Разработка технологического процессов термической обработки деталей редуктора

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, ГОСТ 10702-78. Калиброванный пруток ГОСТ 7417-75, ГОСТ 8559-75, ГОСТ 8560-78, ГОСТ 10702-78.. Лист тонкий  ГОСТ 16523-97. Лента ГОСТ 1530-78, ГОСТ 2284-79, ГОСТ 10234-77 , ГОСТ 21996-76 . Полоса ГОСТ 103-2006, ГОСТ 82-70, ГОСТ 1577-93. Проволока ГОСТ 17305-91. Поковки и кованые заготовки ГОСТ 8479-70, ГОСТ 1133-71. Валки ОСТ 24.013.21-85, ГОСТ 5399-97, ОСТ 24.013.04-83.

Использование в промышленности: зубчатые колеса, прокатные валки, штоки, тяжелонагруженные валы, оси, бандажи, малонагруженные пружины и рессоры, лемехи, пальцы звеньев гусениц, муфты сцепления коробок передач, корпуса форсунок и другие детали, работающие на трение.

 

Таблица 6.2 Химический состав в стали 50

C	Si	Mn	Ni	S	P	Cr	Cu	As
0,47 - 0,55	0,17 - 0,37	0,5 - 0,8	до 0.25	до 0.04	до 0.035	до 0.25	до 0.25	до 0.08
Термообработка:Нормализация  Температура ковки, °С: начала 1250, конца 800. Сечения до 400 мм охлаждаются на воздухе.  Твердость материала: HB 10 -1 = 207 МПа  Температура критических точек: Ac1 = 725 , Ac3(Acm) = 760 , Ar3(Arcm) = 750 , Ar1 = 690 , Mn = 300  Свариваемость материала: трудносвариваемая. Способы сварки: РДС и КТС. Рекомендуется подогрев и последующая термообработка.  Флокеночувствительность: малочувствительна.  Склонность к отпускной хрупкости: не склонна.   Обрабатываемость резанием: в горячекатанном состоянии при HB 196-202 и σв=640 МПа,  К υ тв. спл=1,0 и Кυ б.ст=0,7

 

Микроструктура  стали 50

 

6.3 Описание стали

Сталь 50 применяется: после  нормализации с отпуском или закалки  с отпуском - для изготовления зубчатых колес, прокатных валов, штоков, тяжелонагруженных  валов, осей, бандажей, малонагруженных  пружин и рессор, лемехов, пальцев  звеньев гусениц, муфт сцепления  коробок передач, корпусов форсунок и других деталей, работающих на трение; холоднокатаной термообработанной  ленты толщиной 0,05-1,30 мм для изготовления пружинящих деталей и пружин, за исключением заводных; луженой проволоки, предназначенных для изготовления бандажей роторов электрических  машин; ремизной термообработанной  луженой проволоки, предназначенной  для изготовления галев к ремизным приборам ткацких станков; поковок  валков для горячей и холодной прокатки металлов без механической обработки.

 

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

Критические точки для  Ст50: АС1=725ºС, АС3=760ºС.

При нагреве до 700ºС в  стали 50 не происходят аллотропические  превращения и мы имеем ту же структуру  – перлит + феррит, быстро охлаждая (т.к. закалка), имеем также после  охлаждения перлит + феррит с теми же механическими свойствами (примерно), что и в исходном состоянии до нагрева под закалку.

Если доэвтектоидную сталь  нагреть выше Ас1, но ниже Ас3, то в  ее структуре после закалки наряду с мартенситом будут участки  феррита. Присутствие феррита как  мягкой составляющей снижает твердость  стали после закалки. Такая закалка  называется неполной. Она обеспечивает хорошие механические свойства и  штампуемость. При температуре нагрева  структура – аустенит + феррит. При  охлаждении со скоростью выше критической  происходит мартенситное превращение: γМ. В результате получаем структуру  феррит + мартенсит.

