Разработка технологического процессов термической обработки деталей редуктора

 

Вид поставки: ортовой прокат, в том числе фасонный: ГОСТ 4543-71, ГОСТ 2590-2006, ГОСТ 2591-2006, ГОСТ 2879-2006. Калиброванный пруток: ГОСТ 7417-75, ГОСТ 8559-75, ГОСТ 8560-78, ГОСТ 1051-73. Шлифованный пруток и серебрянка: ГОСТ 14955-77. Полоса: ГОСТ 103-2006. Поковки и кованые заготовки: ГОСТ 8479-70, ГОСТ 1133-71. Трубы: ОСТ 14-21-77

 

Использование в промышленности: валы, шатуны, болты, шпильки и другие крупные особо ответственные тяжелонагруженные детали сложной конфигурации, применяемые в улучшенном состоянии.

 

Таблица 4.2 Химический состав в % стали 38Х2Н2МА (ГОСТ 1131-71)

С	Si	Mn	Cr	S	P	Cu	Ni
			не более
0,33 - 0,4	0,17 - 0,37	0,25 - 0,5	1,3 - 1,7	0,025	0.025	0,3	1,3 - 1,7

Термообработка: Закалка и отпуск

Температура ковки, °С: начала 1200, конца 800. Охлаждение медленное.

Твердость материала: HB 10 -1 = 269 МПа

Температура критических точек: Ac1 = 753 , Ac3(Acm) = 790 , Ar3(Arcm) = 490 , Ar1 = 370 , Mn = 320

Свариваемость материала: не применяется  для сварных конструкций.

Флокеночувствительность: чувствительна.

Склонность к отпускной хрупкости: не склонна.

 

Таблица 4.3 Температура критических точек, °С

Ac1	Ac3	Ar3	Ar1
753	790	490	370

 

 

4.3 Описание стали

 

Сталь 38Х2Н2МА относится к классу конструкционных улучшаемых

сталей. Применяется для изготовления формообразующей оснастки и

ответственных сварных и механически  обрабатываемых деталей, работающих в  атмосферных условиях при температуре  не ниже –70 ºС;

верхний предел температуры применения ограничивается температурой отпуска.

C-(углерод): С увеличением содержания  углерода в стали снижается  плотность, растёт электрическое  сопротивление и коэрцитивная  сила и понижаются теплопроводность, остаточная индукция и магнитная  проницаемость.

S-(сера): Снижает ударную вязкость  и пластичность в поперечном  направлении вытяжки при прокате  и ковке, а также предел выносливости.

Mn-(марганец): Повышает прочность,  износостойкость, практически не  снижая пластичность и резко  уменьшает красноломкость стали.  А также увеличивает глубину  прокаливаемости стали при термической  обработке.

Ni-(никель): Действует так же, как  и марганец. Кроме того, он повышает  электросопротивление и снижает  значение коэффициента линейного  расширения.

Cu-(медь): Увеличивают коррозионную  стойкость стали в атмосферных  условиях и понижают порок  хладноломкости.

Р-(Фосфор): Уменьшает развитие трещин.

Si-(Кремний): Способствует получению  более однородной структуры, положительно  сказывается на упругих характеристиках  стали. Кремний способствует магнитным  превращениям, а при содержании  его в количестве 15…20% придает  стали кислотоупорность.

Cr-(Хром): Повышает твердость, прочность,  а при термической обработке  увеличивает глубину прокаливаемости,  положительно сказывается на  жаропрочности, жаростойкости, повышает  коррозийную стойкость.

 

4.4 Термическая обработка стали 38Х2Н2МА

 

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 Вала шестерни при его изготовлении из прутка (маршрутный технологический процесс):

 - механическая обработка,

- Закалка в масло с 870 °С

- отпуск при 580 °С, охлаждение на воздухе и ли в масле

- окончательная механическая обработка.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

График  режимов термической обработки вала шестерни из стали 38Х2Н2МА

 

 

5.1 Стакан (подшипника)

 

Таблица 5.1 Технические требования к детали

 

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

 

Стакан — деталь машины, механизма, прибора цилиндрической или конической формы (с осевой симметрией), имеющая осевое отверстие, в которое входит сопрягаемая деталь.

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

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

 

 

 

5.2 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, Лист толстый ГОСТ 1577-93, ГОСТ 19903-74, Лист тонкий ГОСТ 16523-97. 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 5.2 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

 

5.3 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.

 

5.4. 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(подшипника):

 

  - Закалка в масло от 850 °С

- отпуск при 480 °С

- холодная  штамповка

- окончательная механическая обработка.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

График  режимов термической обработки Стакан (подшипника) из стали 20

 

6.1 Зубчатое колесо

 

Таблица 6.1 Технические требования к детали

 

Наименование детали	Сталь	Твердость по Бринеллю
Зубчатое колесо	50	215

 

Зубчатое  колесо — основная деталь зубчатой передачи в виде диска с зубьями на цилиндрической или конической поверхности, входящими в зацепление с зубьями другого зубчатого колеса.

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

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

 

6.2 Сталь 50

Сталь конструкционная  углеродистая качественная.