Термическая обработка

Разработка  технологического процесса

Термическая обработка 

Задание : Молоток, изготовленный из 40ХН 25*25 и длиной 75 мм получить твердость 50 – 52  HRC

1.

Молоток — небольшой молот, ударный инструмент, применяемый для забивания гвоздей, разбивания предметов и других работ. Молоток — один из древнейших инструментов, используемых человеком.

Основной частью молотка  является компактная масса из сплошного  материала, обычно металла, которая  может использоваться для удара  по чему-либо и при этом не деформироваться. Для удобства исполнения ударов и  для большего размаха ударная  часть молотка насаживается на ручку, которая может делаться также  из металла, либо из дерева или пластмассы

 

2.

Марка :	40ХН
Заменитель:	45ХН, 50ХН, 38ХГН, 40Х, 35ХГФ, 40ХНР, 40ХНМ, 30ХГВТ
Классификация :	Сталь конструкционная  легированная
Применение:	оси, валы, шатуны, зубчатые колеса, валы экскаваторов, муфты, валы-шестерни, шпиндели, болты, рычаги, штоки, цилиндры и другие ответственные нагруженные  детали, подвергающиеся вибрационным и динами ческим нагрузкам, к которым  предъявляются требования повышенной прочности и вязкости. Валки рельсобалочных и крупносортных станов для горячей  прокатки металла.

Химический  состав в % материала 40ХН

C	Si	Mn	Ni	S	P	Cr	Cu
0.36 - 0.44	0.17 - 0.37	0.5 - 0.8	1 - 1.4	до   0.035	до   0.035	0.45 - 0.75	до   0.3

 
Температура критических  точек материала 40ХН

Ac1 = 735 ,      Ac3(Acm) = 768 ,       Ar3(Arcm) = 700 ,       Ar1 = 660 ,       Mn = 305

 
Механические свойства при Т=20^oС материала 40ХН

Сортамент	Размер	Напр.	sв	sT	d5	y	KCU	Термообр.
-	мм	-	МПа	МПа	%	%	кДж / м2	-
Пруток	Æ 25		980	785	11	45	690	Закалка и отпуск

 

 

Твердость материала   40ХН   после отжига ,

HB 10 -1 = 207   МПа

 
Физические свойства материала 40ХН

T	E 10- 5	a 10 6	l	r	C	R 10 9
Град	МПа	1/Град	Вт/(м·град)	кг/м3	Дж/(кг·град)	Ом·м
20	2			7820
100		11.8	44	7800
200		12.3	43	7770
300		13.4	41	7740
400		14	39	7700
500			37
T	E 10- 5	a 10 6	l	r	C	R 10 9

 
Технологические свойства материала 40ХН

Свариваемость:	трудносвариваемая.
Флокеночувствительность:	чувствительна.
Склонность  к отпускной хрупкости:	склонна.

 
Обозначения:

Механические  свойства :
sв	- Предел кратковременной прочности  , [МПа]
sT	- Предел пропорциональности (предел  текучести для остаточной деформации), [МПа]
d5	- Относительное удлинение при  разрыве , [ % ]
y	- Относительное сужение , [ % ]
KCU	- Ударная вязкость , [ кДж / м2]
HB	- Твердость по Бринеллю , [МПа]

Физические свойства :
T	- Температура, при которой получены  данные свойства , [Град]
E	- Модуль упругости первого рода , [МПа]
a	- Коэффициент температурного (линейного)  расширения (диапазон 20o - T ) , [1/Град]
l	- Коэффициент теплопроводности (теплоемкость  материала) , [Вт/(м·град)]
r	- Плотность материала , [кг/м3]
C	- Удельная теплоемкость материала  (диапазон 20o - T ), [Дж/(кг·град)]
R	- Удельное электросопротивление, [Ом·м]

3.

Обоснование, выбор последовательности и режимов термической обработки  заданной детали

3.1

В качестве предварительной термической  обработки для среднеуглеродистой стали мы выбираем полный отжиг. Этот Вид отжига заключается в нагреве доэвтектоидной стали, на 30 — 50сС выше температуры, соответствующей точке Ас3, выдержке при этой температуре для полного прогрева и завершения фазовых превращений в объеме металла и последующем медленном охлаждении. При этом отжиге происходит полная фазовая перекристаллизация стали.

3.2

Комплекс видов окончательной  термческой обработки

3.2(а)

Для того чтобы получить деталь высокой  твердости работающей на удар мы должны использовать две закалки, и два  отпуска.

Первая закалка и высокий  отпуск будет направлена на сердцевину детали, (сделать середину с высокой  ударной вязкозтью)

Для этого нам необходимо нагреть  деталь на  30 – 50 градусов выше точки  Ас3, (в нашем случае) 850 градусов, охладить в масле, после чего необходимо провести высокий отпуск.

