Технология и оборудования термической обработки в машиностроение

 
 
 
 
 

     ^{Кафедра технологии машиностроения} 
 
 
 

     ^{Контрольная работа}

по дисциплине «Технология машиностроения»

на тему: Технология и оборудования термической обработки в машиностроение 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Новосибирск

 2009 
 
 
 

 Оглавление  

Введение………………………………………………………………………...3

1. Технология термической обработки …….………………………………..4
1. .Отжиг стали …………………………………………………………………4
2. .Нормализация стали .…...………………………………………………….7
3. .Закалка стали …………………………………..……………………………7
4. .Обработка стали холодом …………………………..……………………...9
5. .Отпуск закаленной стали ………………………………………………… 9
2. Термическая обработка чугунов   ………………………………………...10
1. .Отжиг чугуна ……………..……………………………………………..…10
2. .Нормализация чугуна .................................................................................12
3. .Закалка чугуна ..………………………………………………………..… 13
4. .Отпуск……………………………………………………………………...14
3. Технология термической обработки цветных металлов…………………14
1. .Алюминий и его сплавы……………………………………………………14
2. .Титан и его сплавы…………………………………………………………17
3. .Магний и его сплавы………………………………………………………. 18
4. .Медь и его сплавы…………………………………………………………..19

4. Оборудования  для термической обработки………………………………..19

Заключение……………………………………………………………………...24

Список литературы……………………………………………………………...25 

Введение

В развитии машиностроительной промышленности значительная роль принадлежит термистам, так как термическая обработка является одной из основных, наиболее важных операций общего технологического цикла обработки, от правильного выполнения которой зависит качество (механические и физико-химические свойства) изготовляемых деталей машин и механизмов, инструмента и другой продукции.

Перспективным направлением совершенствования технологии термической обработки является интенсификация процессов нагрева, установка агрегатов для термической обработки в механических цехах, создание автоматических линий с включением в них процессов термической обработки, а также и разработка методов, обеспечивающих повышение прочностных свойств металлических материалов и эксплуатационных свойств деталей, их надежности и долговечности. Только изучив теорию и практику термической обработки металлов, термист может успешно работать на современных машиностроительных заводах, успешно внедрять в технологию термической обработки новейшие достижения науки и техники, бороться за механизацию и автоматизацию технологических процессов.

      Целью работы является рассмотрение оборудования и технологии термической обработки. 

 

      

1. Технология  термической обработки стали

1.1. Отжиг стали

Отжигом называют вид термической обработки  состоящий в нагреве  стали  до определенной температуры, выдержке и медленном охлаждении.

В процессе отливки, прокатки или ковки стальные заготовки охлаждаются неравномерно, что приводит к неоднородности структуры  и свойств, возникновению внутренних напряжений. Для устранения различного рода структурных неоднородностей проводят отжиг.

Различают несколько видов отжига различающихся  по технологии выполнения и цели. Для  измельчения зерна перегретой стали, снижения твердости и улучшения  обрабатываемости резанием применяют  полный, неполный,   изотермический отжиги и отжиг на зернистый перлит. Для уменьшения внутреннего напряжения, снижения твердости, повышения пластичности и изменения формы зерен холоднодеформированного металла применяют рекристаллизационный отжиг. Для устранения внутрикристаллитной ликвации в легированных сталях - высокотемпературный диффузионный отжиг [1].

 Температурные  интервалы основных видов   отжига для углеродистых сталей  представлены на рис.1[2].

Рис. 1. Температурные интервалы нагрева различных видов отжига:

1 –  полный и изотермический; 2 – неполный; 3 – отжиг на зернистый перлит; 4 – рекристаллизационный.

 Полный  отжиг проводится для доэвтектоидных  и эвтектоидных сталей. Температура  нагрева на 30°-50°С  выше А3, т.е. структуру полностью переводят в аустенитное состояние. После выдержки сталь медленно охлаждают в печи. Скорость охлаждения углеродистых сталей 100-150 °С/час, легированных -  30-40 °С/час. Структура стали после полного отжига получается феррито-перлитная, т.е. такая, как по диаграмме Fe-C.

 Неполный  отжиг проводят практически для инструментальных заэвтектоидных сталей, только в том случае, если в структуре нет цементита по границам зерен (сетка цементита). Если есть сетка цементита, то для ее устранения применяют нормализацию, что будет рассмотрено ниже. Температура нагрева на 30°-50°С выше А1  (750°-780°С). При нагреве структура будет состоять из аустенита и цементита, после медленного охлаждения из перлита и цементита.

Изотермический  отжиг проводят с той же целью, что и полный, но время на его  проведение требуется меньше (рис.2) [2].

Рис. 2. Режим охлаждения при изотермическом (1) и полном отжиге (2).

После нагрева до температуры на 30°-50°С  выше А1, выдержке для выравнивания температуры по сечению, сталь подстуживают немного ниже А1 (650°-700°С) и выдерживают при этой температуре до полного распада аустенита на феррит и перлит, дальнейшее охлаждение с любой скоростью.

В отличие  от других видов отжига здесь распад аустенита проходит не при непрерывном  охлаждении, а в изотермических условиях (при постоянной температуре). Проводить такой отжиг проще, т.к. контролировать температуру легче, чем скорость охлаждения.

