Разработайте технологический процесс изготовления вала длиной 200 мм, диаметром 80 мм, работающего на кручение

Наиболее распространенным типом печей является камерная печь (рис.6), в которой заготовки 2 укладывают на под 1 печи через окно 4 и после прогрева до заданной температуры извлекают через то же окно. Рабочее пространство печи нагревают сжиганием газа с помощью горелок 3, служащих для смешения газа с воздухом и подачи смеси в печь. Продукты сгорания отводят через дымоход 5 в рекуператор – теплообменник, в котором поступающий к горелкам воздух нагревается теплотой горячих уходящих газов. Подогрев воздуха до температуры 350 – 500 ⁰С позволяет экономить до 25% топлива. Для нагрева крупных заготовок применяют камерные печи с выдвижным подом и специальные посадочные машины.

Рис.5 Камерная нагревательная печь

1-под печи, 2-заготовка, 3-горелки, 4-окно для загрузки  и выгрузки заготовок, 5- дымоход 

5.2 Протяжка.

Протяжка –  операция удлинения заготовки или  ее части за счет уменьшения площади  поперечного сечения. Протяжку производят последовательными ударами или  нажатиями на отдельные участки  заготовки, примыкающие один к другому, с подачей заготовки вдоль оси протяжки и поворотами ее на 90⁰ вокруг этой оси. При каждом нажатии уменьшается высота сечения, увеличивается ширина и длина заготовки.  

Рис. 6 Протяжка с круга на круг в вырезных бойках. 

При протяжке круглого сечения используется вид протяжки с круга на круг

(рис. 6) в вырезных бойках. Силы, направленные к осевой линии заготовки, способствуют более равномерному течению металла и устранению возможности образования осевых трещин. 
 

5.3.Термическая обработка

Для устранения физической и химической неоднородности (сорбит, троостит, бейнит или мартенсит) и, как следствие, высокой твердости, созданных предыдущей обработкой, используют отжиг. В процессе отжига происходит уменьшение дендритной или внутрикристаллитной ликвации, которая повышает склонность стали, обрабатываемой давлением, к хрупкому разрушению, к анизотропии свойств и возникновению таких дефектов, как шиферность (слоистый излом) и флокены (тонкие внутренние трещины, наблюдаемые в изломе в виде белых овальных пятен). Нагрев при отжиге 1100 – 1200 ⁰С, так как только в этом случае более полно протекают диффузионные процессы, необходимые для выравнивания состава стали.

Общая продолжительность  отжига (нагрев, выдержка и медленное  охлаждение) больших садок металла  достигает 5 – 100 ч. И более. В зависимости от состава стали и массы садки продолжительность выдержки составляет 8 – 20 ч.

Для удаления поверхностных  дефектов слитки после отжига иногда подвергают нагреву при 670 – 680 ⁰С в течение 1 – 16 ч., что снижает твердость.

Данная сталь  подлежит дальнейшей закалке и высокому отпуску. Закалка применяется для  повышения прочности, твердости, получения  достаточно высокой пластичности и  вязкости, а для ряда деталей –  высокой износостойкости.

Закалка – термическая обработка, заключающаяся в нагревании стали до температуры растворения избыточных фаз, выдержке и последующем охлаждении.

Продолжительность нагрева заготовки должна обеспечить прогрев изделия по сечению и  завершение фазовых превращений, но не должна быть слишком большой, чтобы не вызвать роста зерна и обезуглероживания поверхностных слоев стали.

Выбирают продолжительность  нагрева в электропечи 90 с. При  нагреве в электрической печи взаимодействие печной атмосферы с  поверхностью нагреваемого изделия  приводит к окислению и обезуглероживанию стали.

Окисление создает  невозвратимые потери металла. Окисление  происходит в результате взаимодействия стали с кислородом 2Fе+О₂ →  2FеО, парами воды

Fе + H₂ O → FeO+H₂ и двуокисью углерода Fе + CO₂ → FеО + СО.

Для предохранения  изделий от окисления и обезуглероживания в рабочее пространство печи вводят защитную газовую среду:

1) эндотермическую;

2) эиоэтермическую  (богатую, бедную);

3) диссоциированный  аммиак;

4) технический  азот. 

Выбирают экзотермическую (богатую среду), которая используется при нагреве для отжига  конструкционных сталей.

Охлаждение обеспечивает получение структуры мартенсита в пределах заданного сечения  изделия. Для закалки используют минеральное масло. Масло имеет  небольшую скорость охлаждения в  мартенситном интервале температур, что уменьшает возникновение закалочных дефектов и постоянство закаливающей способности в широком интервале температур среды (20-150°С).

Температуру масла  при закалке поддерживают в пределах 60-90 °С, когда его вязкость оказывается  минимальной.

При закалке  в этих средах различают три периода:

1) пленочное  кипение – в этот период  происходит небыстрый отвод теплоты,  т.е. скорость охлаждения невелика;

2) пузырьковое  кипение – быстрый отвод теплоты;

3) конвективный  теплообмен – теплоотвод в этот период происходит с наименьшей скоростью.

После закалки  проводят отпуск – нагрев закаленной стали с последующим охлаждением  с определенной скоростью. Это окончательная  операция термической обработки, в  результате которой сталь получает требуемые механические свойства.

Кроме того, отпуск полностью или частично устраняет  внутреннее напряжение, возникающее  при закалке. Для нашей заготовки  применяется высокий отпуск 500-680°С. Он повышает пределы прочности и  текучести, относительное сужение  и ударную вязкость. Значительно повышается конструктивная прочность стали, уменьшая чувствительность к концентраторам напряжений, увеличивая работу пластической деформации при движении трещины и снижая температуру верхнего и нижнего порога хладноломкости.

Отпуск при 550–600°С в течение 1–2 ч. Почти полностью снимает остаточные напряжения, возникающие при закалке. Охлаждение после отпуска проводят в масле, что способствует образованию на поверхности сжимающих остаточных напряжений, которые увеличивают предел выносливости, а также позволяет избежать явления отпускной хрупкости.

В результате всех проведенных мероприятий возможно получение валов диаметром 80 мм  работающего на кручение. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Список  литературы 

1. Технология  металлов и материаловедение: Учебник для машиностроительных

    специальных  вузов/ Кнорозов Б.В., Усова Л.Ф. и др.- М.: Металлургия, 1987 

2. Технология конструкционных материалов: Учебник для машиностроительных

    специальных  вузов/ Дальский А.М., Арутюнова И.А. и др.- 2-е изд., перераб. и доп.-М.:

    Машиностроение, 1985 

3. Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедение: Учебник для машиностроительных

    вузов  – 2-е изд., перераб. и доп.  – М.: Машиностоение, 1980 

4. Суворов И.К. Обработка металлов давлением: Учебник для вузов.-3-е изд.-

    М.: Высшая школа,1980 

5. Марочник сталей и сплавов/ под редакцией Сорокин В.Г.- М.: Машиностроение, 1989