого вида дополнительно подразделяются на группы, в значительной степени определяющие характер следующего технологического процесса.
Штамповочные уклоны должны устанавливаться на поверхностях, располагающихся параллельно движению бабы молота или ползуна пресса. Уклоны служат для облегчения заполнения полости штампа и удаления из неё поковки.
Штамповочные уклоны делятся на внешние a (рис. 3.13, а), относящиеся к поверхностям, по которым между поковкой и стенкой штампа образуются зазоры вследствие тепловой усадки при остывании поковки, и внутренние b, относящиеся к поверхностям, которые при остывании поковки оказываются плотно посаженными на выступы штампа. При сложной конфигурации поковки один и тот же уклон может неоднократно переходить из наружного во внутренний и обратно. На поковках, имеющих форму тел вращения, с целью экономии металла делают двойные уклоны: входной g и основной a (рис. 3.13, б).
Рис. 3.13. Штамповочные уклоны:
а - обычные; б - двойные;
a - наружный; b - внутренний; g - входной
Штамповочные уклоны зависят от формы и размеров полости штампа в плане, её глубины, материала поковки, способа штамповки, наличия выталкивателей и т.п. Рекомендуемые значения уклонов приведены в таблице 3.3. Меньшее значение принимают при малом отношении глубины к ширине полости штампа. После назначения штамповочные уклоны корректируют таким образом, чтобы линия разъёма в верхнем и нижнем штампах была одинаковой. После этого на все пересечения поверхностей поковки назначают радиусы закруглений, которые уменьшают концентрацию напряжения в углах ручьёв штампа, улучшают заполнение полости штампа и уменьшают износ острых углов и кромок штампов.
Различают два вида радиусов закругления штампов: внутренние и наружные, или внешние. Наружный радиус у поковок трудно выполнить небольшим: металл затекает в угол штампа с малым радиусом в последнюю очередь. Чем больше глубина полости штампа, заполняемой выдавливанием, тем труднее получить малый радиус закругления у поковки.
Согласно гост 7505-89 радиусы закруглений внешних углов поковок выбирают по таблице 3.4. В зависимости от массы поковки и глубины полости ручья штампа. Внутренние радиусы примерно в 3 раза больше соответствующих наружных. Достаточно, чтобы значения этих радиусов были на 0,5…1мм больше припуска на механическую обработку поковки. Если для обрабатываемых кромок рекомендуемый радиус окажется меньше суммы значения наружного радиуса закругления (или фаски) на обработанной детали и назначенного припуска, то полезно радиус увеличить до указанной суммы.
Наружные радиусы закруглений у необрабатываемых поверхностей обычно увеличивают. Для облегчения заполнения трудно выполнимых рёбер и бобышек рекомендуются максимальные радиусы на их вершине, чтобы на последней оставался небольшой плоский участок или получалось полное закругление вершины одним радиусом.
Для упрощения изготовления ручьёв штампов значения принятых радиусов закруглений рекомендуется унифицировать в каждой поковке, назначая неодинаковые радиусы только в тех случаях, когда это упрощает изготовление штампа.
Например. Технические условия:
1. Неуказанные штамповочные уклоны 15¢; радиусы r5.
Уклоны устанавливаются с учётом рекомендаций таблицы 3.3: для наружных поверхностей, формируемых пуансоном - 15¢, матрицей - 3°.
В соответствии с рекомендациями таблицы 3.4 и требованиями чертежа готовой детали устанавливаются радиусы закруглений 5 мм.
2. Допускаемый заусенец - до 7,5.
Заусенец – это выступ, образовавшийся на поверхности поковки в не предусматриваемых для размещения облоя местах сочленения частей штампа (зазорах), а также при обрезке облоя и пробивке отверстия и измеряемый по высоте. Допускаемая величина заусенца определяется по гост 7505-89.
3. Допускаемое смещение по плоскости разъёма штампа не более 1,2.
4. Класс точности изготовления - т4, группа стали - м1, степень сложности - с3.
Таблица 3.2
Выбор класса точности поковок
| Основное деформирующее оборудование, технологические процессы | Класс точности | ||||
| Т1 | Т2 | Т3 | Т4 | Т5 | |
| Кривошипные горячештамповочные прессы: открытая (облойная) штамповка закрытая штамповка выдавливание | + | + + | + + | + | |
| Горизонтально-ковочные машины | + | + | |||
| Прессы винтовые гидравлические | + | + | |||
| Горячештамповочные автоматы | + | + | |||
| Штамповочные молоты | + | + | |||
| Калибровка объемная (горячая и холодная) | + | + | |||
| Прецизионная штамповка | + |
Допускаются различные классы точности для разных размеров одной и той же поковки. При этом класс точности определяется по преобладающему числу размеров одного класса точности, предусмотренному чертежом поковки, и согласовывается между изготовителем и потребителем. Степень сложности определяется по гост 7505- 89.