Оптимальный режим нагрева  под закалку для доэвтектоидных сталей (%С<0,8%) составляет АС3+(30÷50º), т.е. для Ст50 – 800-820ºС. При этом после  закалки имеем мелкое зерно, обеспечивающее наилучшие механические свойства стали 50.

Нагрев и выдержка стали 50 выше температуры 820ºС перед закалкой приводит к росту зерна и ухудшению  механических свойств стали после  термической обработки. Крупнозернистая  структура вызывает повышенную хрупкость  стали.

Для обеспечения скорости охлаждения выше критической в качестве среды охлаждения выбираем воду. Структура  стали 50 при температуре нагрева  под закалку – аустенит, после  охлаждения со скоростью выше критической  – мартенсит.

Отпуском называется нагрев стали до температуры ниже Ас1, выдержка при заданной температуре и последующее  охлаждение с заданной скорость (обычно на воздухе). Отпуск является конечной операцией термической обработки, проводится после закалки для  уменьшения внутренних напряжений и  получения более равновесной  структуры. Напряжения в закаленных изделиях снимаются тем полнее, чем  выше температура отпуска.

Для получения твердости 230…250 НВ при диаметре заготовки 20 мм отпуск стали 50 необходимо проводить  при температуре 500ºС. Среда охлаждения – вода. При высокотемпературном  отпуске образуется структура, которая  называется сорбит отпуска. Сорбит отпуска  состоит из ферритной основы, пронизанной  частицами цементита.

 

Выбираем следующую последовательность операций обработки  зубчатого колеса :

 

 - улучшение

- нормализация 810°С с последующим охлаждением на воздухе

- окончательная механическая обработка.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

График  режимов термической обработки Зубчатого голеса из стали 50

 

7.1 Корпус

 

Таблица 7.1 Технические требования к детали

 

Наименование детали	Чугун	Твердость по Бринеллю, HB
Корпус	СЧ25	163—229

 

Корпус — внешняя твёрдая оболочка редуктора.

 

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

• достаточная механическая прочность,

 

7.2 Чугун СЧ 25

Класс: Чугун серый.

Вид поставки: чушки ГОСТ 8479-70, чугунный круг ГОСТ 1412-85.

Использование в промышленности: для изготовления различных отливок ответственного назначения - блоков и головок цилиндров, гильз, маховиков в автомобиле- и тракторостроении;

станин станков, разметочных плит, гидроцилиндров, клапанов в станкостроении;

поршневых головок, втулок, крышек цилиндров  и других деталей, работающих на истирании  при повышенных температурах в дизелестроении;

ответственных деталей работающих при сжатии (башмаков, колонн) в строительстве;

котлов для плавки каустика, труб, колен и других деталей в химическом машиностроении, работающих в растворах  и расплавах щелочей;

отливок 2 группы для паровых стационарных турбин, турбинного оборудования АЭС, элементов паровых котлов и трубопроводов, гидравлических турбин, гидрозатворов  и другого оборудования энергомашиностроения, работающих при температурах до 250 °С, подвергающихся повышенным статическим  и динамическим нагрузкам и трению (поршни, корпуса редукторов, корпуса  подшипников, корпуса червячных  колес, втулки, крышки подшипников, патрубки компрессоров, диафрагмы, рамы фундаментные, рамы выхлопных частей, патрубки компрессоров, зубчатые колеса, шестерни);

отливок деталей трубопроводной арматуры и приводных устройств к ней;

частей литых соединительных для  трубопроводов; отливок деталей  горно-металлургического оборудования.

 

Таблица 3.2 Химический состав в чугуна СЧ 25 в %

C	Si	Mn	Fe	S	P
3,2 - 3,4	1,4 - 2,2	0,7 - 1	93	до 0,15	до 0,2

 

 

Микроструктура  серого чугуна сч 25

 

7.3 Описание чугуна СЧ 25

Серый чугун, широко применяется в машиностроении и представляет собой не сплошной металл, а пористую металлическую губку - сплав железа с графитом, поры которой заполнены рыхлым неметаллическим веществом — графитом. Чугун весьма хрупок. Его относительное удлинение при разрыве очень низко. Он разбивается на куски ударом.

