Термическая обработка детали втулка

Вопрос №1.

 Опишите технологию  термической обработки детали  «втулка» из стали 40Х.

 

Ответ на вопрос №1.

Термическая обработка металлов и сплавов — процесс тепловой обработки металлических изделий, целью которого является изменение структуры и свойств в заданном направлении.

Среди основных видов термической обработки следует отметить:

Отжиг (гомогенизация и нормализация). Целью является получение однородной зёренной микроструктуры и растворение включений. Последующее охлаждение является медленным, препятствующим образованию неравновесных структур типа мартенсита.

Закалку проводят с повышенной скоростью охлаждения с целью получения неравновесных структур типа мартенсита. Критическая скорость охлаждения, необходимая для закалки, зависит от материала.

Отпуск необходим для снятия внутренних напряжений, внесённых при закалке. Материал становится более пластичным при некотором уменьшении прочности.

Дисперсионное твердение (старение). После проведения отжига проводится нагрев на более низкую температуру с целью выделения частиц упрочняющей фазы. Иногда проводится ступенчатое старение при нескольких температурах с целью выделения нескольких видов упрочняющих частиц.

Обработка холодом.

Рассмотрим технологию термической обработки детали «втулка» из стали 40Х.

Сталь 40Х применяют для изготовления осей, валов, вал-шестерен, плунжеров, штоков, коленчатых и кулачковых валов, колец, шпинделей, оправок, реек, зубчатых венцов, болтов, полуосей, втулок и других улучшаемых деталей повышенной прочности.

Втулка — деталь машины, механизма, прибора цилиндрической или конической формы (с осевой симметрией), имеющая осевое отверстие, в которое входит сопрягаемая деталь. В зависимости от назначения различают втулки подшипниковые, закрепительные, переходные и др.

Втулка переходная - инструмент, используемый на металлообрабатывающем оборудовании для установки инструмента с разными конусами Морзе.

На токарном станке втулка переходная используется для установки инструмента в заднюю бабку, неподвижного центра в переднюю бабку.

Для фрезерного станка втулка переходная - основной переходный элемент, позволяющий значительно снизить затраты на технологическую подготовку производства.

В качестве материала для изготовления детали втулка используется конструкционная легированная сталь 40Х ГОСТ 4543-71. В качестве легирующего элемента в данном случае используется хром, о чем говорит соответствующая маркировка.

Расшифровка марки стали 40Х

Цифра 40 указывает на то, что углерод в стали содержится в объеме 0,4 %. Хрома содержится менее 1,5 %.

Легированная конструкционная сталь 40Х имеет очень широкую область использования. Ее применяют для изготовления валов, осей, вал-шестерней, штоков, плунжеров, кулачковых и коленчатых валов, шпинделей, колец, реек, оправок, болтов, зубчатых венцов, втулок, полуосей и прочих деталей повышенной прочности.

Технологические свойства. Марка стали 40Х трудносвариваема. Это говорит о том, что получение качественного сварного соединения при участии данного материала потребует дополнительные операции. При выполнении процесса сварки дополнительно необходимо проводить подогрев изделий до температуры 200-300°C, а по завершении путем отжига термическую обработку. Данная марка стали флокеночувствительна и имеет склонность к отпускной хрупкости.

Заменитель: стали 45Х, 38ХА, 40ХН, 40ХС, 40ХФ, 40ХР.

Химический состав в % стали марки 40Х:

С(углерод)	Si(кремний)	Mn(марганец)	Ni(никель)	S(сера)	P(фосфор)	Cr(хром)	Cu(медь)
0,36-0,44	0,17-0,37	0,5-0,8	до 0,3	до 0,035	до 0,035	0,8-1,1	до 0,3

 

 

Температура критических точек материала Сталь 40Х.( °С)

Температура критических точек материала 40Х.

Ac1 = 743 ,      Ac3(Acm) = 782 ,       Ar3(Arcm) = 730 ,       Ar1 = 693

 

 

Механические свойства при Т=20oС материала 40Х .

Сортамент	Размер	Напр.	sв	sT	d5	y	KCU	Термообработка
-	мм	-	МПа	МПа	%	%	кДж / м2	-
Пруток, ГОСТ 4543-71	Ø 25		980	785	10	45	590	Закалка 860oC, масло, Отпуск 500oC, вода,

 

 

Твердость   40Х   после отжига ,             ГОСТ 4543-71

HB 10 -1 = 217   МПа

 

 

 

 

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]

 

Сталь 40Х относится к дешевым конструкционным материалам. С увеличенным содержанием углерода в них повышается прочность, но снижается пластичность и вязкость, повышается порог хладноломкости. Хромистые стали склонны к отпускной хрупкости, устранение которой требует быстрого охлаждения от температуры высокого отпуска.

Хром значительно уменьшает критическую скорость закалки, поэтому хромистая сталь обладает глубокой прокаливаемостью. Температура мартенситного превращения при наличии хрома снижается. Хром препятствует росту зерна и повышает устойчивость против отпуска . Поэтому отпуск проводится при более высоких температурах по сравнению с отпуском углеродистых сталей

Вывод. Помимо перечисленных выше особенностей, характерных для стали 40Х, следует отметить еще ряд свойств, считающихся очень важными для всех схожих материалов, используемых в машиностроении, а именно:

• достаточно высокий предел выносливости;

• возможность обработки путем сваривания (после нагрева), под давлением и резанием;

• при термовоздействии обладают стойкостью к короблению и обезуглероживанию.