Примечания: 1.Прецизионная штамповка - способ штамповки, обеспечивающий устанавливаемую точность и шероховатость одной или нескольких функциональных поверхностей поковки, которые не подвергаются окончательной обработке.
2. При пламенном нагреве заготовок допускается снижение точности для классов Т2 - Т4 на один класс.
3. При холодной или горячей плоскостной калибровке точность принимается на один класс выше.
Таблица 3.3
Штамповочные уклоны
| Штамповочное оборудование | Штамповочные уклоны | |
| наружные | внутренние | |
| Молоты Кривошипные горячештамповочные прессы с выталкивателем Гидравлические прессы Прессы без выталкивателя Горизонтально- ковочные машины: поверхности, выполняемые пуансоном поверхности, выполняемые матрицей | 1…7 3…5 1…2 5…7 0.25…1 0.5…5 | 3…10 5…7 2…4 7…10 0.25…3 1…7 |
Таблица 3.4
Наименьшие радиусы закруглений внешних углов поковок, мм
| Масса поковки (свыше …до), кг | Наименьшие радиусы закруглений при глубине полости штампа (свыше … до), мм | |||
| до 10 | 10…25 | 25…50 | свыше 50 | |
| до 1,0 1,0…6,0 6,0…16,0 16,0…40,0 40,0…100,0 свыше 100,0 | 1,0 1,6 2,0 2,5 3,0 4,0 | 1,6 2,0 2,5 3,0 4,0 5,0 | 2,0 2,5 3,0 4,0 5,0 6,0 | 3,0 3,5 4,0 5,0 7,0 8,0 |
На графическом документе на поковку допускается наносить контур детали, выполняя его тонкой штрихпунктирной линией с двумя точками, при этом допускается не изображать отдельные элементы детали.
На графическом документе на поковку допускается наносить под размерами поковки размеры детали в круглых скобках.
 |
Расположение плоскости разъема формообразующих поверхностей штампа следует изображать штрихпунктирной линией, обозначенной на концах знаком (см. рис.3.14)
Рис.3.14
Место отбора образца для испытаний следует наносить на изображении поковки сплошной тонкой линией, а размеры образца указывать в технических требованиях чертежа.
Оглавление
Термообработка
Термическая обработка - самый распространенный в технике способ изменения свойств металлов и сплавов. На металлургических и машиностроительных заводах термическая обработка является одним из важнейших звеньев технологического процесса производства полуфабрикатов и деталей машин. Термообработку применяют как промежуточную операцию для придания металлу или сплаву такого комплекса механических, физических и химических свойств, который обеспечивает необходимые эксплуатационные характеристики изделия. Чем ответственней конструкция, тем, как правило, больше в ней термически обработанных деталей.
Любой процесс термической обработки деталей можно описать графиком, показывающим изменение температуры во времени. По такому графику можно определить температуру нагревания, время нагревания и охлаждения, средние и истинные скорости нагревания и охлаждения, время выдержки при температуре нагревания и общую продолжительность производственного цикла. Но по форме этого графика ничего нельзя сказать о том, с каким видом термообработки мы имеем дело. Вид термообработки определяется не характером изменения температуры во времени, а типом фазовых и структурных изменений в металле.
Термическая обработка подразделяется на собственно термическую, термомеханическую и химико-термическую. Собственно термическая обработка заключается только в термическом воздействии на металл или сплав, термомеханическая - в сочетании термического воздействия и пластической деформации, химико-термическая - в сочетании термического и химического воздействия.
Отжиг. Отжиг заключается в нагревании стальных деталей до определенной температуры (обычно 750 - 900°С в зависимости от содержания в стали углерода) и выдержке при этой температуре с последующим медленным охлаждением вместе с печью. Отжиг производится для повышения ударной вязкости стали, получения однородности структуры, улучшения обрабатываемости, а также для снятия внутренних напряжений в изделиях после различных видов обработки.
Нормализация. Нагрев стали до определенной температуры (800 - 1000°С в зависимости от содержания углерода в стали) с выдержкой при этой температуре и последующим охлаждением на воздухе называется нормализацией. Нормализации подвергаются отливки и поковки для устранения в них внутренних напряжений, наклепа и повышения механических свойств стали.
Закалка. Операция термической обработки, состоящая из нагрева до определенной температуры (обычно 750 - 900°С в зависимости от содержания углерода в стали), выдержки при этой температуре и последующего быстрого охлаждения в воде, масле, водных растворах солей и т. д., называется закалкой. При закалке повышаются прочность, твердость, износостойкость конструкционных сталей и придается режущая способность инструментальной стали. Закалка применяется для сталей с содержанием углерода не менее 0,3%.