В результате данной термической процедуры  мы получим структуру сорбит.

Сорбит - Дисперсная смесь феррита и цементита, полученная при повышенных скоростях охлаждения стали от температур аустенитизации или при отпуске стали после закалки и высокого отпуска.

3.2(б)

Для получения твердой структуры  на поверхности детали, нам необходимо будет произвести закалку с нагревом ТВЧ и низкий отпуск.

Закалка 40ХН обычно производится в масле; крупногабаритные детали в редких случаях подвергают закаливанию в воде с последующим немедленным низким отпуском или с переносом в масло.

При помощи уравнения высчитываем  что закалку на глубину 4 мм следует производить при нагреве током частотой 2500 гц, время выдержки 3 – 5 с, и охлаждаем в масле. После данной процедуры проводим низкий отпуск, твердость наружней поверхности после данной процедуры будет равна 50 – 52 едениц, в середине тведость будет равна 30 – 35ед, HRC

4.

 Выбор необходимого оборудования,приспособлений,для нагрева,охлаждения и контроля результатов термической обработки (привести схемы необходимой оснастки,краткое описание её устройства и технологию использования)

4.1 оборудование и приспособление  для нагрева деталей

Нагрев для отжига и закалки  3.2(а) будем осуществлять в закалочной печи, нагревая деталь до температуры 850 С (выше на 30 - 50 градусов точки Ас3), время выдержки 25 минут, что соответствует 1 минуте на 1 мм поперечного сечения. Нагрев при закалке с нагревом ТВЧ будет осуществлятся при помощи индуктора ТВЧ

4.2

Оснастка для охлаждения деталей в процессе в процессе их термической обработки

При отжиге охлаждение охлаждение будет  производится на спокойном воздухе (18 С в секунду), при закалке (в обоих случаях) в масле (300 С в секунду).

Охлаждение как при высоком  так и при низком отпуске тоже будем производить на спокойном  воздухе.

4.3

Приборы и необходимые  параметры их настройки для измерения  твёрдости

Для измерения твердости мы будем  использовать твердомер Роквелла.

Метод Роквелла является универсальным методом проверки твердости материалов. Из-за своей простоты этот метод является наиболее распространённым и основан на проникновении твёрдого наконечника в материал и измерении глубины проникновения.

НАИБОЛЕЕ ШИРОКО ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ШКАЛЫ ТВЁРДОСТИ ПО РОКВЕЛЛУ

Шкала	Индентор	Нагрузка, кгс
А	Алмазный конус  с углом 120° при вершине	60 кгс
В	Шарик диам. 1/16 дюйма  из карбида вольфрама (или закаленной стали)	100 кгс
С	Алмазный конус  с углом 120° при вершине	150 кгс

 

Для измерения твердости закаленной детали мы будем использовать шкалу  А

Чем твёрже материал, тем меньше будет глубина  проникновения наконечника в  него. Чтобы при большей твёрдости  материала не получалось большее  число твёрдости по Роквеллу, вводят условную шкалу глубин, принимая за одно её деление глубину, равную 0.002 мм. При испытании алмазным конусом предельная глубина внедрения составляет 0.2 мм, или 0.2 / 0.002 = 100 делений, при испытании шариком — 0.26 мм, или 0.26 / 0.002 = 130 делений. Таким образом формулы для вычисления значения твёрдости будут выглядеть следующим образом:

а) при  измерении по шкале А (HRA) и С (HRC):

 

 

5.

Практика термической обработки

5.1

Практические действия по реализация технологического процесса термической обработки.

Реализовать технологический процесс  мы будем следующим образом.

Нагреваем деталь до температуры 830 С, выдерживаем на протяжении 25 минут, охлаждение детали должно происходить  вместе с печью. После того как  деталь остыла помещаем ее опять в  закалочную печь, нагреваем до температуры 850 С, выдерживаем 25 минут и охлаждаем  в масле (скорость охлаждения 300 С  в секунду). Далее, для получения  структуры сорбита проводим высокий  отпуск, нагревом детали до 550 С, выдерживаем  на протяжении 3,5 часа и охлаждаем  деталь на спокойном воздухе (скорость охлаждения 18 С в секунду). Далее нам необходимо получить на поверхности детали мартенсит, для этого нам нужно произвести закалку с нагревом ТВЧ на глубину 4 мм нагрев следует производить током частотой 2500 гц, время выдержки 3 – 5 с, и охлаждаем в масле. После данной процедуры проводим низкий отпуск,нагревом детали до температуры 200 С и выдержкой на протяжении 4 ч, после чего охлаждаем на спокойном воздухе, твердость наружней поверхности после данной процедуры будет равна 50 – 52 едениц.