Термическая обработка стали

ОГЛАВЛЕНИЕ

 

Введение…………………………………………………………………………...5

 

1. Технологическая часть………………………………………………………...6

 

1. Применение конструкционных сталей и предъявляемые к ним требования…………………………………………………………………….......6
2. Химический состав и свойства стали 18ХГТ..……………………….....7
3. Влияние легирующих элементов на свойства стали 18ХГТ.………….10
4. Технологический процесс термообработки стали 18ХГТ...................16
5. Контроль качества и анализ возможного брака.......................................19

 

2. Описание и расчет основного и вспомогательного оборудования..............20

 

1. Общие положения и порядок эксплуатации поточной линии для цементации «Холкрофт» на ООО «ЧТЗ-Уралтрак»…………………..20
1. Техническая характеристика печи…………………..………………….20
2. Подготовка печи к работе………………………………………………..23
3. Сушка и разогрев печи……………..……………………………………24
4. Ведение теплового режима………………………………………………24
2. Расчет горения топлива…………………………………………………..25

2.2.1. Определение расхода воздуха……………………………………………25

2.2.2. Определение количества и состава продуктов сгорания……………….29

2.2.3. Определение температуры горения……………………………………...30

3. Расчет нагрева металла…………………………………………………...32
4. Тепловой расчет цементационной печи…………………………....……37

 

3. Автоматизация термического режима печного оборудования……………47

 

1. Контроль и регулировка температуры в печи.………………………….47
2. Регулирование соотношения «газ – воздух»………………………...….47
3. Система атмосферного контроля и регулирования….…………………47
4. Давление в рабочем пространстве печи.…………………………....…..48
5. Система аварийной сигнализации……………………………………….48

 

Библиографический список

Приложения

1. Чертеж основного  оборудования на 2 листах ф. А₁

2. Чертеж планировки  участка на 1 листе ф. А₂

3. Схема автоматизации  на 1 листе ф. А₁

4. Спецификация  на 4 листах ф. А₄

 

Введение

 

В данной работе рассматривается термическая обработка стали 18ХГТ на первом участке термического цеха №3 ООО «ЧТЗ-Уралтрак».

В настоящее  время широкое применение получили низколегированные и легированные стали, применяемые для изготовления наиболее важных, ответственных деталей  и изделий.

Сталь 18ХГТ относится к конструкционным легированным сталям и находят широкое применение в машиностроении. Из стали этой марки изготавливаются ответственные детали, работающих в сложных условиях нагружения, нормальных, пониженных и повышенных температурах. Это такие, как оси, валы, шестерни, звездочки, коленвалы, шатуны, ответственные болты, шпильки, диски, детали паровых турбин, цельнокованые роторы и другие.

Применение  стали 18ХГТ для объясняется тем, что, будучи легированной и сравнительно недорогой, сталь обладает высокой надежностью и долговечностью при эксплуатации.

 

1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

 

1.1. Применение  конструкционных сталей и предъявляемые  к ним требования

 

В современном  машиностроении для повышения долговечности  ответственных деталей широко используются процессы химико-термической обработки, из которых наибольшее распространение получили цементация и нитроцементация. В результате применения этих методов упрочнения повышается твердость и износостойкость поверхности деталей, возрастает усталостная прочность и увеличивается контактная выносливость.

Для обеспечения  требуемой твердости, как на поверхности  зубьев, так и в сердцевине их необходимо высокая закаливаемость, а прокаливаемость сердцевины должна регулироваться в достаточно узких  пределах. После химико-термической обработки сталь должна обладать удовлетворительной вязкостью при высоких значениях пределов прочности, предела усталости и предела контактной выносливости, в связи с чем для шестерен рекомендуется применять только наследственно-мелкозернистые стали (балл 6-8). Кроме того, применение мелкозернистых сталей позволяет использовать наиболее рациональный для массового производства режим непосредственной закалки или закалки с подстуживанием после цементации, вследствие чего уменьшается деформация шестерен и снижаются затраты на их обработку.

Сталь для шестерен должна обладать хорошей обрабатываемостью  резанием, вследствие чего особое значение приобретает выбор правильного  режима предварительной термической  обработки заготовок шестерен перед  нарезанием зуба. При неудовлетворительной микроструктуре заготовки ухудшается качество рабочей поверхности зубьев шестерен, а возникающие в металле внутренние напряжения способствуют увеличению деформации шестерен. Такие дефекты недопустимы, поскольку зубья шестерен после химико-термической обработки обычно не подвергают обработки, устраняющей деформацию и исправляющей качество поверхности.

