Разработка технологического процессов термической обработки деталей редуктора

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис 3. Диаграмма состояния системы (равновесное состояние)

 

Из диаграммы видно, что максимальная растворимость  алюминия в меди в твердом состоянии  составляет 9,4% (по массе). С повышением температуры с 565 до 1037 ° С растворимость  алюминия в меди уменьшается и  достигает 7,5%.

К стабильным фазам системы Cu -Аl относятся α, β, γ 2 и α 2 фазы.

Фаза α - первичный твердый  раствор, изоморфный, с элементарной гранецентрированной кубической кристаллической  решеткой. При медленном охлаждении сплава до температуры 400 ° С α-фаза образует ближний порядок, что приводит к заметному снижению ее электросопротивления, которое продолжается и при температуре  ниже 200 ° С в результате устранения дефектов упаковки.

Фаза β - твердый раствор, образующийся на основе стехиометрического состава Cu 3 Аl непосредственно из расплава при температуре 1036-1079 ° С, с элементарной центрированной кубической кристаллической  решеткой. Фаза β - пластична, электропроводна  и стабильна при температуре  выше 565 ° С. При быстром охлаждении сплава (со скоростью> 2 ° С / мин) она  испытывает резкие превращения типа мартенситовых, образуя промежуточные  фазы (рис. 1). При медленном охлаждении (<2 ° С / мин) β-ФАЗА распадается  На эвтектоид а + γ 2 образованием крупнозернистой  γ 2 фазы, выделяющейся в виде непрерывных  цепей, придающим сплаву хрупкость. ФАЗА Г 2 ( Cu 9 AI 4 ), образующаяся из фазы γ ', стабильна при низких температурах, хрупкая и твердая, с электропроводностью  меньшей, чем у β-фазы.

Фаза α 2 , образующаяся при температуре 363 ° С в результате перитектоидной реакции между фазами α и γ 2 , имеет гранецентрированную  кубическую кристаллическую решетку, но с другими параметрами.

Метастабильные фазы в  сплавах: β 1 - с элементарной центрированной кубической кристаллической решеткой (а - 5,84 Å, Аl - 11,9%), упорядоченная, β '- с  элементарной гранецентрированной  кубической кристаллической решеткой (Аl - 11,6%), очень деформированная; β 1 '- с элементарной ромбической кристаллической  решеткой (а = 3,67 Å, с = 7,53 Å, Al - 11,8%), упорядоченная; γ 1 -фаза с элементарной орто-ромбической  ячейкой (а = 4,51 Å, в = 5,2 Å, с = 4,22 Å, Al - 13,6%), упорядоченная. Предполагается существование  других фаз, которые являются разновидностью фазы β 1 .

Определение структуры  сплавов Cu-Al затруднительно. Для получения  равновесных структур сплавов необходимы очень большие скорости охлаждения (от 1 до 8 ° С / мин в зависимости  от содержания алюминия). Такие структуры  выявляются при травлении сплавов  хлорным железом.

Однако, травление хлорным  железом не всегда позволяет с  уверенностью определять фазы в сплавах, охлажденных с обычной скоростью. В этом случае для выявления истинной структуры сплавов Cu-Al применяются  специальные методики с использованием электролитического полирования.

Структура двойных медно-алюминиевых  сплавов и многокомпонентных  бронз на основе системы медь-алюминий в равновесном состоянии определяется диаграммой состояния (рис. 2).

 

Рис. 4. Диаграмма фазовых превращений алюминиевой бронзы с содержанием алюминия 12,07% (по массе)

 

Однако в производственных условиях при отливке слитков  и заготовок, обработке их давлением  в горячем и холодном состоянии  скорости охлаждения и нагрева значительно  отличаются от тех, при которых построена  равновесная диаграмма состояния.

Поэтому и структуры  литых и деформированных полуфабрикатов отличаются от тех, которые определены равновесной диаграммой состояния.

Для определения свойств  и микроструктуры сплавов в метастабильном состоянии строят С-образные кривые, показывающие кинетику фазового превращения  в зависимости от скорости охлаждения и изотермической выдержки при температурах ниже температуры эвтектоидного  превращения.

Однофазные сплавы (α-алюминиевые  бронзы) пластичны и хорошо обрабатываются давлением, двухфазные сплавы (α + γ 2 -алюминиевые  бронзы) с высоким содержанием  алюминия менее пластичны и применяются, главным образом, как литейные.

