Влияние предварительной термообработки на результаты ХТО

Введение

В настоящее время актуальной является проблема повышения срока службы деталей машин.Долговечность деталей которые подвергаются динамической нагрузке или интенсивному изнашиванию,работающих в агрессивных средах,определяется механическими и физико-механическими свойствами.

      Одним из  основных методов повышения стойкости  деталей является хто.Химико-термическая  обработка-это термическая обработка,сочетающая  тепловое воздействие с химическим,в  результате чего изменяются состав  и структура в поверхностных  слоях,а иногда и по всему  объёму изделия.Химико-термическая  обработка повышает твёрдость,износостойкость,задиростойкость,кавитационную  и коррозионную стойкость,что  создаёт на поверхности благоприятные  остаточные напряжения сжатия,которые  увеличивают надёжность и долговечность  деталей машин.

      Диффузионные поверхностные слои,полученные в результате хто,обладают рядом преимуществ.Прочность их сцеплений с основным металлом значительно превышает прочность других видов покрытий,а постепенное изменение химического состава по толщине диффузионного слоя создаёт плавное изменение свойств от поверхности к сердцевине детали.

     Качество деталей,которые  подвергаются хто,формируется на  всех стадиях их изготовления  и зависит в первую очередь  от качества материалов исходных  заготовок,а также от процесса  пластического деформирования металла,механической  и термической обработки.Причём  предварительная термическая обработка  занимает не менее важную позицию  в данном ряду,так как в значительной  степени влияет на структуру  и свойства стали после хто  изделий.

     Основными  видами термической обработки  являются:отжиг,нормализация,закалка,отпуск  и обработка холодом.Исходя из требований предъявляемых к стали можно применять ту или иную операцию термической обработки.Однако при одной и той же операции термической обработки,изменяя её параметр,т.е. температуру нагрева,выдержку и скорость охлаждения,можно получить свойства в достаточно широких пределах для одной и той же стали.

 

РЕФЕРАТ

 

УДК 621.785.5

 

Курсовая работа на тему «Влияние предварительной термообработки на результаты ХТО». Менделеева О.Л., Логвин В.Н. Белорусский национальный технический университет. – Минск, 2014 г.

С. – 24, рис – 7, табл – 3, библ - 6.

 

БЫСТРОРЕЖУЩАЯ СТАЛЬ, АЗОТИРОВАНИЕ, ГАЗОВОЕ АЗОТИРОВАНИЕ, ТЕХНОЛОГИЯ АЗОТИРОВАНИЯ, ИЗНОСОСТОЙКОСТЬ,ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ ТЕРМООБРАБОТКА, ДЕФЕКТЫ.

 

Цель данной курсовой работы – провести анализ влияния предварительной термической обработки на результаты хто.

 

 

 

 

 

 

 

 

            1.Описание детали и условий ее работы. 

 Протяжки  применяются для обработки отверстий, пазов и открытых наружных  поверхностей разнообразной формы.

По направлению приложения протяжного усилия протяжки делятся на две группы: собственно протяжки и прошивки. У протяжек протяжное усилие прилагается к их передней части, у прошивок – к их задней части. Протяжки работают на растяжение.

Протягивание может производится не только на специальных станках, но и на станках универсальных (строгальных, фрезерных и токарных) с применением соответствующих приспособлений.

Протяжки (протяжные инструменты), используемые в массовом производстве для обработки внешних и внутренних отверстий,- это зубчатые, многолезвийные ступенчатые инструменты

В настоящее время большое внимание уделяется снижению трудоемкости заготовительных процессов, экономии металла и сокращению стоимости заготовки за счет ее максимального приближения к формам и размерам готовой детали. Для осуществления этой задачи требуется инструмент высокого качества. От качества инструмента зависит точность и работоспособность деталей машин. Высокая стойкость инструмента увеличивает производительность механической обработки, сокращает расход инструментальной стали и в конечном счете снижает себестоимость изделия.

Правильное проведение процесса термической обработки инструмента в большей степени определяет его дальнейшее поведение в эксплуатации. Помимо придания инструменту необходимой твердости в сочетании с вязкостью, что достигается закалкой и отпуском, термическая обработка решает некоторые вспомогательные задачи,- например, предварительное улучшение структуры материала и инструмента.