Содержание  легирующих (особенно дефицитных) элементов  в стали для шестерен не должно быть чрезмерно высоким, чтобы было можно применять наиболее экономически и технически выгодный метод непосредственной закалки шестерен после цементации и нитроцементации. Необходимо учитывать, что непосредственная закалка высоколегированных сталей неприемлема из-за опасности образования чрезмерно большого количества остаточного аустенита в структуре слоя, вследствие чего прочность шестерен может значительно снизиться.

Важно также, чтобы  стали при химико-термической  обработке не были склонны к чрезмерному  перенасыщению поверхности углеродом  и азотом (при нитроцементации). В связи с тем, что необходимо обеспечить требуемую прокаливаемость сердцевины зуба и добиться минимальной деформации при закалки, шестерни ответственного назначения изготовляют из легированных, закаливающихся в масле сталей. Углеродистые стали, закаливающиеся в воде, для этих изделий не применяются[1].

 

1.2. Химический  состав и свойства стали 18ХГТ

 

Сталь 18ХГТ относится  к конструкционным легированным сталям и находит широкое применение в машиностроении. Из стали этой марки изготавливаются улучшаемые или цементируемые детали ответственного назначения, от которых требуется повышенная прочность и вязкость сердцевины, а также высокая поверхностная твердость, работающая под действием ударных нагрузок.

Заменителями  этой марки стали являются стали: 30ХГТ, 25ХГТ, 12ХН3А, 12Х2Н4А, 20ХН2М, 14ХГСН2МА, 20ХГР. Но из этих всех марок сталей, 18ХГТ является самой дешевой, и поэтому применяют именно ее.

Химический  состав стали 18ХГТ представлен в  таблице 1.[2]

 

 

Таблица 1 –  Химический состав стали 18ХГТ (% весовые)

C	Si	Mn	Ni	S	P	Cr	Ti	Cu
0,17-0,23	0,17-0,37	0,8-1,1	до 0,3	до 0,035	до 0,035	1,0-1,3	0,03-0,09	до 0,3

 

 

 

Критические точки  данной стали, приведены в таблице 2.[2]

 

Таблица 2 –  Температура критических точек  стали 18ХГТ,°С

Аc1	Аc3	Mн
735	820	360

 

 

 

На машиностроительных заводах сталь подвергается цементации, закалке и отпуску. Некоторые механические свойства после такой обработки приведены в таблице 3.

 

 

Таблица 3 – Механически  свойства стали 18ХГТ при 20°С

Сечение, мм	sв, МПа	sT, МПа	d, %	y, %	KCU, кДж/м2	НВ	HRC
Нормализация 880-950 °С. Закалка 870 °С, масло. Отпуск 200 °С, воздух или вода.
Образцы	880	980	9	50	78
Нормализация 930-960 °С. Цементация 930-950 °С. Закалка 825-840 °С, масло. Отпуск 180-200 °С.
	360	640				157-207
50	800	1000	9			285	57-63
Цементация 920-950 °С, воздух. Закалка 820-860 °С, масло. Отпуск 180-200 °С, воздух.
20	930	1180	10	50	78	341	53-63
60	780	980	9	50	78	240-300	57-63

Механические  свойства стали 18ХГТ при повышенных температурах представлены в таблице 4.

 

Таблица 4 –  Механически свойства стали 18ХГТ  при повышенных температурах

Температура испытания, °C	sв, МПа	sT, МПа	d, %	y, %	НВ
Нормализация
20	420	520	26	77	156
200	360	460	24	78
300	310	465	24	68
400	300	470	29	75
500	300	410	27	76
600	240	325	45	86
Образец диаметром 6 мм, длиной 30 мм, кованый и нормализованный. Скорость деформирования 50 мм/мин. Скорость деформации 0,03 1/с
700	205	235	46	88
800	76	135	51	94
900	54	95	55	96
1000	50	78	58	100
1100	25	43	61	100
1200	13	25	56	100

 

 

Механические свойства стали 18ХГТ в зависимости от температуры  отпуска представлены в таблице 5.

 

Таблица 5 –  Механические свойства стали 18ХГТ в  зависимости от температуры отпуска

Температура отпуска, °C	sв, МПа	sT, МПа	d, %	y, %	KCU, кДж/м2	HRC
Закалка 880 °С, масло.
200	1150	1370	11	57	98	41
300	1150	1330	10	57	78	41
400	1150	1210	9	57	78	40
500	950	940	15	66	144	32
600	720	780	20	73	216	22

 

Механические  свойства стали 18ХГТ в зависимости  от сечения представлены в таблице 6.

 

Таблица 6 – Механические свойства стали 18ХГТ в зависимости от сечения

Сечение, мм	sв, МПа	sT, МПа	d, %	y, %	KCU, кДж/м2	HRC
Закалка 850 °С, масло. Отпуск 200 °С, воздух.
5	1320	1520	12	50	72
15	930	1180	13	50	78	38
20	730	980	15	55	113	30
25	690	980	19	50	93	28