Необходимо отметить, что  фактическое содержание алюминия в  промышленных сплавах колеблется в  широких пределах, что сказывается  на стабильности механических свойств  литых и деформированных полуфабрикатов из алюминиевых бронз.

2.4. Исходя  из требований, предъявляемых к детали, считаю, что необходимо выполнить следующие операции термической обработки:

• Закалка - Закалка придает стальной детали большую твердость и износоустойчивость. Для этого деталь нагревают до определенной  температуры, выдерживают некоторое время, чтобы весь объем материала прогрелся, а затем быстро охлаждают в масле (конструкционные и инструментальные стали) или воде (углеродистые стали).
• Отпуск смягчает действие закалки, уменьшает или снимает остаточные напряжения, повышает вязкость, уменьшает твердость и хрупкость стали. Отпуск производится путем нагрева деталей, закаленных на мартенсит до температуры ниже критической. При этом в зависимости от температуры нагрева могут быть получены состояния мартенсита, троостита или сорбита отпуска. Эти состояния несколько отличаются от соответственных состояний закалки по структуре и свойствам: при закалке цементит (в троостите и сорбите) получается в форме удлиненных пластинок, как в пластинчатом перлите. А при отпуске он получается зернистым, или точечным, как в зернистом перлите.

 

Выбираем следующую последовательность операций обработки стакана.

 - горячую обработку заготовки,

- Закалка в воду от 750 °С

- отпуск при 250-300

- окончательная механическая обработка.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

График  режимов термической обработки  Стакана (втулки) из сплава БрАЖ9-4.

 

 

 

 

3.1 Фланец (крышка)

 

Таблица 3.1 Технические требования к детали

 

Наименование детали	Сталь	Твердость по Бринеллю
Фланец (крышка)	20	156

 

Фланец (крышка) — плоское или прямоугольное кольцо с равномерно расположенными отверстиями для болтов и шпилек, служащие для прочного и герметичного соединения.

Исходя из условий работы, к материалу  для изготовления стакана предъявляются следующие требования:

• достаточная механическая прочность,
• высокая износостойкость рабочей поверхности.

 

3.2 Сталь 20

Сталь конструкционная  углеродистая качественная.

Вид поставки: сортовой прокат в том числе фасонный: ГОСТ 1050-88, ГОСТ 2590-2006, ГОСТ 2591-2006, ГОСТ 2879-2006, ГОСТ 8509-93, ГОСТ 8510-86, ГОСТ 8240-97, ГОСТ 8239-89. Калиброванный пруток ГОСТ 7417-75, ГОСТ 8559-75, ГОСТ 8560-78, ГОСТ 10702-78. Шлифованный пруток и серебрянка ГОСТ 14955-77, Лента ГОСТ 6009-74, ГОСТ 10234-77, ГОСТ 103-2006, ГОСТ 82-70. Проволока ГОСТ 5663-79, ГОСТ 17305-91. Поковки и кованые заготовки ГОСТ 8479-70. Трубы ГОСТ 10704-91, ГОСТ 10705-80, ГОСТ 8731-74, ГОСТ 8732-78, ГОСТ 8733-74, ГОСТ 5654-76, ГОСТ 550-75.

Использование в промышленности: оси, валы, соединительные муфты, собачки, рычаги, вилки, шайбы, валики, болты, фланцы, тройники, крепежные детали и другие неответственные детали; после ХТО — винты, втулки, собачки и другие детали, к которым предъявляются требования высокой поверхностной твердости и износостойкости при невысокой прочности сердцевины.

 

Таблица 3.2 Химический состав в стали 20

C	Si	Mn	Ni	S	P	Cr	Cu	As
0.17-0.24	0.17-0.37	0.35-0.65	до 0.25	до 0.04	до 0.04	до 0.25	до 0.25	до 0.08

Удельный вес стали 20: 7,85 г/см3

Твердость материала: HB 10 -1 = 163 МПа

Температура критических точек: Ac1 = 735 , Ac3(Acm) = 850 , Ar3(Arcm) = 835 , Ar1 = 680

Температура ковки, °С: начала 1280, конца 750, охлаждение на воздухе

Обрабатываемость резанием: в горячекатанном состоянии при HB 126-131 и δB=450-490 МПа,  К υ тв. спл=1,7 и Кυ б.ст=1,6

Свариваемость материала: без ограничений, кроме деталей после химико-термической  обработки. Способы сварки: РДС, АДС  под флюсом и газовой защитой, КТС

Флокеночувствительность: не чувствительна.