Изотермический  отжиг обычно применяют для легированных сталей обладающих высокой устойчивостью  аустенита (кривая изотермического  распада сильно сдвинута вправо). Такой отжиг можно применять только для мелких заготовок, у которых температура по сечению выравнивается сравнительно быстро.

Отжиг на зернистый перлит проводят с целью  улучшить обрабатываемость резанием за счет снижения твердости при переводе пластинчатого перлита в зернистый. Такой отжиг применяют для эвтектоидной и заэвтектоидных сталей (при отсутствии сетки цементита) [1].

Отжиг проводят по одному из следующих режимов:

1. Нагрев  на 20°-30°С выше А1, выдержка 3-5 часов, медленное охлаждение  

2. Нагрев  до тех же температур с небольшой  выдержкой, охлаждение до 600°С, снова нагрев до 740°-750°С и снова охлаждение до 600°С. Такие циклы нагрева и подтуживания повторяют 2-4 раза, т.е. проводят как бы покачивание температуры стали около А1. Поэтому такой отжиг называют еще маятником отжигом. Графически режим маятникового отжига представлен на рис.3 [2].

Рис. 3. Маятниковый отжиг

Отжиг рекристаллизационный применяют для  снижения прочности, твердости, повышения  пластичности и устранения вытянутости зерен после холодной пластической деформации (например, промежуточные отжиги при волочении проволоки). Такому отжигу подвергают малоуглеродистые стали, так как высокоуглеродистые стали в холодном состоянии деформируются плохо и их такой обработке практически не подвергают.

Нагрев  при этом отжиге проводят ниже температуры  А1  до 600°-700°С с последующим охлаждением в печи или на воздухе. При этом временное сопротивление разрыву (высокое после деформации) снижается, а пластичность растет.

1.2. Нормализация стали

Нормализация  заключается в нагреве стали на 30°-50°С выше критических температур А3 и Асм (рис.4) с последующим охлаждением на воздухе [2].

Рис. 4. Фрагмент диаграммы Fe-C

Цель  нормализации доэвтектоидных конструкционных  сталей несколько повысить прочность (по сравнению с прочностью после отжига) за счет измельчения структурных составляющих (феррита и перлита).

Цель  нормализации заэвтектоидных инструментальных сталей - устранить цементитную сетку  по границам перлитных зерен и  тем самым предотвратить повышенную хрупкость стали при последующей закалке [1].

1.3. Закалка стали

Закалка - вид термической обработки состоящий  в нагреве стали до определенных температур (доэвтектоидных на 30°-40°С выше А3, заэвтектоидных на 30°-40°С выше А1), выдержке и быстром охлаждении, со скоростью более верхней критической.

Цель  закалки - повысить твердость, прочность, износоустойчивость.

Скорость  охлаждения при закалке обычно задают охлаждающей средой (вода, масло, специальные  среды).                                                                                                                                                                     

Используются  несколько способов закалки, которые  классифицируются по методу охлаждения. Закалка в одном охладителе (воде или масле). Наиболее простой и распространенный способ. Однако некоторые стали при охлаждении в воде склонны к возникновению трещин. При охлаждении в масле скорость охлаждения меньше, но многие стали при таком охлаждении не закаливаются (скорость охлаждения меньше Vвкз и мартенсит не образуется).

Закалка в двух охладителях (через воду в  масло)

При этом методе в верхнем интервале температур скорость охлаждения велика, но сталь  достаточно пластична и значительных напряжений не возникает. В области  же мартенситного превращения (ниже 300°С) скорость охлаждения при переносе детали в масло значительно меньше, что практически исключает образование трещин. Твердость при таком методе закалки такая же, как при закалке в воде.

Ступенчатая закалка заключается в том, что после нагрева детали переносят в печь-ванну с расплавом щелочей (обычно КОН+NaOH). Нагретую до температуры немного выше начала образования мартенсита (350°-400°С), выдерживают небольшое время для выравнивания температуры по сечению, а затем охлаждают в масле или на воздухе. Твердость после такой закалки такая же, как и в предыдущих способах, но напряжения и вероятность образования трещин еще меньше. Ступенчатая закалка применяется только для мелких изделий (до 10 мм) из углеродистых сталей. Для более крупных деталей ее не применяют, так как в расплаве щелочей скорость охлаждения внутри детали мала.

Изотермическая  закалка проводится так же как  и ступенчатая, но в расплаве щелочей  детали выдерживают более длительное время (до полного распада аустенита  на бейнит). При этом существенных напряжений не возникает, но твердость получается ниже, чем при других способах закалки. Преимуществом этого способа является то, что после него не требуется отпуска. Изотермическая закалка обычно применяется для деталей сложной формы, склонных к деформациям и образованию трещин [1].

Все рассмотренные  способы закалки показаны на диаграмме  распада переохлажденного аустенита  на рис.5 [2].

Рис.5. Различные  способы закалки: 1 – в одном охладителе, 2 – в двух охладителях, 3 – ступенчатая, 4 - изотермическая

1.4. Обработка стали холодом

Обработку стали холодом применяют для  уменьшения количества остаточного  аустенита в закаленных высокоуглеродистых сталях. При охлаждении до  -70..-190°С  остаточный аустенит превращается в мартенсит.