Существуют следующие способы закалки сталей:
1. Закалка в одной среде. Эта закалка, простая по исполнению, не пригодна для любой стали или изделия, так как быстрое охлаждение изделий переменного сечения при большой разности температур способствует образованию значительных внутренних термических и структурных напряжений. Эти напряжения могут привести к короблению изделия и трещинам. В одной среде закаливаются только детали простой формы (ролики, пальцы и др.).
2. Закалка в двух средах. Применяется для инструментов из высокоуглеродистых сталей и состоит в том, что изделие сначала охлаждают в воде (до 550 - 500°С), а затем в масле для полного охлаждения.
3. Ступенчатая закалка. Производится путем быстрого охлаждения изделия в соляной ванне с температурой 240 - 250°С с последующим охлаждением до обычной температуры в масле или на воздухе. При такой закалке уменьшаются внутренние напряжения, а также возможность коробления и образования трещин.
4. Изотермическая закалка. Производится так же, как и ступенчатая, но с более длительной выдержкой при температуре ванны. В этом случае исключается возможность образования трещин и в значительной степени уменьшается коробление.
5. Светлая закалка. Осуществляется в специальных печах с защитной средой методом ступенчатой закалки с охлаждением в расплавленной едкой щелочи. После такой закалки изделия имеют светлую поверхность и не требуется пескоструйная очистка.
6. Закалка с самоотпуском. Эта закалка состоит в том, что изделие выдерживают в охлаждающей среде не до полного охлаждения, чтобы сохранить в нем достаточное количество тепла для отпуска. Применяется для зубил, кернеров и другого инструмента, которые должны иметь высокую твердость поверхности и вязкую сердцевину.
Поверхностная закалка. Для многих деталей машин требуется, чтобы они имели высокую твердость, хорошо сопротивлялись истиранию и одновременно не были хрупкими, т. е. имели бы твердый поверхностный слой и вязкую сердцевину. Для таких деталей применяется поверхностная закалка, которая производится при нагреве т. в. ч. (токами высокой частоты), в электролите или электроконтактным методом.
Отпуск. Нагрев закаленной стали до определенной температуры, выдержка при этой температуре и последующее охлаждение называются отпуском. Целью отпуска является устранение или уменьшение напряжений в стали, понижение ее твердости и повышение вязкости.
Различают следующие виды отпуска изделий:
- низкий отпуск - нагрев до температуры 150 - 300°С, выдержка и охлаждение на воздухе;
- средний отпуск, производимый при температурах 300 - 500°С и применяемый для пружин, рессор, и инструментов, которые должны иметь значительную прочность и упругость при средней твердости;
- высокий отпуск, осуществляемый при температурах 500 - 600°С, для получения наибольшей вязкости при достаточной прочности и упругости стали. Высокий отпуск применяют для изделий из конструкционных сталей, подвергающихся высоким напряжениям в случае ударных нагрузок (шатуны, шатунные болты и т. п.).
Для изменения структуры и свойств закаленного сплава его нагревают - подвергают старению или отпуску.
Сравнительно недавно было предложено термин «отпуск» применять только к тем сплавам, которые были подвергнуты закалке с полиморфным превращением, а термин «старение» - в случае закалки без полиморфного превращения.
Главным процессом при старении и отпуске большинства закаленных промышленных сплавов является распад метастабильного твердого раствора. При этом сплав переходит в более стабильное состояние, хотя обычно и далекое от истинного равновесия, для которого характерен абсолютный минимум свободной энергии.
Основные параметры старения и отпуска - температура и время выдержки. Скорости нагрева и охлаждения обычно играют подчиненную роль. Исключение составляет специфическое явление отпускной хрупкости легированных сталей при замедленном охлаждении с температуры отпуска.
Старение - это термическая обработка, при которой в сплаве, подвергнутом закалке без полиморфного превращения, главным процессом является распад пересыщенного твердого раствора.
Старение закаленных деталей проводится с целью повышения их прочности.
Старение подразделяют на естественное, происходящее при комнатной температуре, и искусственное, требующее нагрева до определенной температуры.
В зависимости от режима, структурных изменений и получаемого комплекса свойств искусственное старение можно подразделить на полное, неполное, перестаривание и стабилизирующее старение.
Полное искусственное старение проводят при такой температуре и продолжительности, которые обеспечивают достижение максимальной прочности.
Неполное искусственное старение - это старение с более короткой выдержкой или при более низкой температуре, чем полное, с целью повысить прочность при сохранении достаточной пластичности.
Перестаривание - это старение при более высокой температуре или большей выдержке, чем полное, с целью получить сочетание повышенных прочности, пластичности, коррозионной стойкости, электропроводности и других свойств.