Склонность к отпускной хрупкости: не склонна.

 

Микроструктура  стали 20

 

3.3 Описание стали

Сталь 20 находит широкое применение в котлостроении, для труб и нагревательных трубопроводов различного назначения, кроме того промышленность выпускает пруток, лист. После цементации и цианирования из этой стали можно изготавливать детали, от которых требуется высокая твердость поверхности и допускается невысокая прочность сердцевины: кулачковые валики, оси, крепежные детали, шпиндели, пальцы, звездочки, шпильки, вилки тяг и валики переключения передач, толкатели клапанов, валики масляных насосов, пальцы рессор, малонагруженные шестерни и другие детали автотракторного и сельскохозяйственного машиностроения.

Из стали 20 изготавливается  богатый ассортимент проката, конечно  при этом учитываются оссобености  стали этой марки. Так поковки  из этой марки могут быть изготовлены  категории прочности только 175, 195, 215, 245 при толщине поковок от 100 до 300 мм, для получения поковок  с большей категорией прочностью необходимо уже использовать другую сталь. Для изготовления поковок  используют блюмсы или слитки стали, ккатаные или кованые заготовки, либо заготовки отлитые на линии  непрерывной разливки стали и  какие-либо другие виды проката.

Труба прямошовная из марки 20 создается методом электросварки  из листов или рулонов стали, при  этом при обозначении такой трубы пишется ее диаметр, толщина стенки, длина, класс точности, ГОСТ, например: труба прямошовная толщиной 89 мм, стенкой 4 мм, мерной длины 6 метров II класса точности, которая была изготовлена по группе Б ГОСТ 10507-80 обозначается следующим образом:

89х4х6000 II ГОСТ 10704-91

     Б-20 ГОСТ 10507-80

Методом горячего деформирования изготавливаются бесшовные трубы, при этом они должны обладать следующими свойствами: временное сопротивление  разрыву 412 МПа, предел текучести 245 МПа, относительное удлинение 21%, твердость  по Бринеллю 4,8.

 

3.4. Исходя  из требований, предъявляемых к детали, считаю, что необходимо выполнить следующие операции термической обработки:

• Закалка - Закалка придает стальной детали большую твердость и износоустойчивость. Для этого деталь нагревают до определенной  температуры, выдерживают некоторое время, чтобы весь объем материала прогрелся, а затем быстро охлаждают в масле (конструкционные и инструментальные стали) или воде (углеродистые стали).
• Отпуск смягчает действие закалки, уменьшает или снимает остаточные напряжения, повышает вязкость, уменьшает твердость и хрупкость стали. Отпуск производится путем нагрева деталей, закаленных на мартенсит до температуры ниже критической. При этом в зависимости от температуры нагрева могут быть получены состояния мартенсита, троостита или сорбита отпуска. Эти состояния несколько отличаются от соответственных состояний закалки по структуре и свойствам: при закалке цементит (в троостите и сорбите) получается в форме удлиненных пластинок, как в пластинчатом перлите. А при отпуске он получается зернистым, или точечным, как в зернистом перлите.

 

Выбираем следующую последовательность операций обработки Фланца (крышки)

 

  - Закалка в масло от 850 °С

- отпуск при 480 °С

- холодная  штамповка

- окончательная механическая обработка.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

График  режимов термической обработки Фланеца (крышки) из стали 20

 

 

4.1 Вал шестерня

 

Таблица 4.1 Технические требования к детали

 

Наименование детали	Марка  стали	Твердость по Бринеллю
Ведущий вал	38Х2Н2МА	277-321

 

Вал — деталь, предназначенная для передачи крутящего момента и восприятия действующих сил со стороны расположенных на нём деталей и опор.

Исходя из условий работы, к материалу  для изготовления ведущего вала предъявляются следующие требования:

• средня жесткость, обеспечивающая минимальную деформацию при работе;
• достаточная механическая прочность,
• высокая износостойкость рабочей поверхности.

 

4.2 Сталь 38Х2Н2МА

 

Сталь конструкционная легированная