Протяжки (протяжные инструменты), используемые в массовом производстве для обработки внешних и внутренних отверстий,- это зубчатые, многолезвийные ступенчатые инструменты. Для достижения заданной степени шероховатости поверхности инструмент изготавливают с очень тонкой и износостойкой кромкой. Благодаря малой подачи на каждый зуб небольшой скорости резания нагрев инструмента незначителен. Наименее прочной является обычно обжимная часть протяжной оправки, где возникают только растягивающие напряжения. Материал протяжки, следовательно, не должен быть склонен к короблению.

Протяжка для протягивания отверстий показана на рисунке 1.

 

 

Рисунок 1 - Протяжка круглая:

1 – передний хвостовик; 2 – шейка; 3 – переходной конус; 4 – передняя  направляющая часть; 5 – черновая  режущая часть; 6 – чистовая режущая  часть; 7 – калибрующая часть; 8 –  задняя направляющая часть; 9 –  задний хвостовик.

Передний хвостовик служит для закрепления протяжки в тяговом патроне протяжного станка. Шейка и переходной конус составляют связующее звено между хвостовиком и направляющей частью. Передняя направляющая часть предназначена для центрирования детали при протягивании. Она обеспечивает плавный, без перекосов переход детали на режущую часть протяжки. Задняя направляющая часть препятствует перекосу детали на протяжке и повреждению вследствие этого обработанной поверхности в момент выхода последних калибрующих зубьев из отверстия. Задний хвостовик служит для поддержания протяжки во вспомогательном патроне в процессе протягивания и для отвода протяжки после протягивания с целью освобождения рабочей зоны для установки последующей заготовки.

 

2. Описание материала, из которого изготовлена протяжка.

 

Упрочняемая деталь изготовлена из стали Р6М5. Ее назначение: все виды режущего инструмента при обработке обычных конструкционных материалов, а также  предпочтительно для изготовления резьбонарезного инструмента, работающего с ударными нагрузками. [2]

Химический состав стали Р6М5 приведен в таблице 1

 

Таблица 1 – Химический состав стали Р6М5 [3]

Элемент	Содержание, %
Углерод	0,82-0,90
Марганец	0,20-0,50
Кремний	0,20-0,50
Хром	3,80-4,40
Вольфрам	5,50-6,50
Ванадий	1,70-2,10
Молибден	4,80-5,30
Кобальт	не более 0,50
Никель	не более 0,60
Медь	не более 0,25
Сера	не более 0,025
Фосфор	не более 0,030

 

 

Критические точки и твердость приведены в таблице 2 и 3 соответственно.

 

Таблица 2 - Критические точки стали Р6М5. [2]

Ac1	Acm	Ar1	Arm
815	880	730	790

 

 

 

 

 

 

Таблица 3 - Твердость стали Р6М5 после отжига и после закалки и отпуска. [3]

Твердость
После отжига, HB	После закалки и отпуска (t0 закалки - 12200С, t0 отпуска - 5500С), HRC
255	63

 

 

Кривая зависимости твердости от температуры отпуска приведена на рисунке 1.

Рисунок 1 - Кривая зависимости твердости стали Р6М5 от температуры отпуска. [3]

 

 

                 2. Обоснование и выбор процесса обработки.

           Обоснование и выбор процесса и технологии термообработки и химико-термической обработки.

Для изделий из быстрорежущих сталей применяют следующие процессы химико-термической обработки:

          Низкотемпературное цианирование.Производится при температуре 550-570 °С в течение 5-30 мин (в жидких средах) и 1,5-3 ч (в газовой атмосфере). Жидкостное цианирование проводят в расплавах солей, используя смеси типа 50% NaCN; 15-20% Na2C03; 15-20% NaOH (или КОН); 5-10% NaCl (среднепроцентные смеси) или 90% NaCN; 3-5 % Na2C03; 2-5% NaCl (высокопроцентные смеси). Газовое цианирование (нитроцементацию) осуществляют в смеси аммиака и науглероживающего газа (пиролизного из керосина, нефтяного, естественного, светильного), содержащего метан. Цианирование увеличивает твёрдость поверхностного слоя инструмента до 1100 HV, повышает стойкость инструмента в 1,5—1,8 раза.