Механические свойства серых чугунов зависят от свойств  металлической основы и в основном, от количества, формы и размеров графитных включений. Перлитная  основа обеспечивает наибольшие значения показателей прочности и износостойкости. Марки серых чугунов согласно ГОСТ 1412—85 состоят из букв "СЧ" и цифр, соответствующих минимальному пределу прочности при растяжении Ств, МПа / 10. Чугун СЧ10 — ферритный; СЧ15, СЧ18, СЧ20 — ферритно-перлитные  чугуны, начиная с СЧ25 — перлитные  чугуны.

На долю серого чугуна с пластинчатым графитом приходится около 80 % общего производства чугунных отливок.

Серый чугун отличается высокими литейными свойствами (для  него свойственна низкая температура  кристаллизации, текучесть в жидком состоянии, малая усадка) и поэтому  служит основным материалом для литья. Он широко применяется в машиностроении для отливки станин станков и  механизмов, поршней, цилиндров.

 

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

• Графитизирующий отжиг. При отливке изделий возможен час­тичный отбел серого чугуна с поверхности или даже по всему сечению. Чтобы устранить отбел и улучшить обрабатываемость чугуна, производится высокотемпературный графитизирующий отжиг с выдержкой при температуре 900—950° С в течение 1—4 часов и охлаж­дением изделий до 250—300° С вместе с печью, а затем на воздухе.
• Отпуск чтобы снять закалочные напряжения, после закалки производят отпуск. Детали, предназначенные для работы на истира­ние, проходят низкий отпуск при температуре 200—250° С. Чугун­ные отливки, не работающие на истирание, подвергаются высокому отпуску при 500—600° С. При отпуске закаленных чугунов твер­дость понижается значительно меньше, чем при отпуске стали..

 

 

 

 

 

Выбираем следующую последовательность операций обработки Корпуса:

 

  - Графитизирующий отжиг 900—950° С

- низкий отпуск 250—300° С

  - окончательная механическая обработка.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

График  режимов термической обработки Корпуса из из чугуна СЧ25

 

8.1 Картер

 

Таблица 8.1 Технические требования к детали

 

Наименование детали	Чугун	Твердость по Бринеллю, HB
Картер	СЧ15	153—229

 

Картер — неподвижная деталь машин или механизмов (двигателя, редуктора, коробки передач и т. п.), обычно коробчатого сечения, предназначенная для опоры рабочих деталей, их защиты и смазки.

 

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

• достаточная механическая прочность,

 

 

8.2 Чугун СЧ 15

Класс: Чугун серый.

Вид поставки: чушки ГОСТ 8479-70, чугунный круг ГОСТ 1412-85.

Использование в промышленности: для изготовления различных отливок ответственного назначения - блоков и головок цилиндров, гильз, маховиков в автомобиле- и тракторостроении;

станин станков, разметочных плит, гидроцилиндров, клапанов в станкостроении;

поршневых головок, втулок, крышек цилиндров  и других деталей, работающих на истирании  при повышенных температурах в дизелестроении;

ответственных деталей работающих при сжатии (башмаков, колонн) в строительстве;

котлов для плавки каустика, труб, колен и других деталей в химическом машиностроении, работающих в растворах  и расплавах щелочей;

отливок 2 группы для паровых стационарных турбин, турбинного оборудования АЭС, элементов паровых котлов и трубопроводов, гидравлических турбин, гидрозатворов  и другого оборудования энергомашиностроения, работающих при температурах до 250 °С, подвергающихся повышенным статическим  и динамическим нагрузкам и трению (поршни, корпуса редукторов, корпуса  подшипников, корпуса червячных  колес, втулки, крышки подшипников, патрубки компрессоров, диафрагмы, рамы фундаментные, рамы выхлопных частей, патрубки компрессоров, зубчатые колеса, шестерни);

отливок деталей трубопроводной арматуры и приводных устройств к ней;