Стабилизирующее старение - это разновидность перестаривания, целью которого является стабилизация свойств и размеров изделия.
Термомеханическая обработка (ТМО) - это термическая обработка, включающая пластическую деформацию, которая благодаря повышенной плотности дефектов влияет на формирование структуры при фазовых превращениях, происходящих во время термического воздействия. В настоящее время в промышленности используют разнообразные схемы ТМО, включающие горячую и (или) холодную пластическую деформацию, которая оказывает определяющее влияние на формирование структуры сплава при старении, при перлитных, бейнитных и мартенситных превращениях.
Химико-термическая обработка (ХТО) - это термическая обработка, сочетающая тепловое воздействие с химическим, в результате чего изменяются состав и структура в поверхностных слоях, а иногда и по всему объему изделия. Этой обработке подвергаются изделия, которые должны иметь твердую и износостойкую поверхность при сохранении вязкой сердцевины и высокого сопротивления усталости.
Для изменения химического состава изделие нагревают в активной среде. Во время выдержки изделие диффузионно обогащается элементами из внешней среды. Кроме того, химико–термическую обработку можно использовать для диффузионного удаления из изделия примесей, а в отдельных случаях и основных компонентов.
В промышленности применяют множество способов ХТО, различающихся диффундирующими элементами, типом и составом внешней среды, химизмом процессов в ней, техникой исполнения и другими признаками.
В зависимости от агрегатного состояния внешней среды, в которую помещают обрабатываемое изделие, различают ХТО в твердой, жидкой и газовой средах. Ниже, в качестве примеров, рассмотрены некоторые типовые разновидности ХТО. Эти примеры относятся, главным образом, к сталям, так как ХТО чугунов и цветных металлов и сплавов в промышленности применяют гораздо реже.
Цементация - процесс насыщения поверхностного слоя стальных изделий углеродом. Цементация осуществляется с целью получения высокой твердости на поверхности изделия при сохранении вязкой сердцевины; она способствует повышению износостойкости и предела выносливости.
Цементации подвергаются детали из низкоуглеродистых сталей (с содержанием углерода до 0,25%), работающие в условиях контактного износа и знакопеременных нагрузках (шестерни, втулки, поршневые пальцы, кулачки, колонки и т.д.)
Для цементации детали поступают после механической обработки с припуском под шлифование 0,05-0,10 мм. Участки не подлежащие цементации защищают тонким слоем меди (0,02-0,04 мм), наносимым электролитическим методом, или специальными обмазками, состоящими из смеси огнеупорной глины, песка и асбеста, замешанных на жидком стекле, и др. Цементация осуществляется при температурах 850-950°С. Чем меньше углерода в стали, тем выше температура нагрева для цементации. Глубина цементации в зависимости от назначения изделия и состава обычно находится в пределах 0,5-2,0 мм. При этом изделия, уложенные в железные ящики с карбюризатором (древесный уголь и различные добавки - соли углекислого бария, кокс и др.), нагревают до 850 - 950°С (в течение 5 - 15 ч). Для мелких изделий применяется жидкостная цементация в расплавленных соляных ваннах. В случае газовой цементации в среде окиси углерода СО процесс сокращается в 2 - 2,5 раза. После цементации изделия закаливают обычным способом. При твердой цементации поверхностный слой содержит 0,9 - 1,2% углерода и имеет глубину 0,5 - 2 мм, взависимости от времени выдержки в печи. При жидкостной цементации для получения науглероженного слоя глубиной 0,20 - 0,25 ммтребуется выдержка 50 - 60 мин. При газовой цементации для получения цементованного слоя глубиной 1,0—1,2 мм необходима выдержка в течение 4 -5 ч.
Газовая цементация - основной процесс при массовом производстве, а цементацию в твердом карбюризаторе используют в мелкосерийном производстве. Среду, в которой проводят цементацию, называют карбюризатором.
Цементации подвергают качественные стали 08, 10, 15 и 20 и легированные стали 12ХН3А, 18ХГТ и др. Основное назначение легирования здесь - повышение прокаливаемости и, соответственно, механических свойств сердцевины изделий из цементуемой стали.
Азотированием (нитрированием) называется процесс насыщения поверхности стали азотом. Процесс осуществляется в среде аммиака при температуре 480-650°С. При этих температурах по реакции
2NН3 ® 2N ® 3Н2
выделяется атомарный азот, который диффундирует в поверхностные слои детали.
Для азотирования изделия закаливают, отпускают и шлифуют, после чего при температуре 480-650°С нагревают в течение 20 - 50 чв закрытой печи, через которую проходит струя аммиака, насыщающая поверхность деталей азотом. После азотирования изделия медленно охлаждаются, а затем их полируют. При азотировании поверхности детали не коробятся и она сохраняет точные размеры.
|
|
|