           Азотирование.Азотирование инструментов из быстрорежущей стали производят при 550…520 °С в течение 10…40 часов в атмосфере аммиака; степень диссоциации подаваемого аммиака 35…40%. Твёрдость по верхностного слоя выше, чем после цианирования (1300…1400 HV).

           Обработка паром.При обработке паром инструмент из быстрорежущей стали выдерживается в перегретом водяном пару при температуре 550-570 °С и давлении 0,01-0,02 МПа в течение 45-60 мин. В результате обработки на инструменте появляется плёнка магнитного оксида железа толщиной 2-8 мкм, что улучшает его товарный вид, повышает антикоррозионные свойства и стойкость.

         Борокарбоазотирование.Проводится в порошковой смеси после окончательной термической обработки при температуре 540…5500С в течении 0,5…1,5 часа. 

На основании условий эксплуатации протяжки и анализа различных видов химико-термической обработки, для дополнительного упрочнения рабочей поверхности, целесообразно провести азотирование инструмента.

Выбор предварительной термической обработки:

           Предварительная термообработка –закалка и высокий отпуск при 560-650 С .Во избежание коробления деталей температура отпуска должна быть на 20-40 С выше температуры азотирования. При проведении термической обработки необходимо учитывать, что сталь Р6М5 обладает склонность к обезуглероживанию. Вследствие этого заготовки должны иметь достаточные припуски на обработку, которые гарантировали бы полное удаление обезуглероженного слоя.

           Для ответственных деталей сложной конфигурации перед шлифованием рекомендуется проводить стабилизирующий отпуск для снятия внутренних напряжений(550…600С, 3…10 часов с последующим медленным охлаждением).

           При предварительной термической обработке необходимо применять защитные атмосферы, предохраняющие стали от обезуглероживания, и предусматривать припуски на механическую обработку, гарантирующие удаление обезуглероженного слоя.

           Наличие на деталях обезуглероженных поверхностей  недопустимо,так как это влечёт за собой резкое увеличение хрупкости азотированного слоя, а иногда его «шелушение».Микроструктура азотированного слоя,склонного к шелушению при шлифовании,характеризуется наличием развитой нитридной сетки по границам аустенитных зёрен.Хрупкость  может быть вызвана поверхностным обезуглероживанием перед азотированием и перегревом при предварительной термической обработке.Крупнозернистая структура углеродистых и легированных сталей практически всегда способствует охрупчиванию поверхности.

             Скорость охлаждения при закалке в процессе предварительной термической обработки заготовок также влияет на хрупкость азотированной поверхности при шлифовании.Закалка в масле приводит к выкрашиванию азотированной поверхности при шлифовании;закалка в воде не снижает пластичности азотированного слоя.

       

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

              3.Характеристика процессаазотирования.

Азотирование заключается в насыщении поверхностного слоя стали азотом при нагреве в соответствующей среде от 500 до 12000С.

В результате азотирования сталь приобретает: высокую твердость на поверхности, не изменяющуюся при нагреве до 400…4500С; низкую склонность к задирам и высокую сопротивляемость износу; высокие предел выносливости и кавитационную стойкость; хорошую сопротивляемость коррозии в атмосфере, пресной воде и паре.

В процессе азотирования обрабатываемые изделия испытывают небольшие деформации. Азотированный слой хорошо поддается шлифованию и полированию.

Различают два вида азотирования:

          Низкотемпературное азотирование проводят при температуре ниже 6000С в различных насыщающих средах. В результате, независимо от среды, происходит преимущественная диффузия азота, а строение слоя определяется диаграммой состояния железо-азот. Низкотемпературное азотирование проводят в частично диссоциированном аммиаке, в смеси аммиака и азота, аммиака и предварительно диссоциированного аммиака. Для активизации процесса в аммиачно-водородную смесь вводят кислород или воздух. При жидкостном азотировании применяют расплавы цианид-цианатных солей.