Проект участка термической обработки дисковых фрез (стр. 5 из 9)
В сталях этого класса в зависимости от температуры отпуска проходят различные процессы:
1.Обеднение мартенсита углеродом и в некоторой степени легирующими элементами, выделение и коагуляция цементитного карбида (150-300 °С), в состав которого могут входить хром, вольфрам, молибден. В результате этого отпуска понижается твердость, но повышаются прочность, пластичность и вязкость, что является следствием снижения склонности к хрупкому разрушению в результате уменьшения концентрации углерода в мартенсите и снятия возникших при закалке напряжений.
2. Распад мартенсита и образование специальных карбидов хрома (400-600°С). Присутствие таких дисперсных карбидов, отличающихся симметрией решетки от основной фазы (мартенсита), повышает твердость.
3.Пластичность и вязкость стали при этом снижаются. Более высокий отпуск (600-650 °С) усиливает выделение карбидов и их коагуляцию, вызывает еще больший распад мартенсита и снижает твердость. Прочность и ударная вязкость при этом также несколько снижаются.
3. Распад остаточного аустенита. Остаточный аустенит теплостойких сталей (штамповых и быстрорежущих) из-за высокой легированности очень устойчив и превращается лишь в результате отпуска выше 500° С. В процессе выдержки при 500-600° С из аустенита выделяется часть углерода и легирующих элементов в виде карбидов. Обедненный аустенит превращается в мартенсит при охлаждении. Температура начала мартенситного превращения остаточного аустенита повышается тем сильнее, чем больше была выдержка или температура отпуска, т. е. чем больше был обеднен остаточный аустенит.
Для более полного превращения остаточного аустенита, отпуск быстрорежущих сталей необходимо повторять 2-4 раза в зависимости от состава стали. Наибольшее количество остаточного аустенита превращается при первом отпуске. Положительная роль многократного отпуска, применяемого для быстрорежущих сталей, состоит в том, что он повышает сопротивление пластической деформации из-за более полного превращения остаточного аустенита. Кроме того, многократный отпуск снимает напряжения, созданные закалкой и превращением остаточного аустенита в мартенсит.
Для стали Р6М5 принимаем трехкратный отпуск при 560 оС по 1 часу с охлаждением на воздухе после каждого отпуска до температуры цеха.
Для удаления с поверхности инструмента остатков солей, применяют 3 ÷ 5% раствор Na2CO3 или каустическую соду, а также моечный состав типа лабомид при температуре 70-80 оС, 10 минут.
1.4.4 Расчет и описание температурно-временных параметров технологических процессов
Каждая операция термической и химико-термической обработки характеризуется следующими параметрами:
- температурой нагрева;
- общим временем процесса;
- средой нагрева;
- средой охлаждения.
1) Температура нагрева
а) Для обеспечения мартенситной структуры, а, следовательно, и необходимых механических свойств, проводится закалка стали Р6М5 с температуры 1220 ºС. Повышение температуры закалки выше данной температуры и вызванный этим рост зерна аустенита обнаруживается, в первую очередь, в получении более грубой структуры мартенсита или грубого крупнокристаллического излома.
б) Отпуск является окончательной операцией термической обработки. Основное влияние на свойства стали оказывает температура отпуска. Ее устанавливают в зависимости от состава стали и требуемой для данного инструмента твердости. Так как фреза из стали Р6М5 требует высокой твердости 61-64 HRC, то отпуск проводится трехкратный при температуре 560 ºС. На рисунке 1.4 показана зависимость твердости стали от температуры отпуска.
Рисунок 1.4 – Зависимость твердости стали Р6М5 от температуры отпуска
Общее время закалки определяется по формуле:
τобщ = τс.п. + τи.в. + τз.в.;
где, τс.п. – время сквозного прогрева до температуры закалки, мин.;
τи.в. – время изотермической выдержки для завершения фазовых превращений в стали, мин.
,где К1 – коэффициент, характеризующий удельное время прогрева и зависящий от материала изделия, состава и температуры нагревающей среды, мин/см;
V/F – отношение объема к поверхности равновеликих по габаритным размерам инструмента и образцов простой формы, см;
КФ – критерий формы образцов;
Кк – коэффициент конфигурации инструмента.
Принимаем:
К1 = 5,1 мин/см;
;где, Н – высота дисковой фрезы, Н = 2 см;
D – наружный диаметр, D = 15 см;
d – внутренний диаметр, d = 4,4 см.
см; 
;КФ = 1,038.
минПри нагреве изделий вместе с приспособлением расчетное время увеличивается на 20 ÷ 30 %, получаем время нагрева:
τс.п. = 2,88 + 30% = 2,88 + 0,864 = 3,8 мин.
τи.в. = 0,08W + 0,2V + 0,15Mo = 0,08×6 + 0,2×1,9 + 0,15×5,2 = 1,8 мин.
τз.в. = 5 мин;
τ'общ = τс.п. + τи.в. + τз.в.= 3,8 + 1,8 + 5 = 10,6 мин.
Отношение времени выдержки при первом, втором и третьем подогревах к времени выдержки при окончательном нагреве принимаем равным 3:1; 2:1; 1:1 соответственно. τ1нагрев = 11,2 мин; τ2нагрев = 33,6 мин.
Охлаждение проводим в соляной ванне до 300 оС:
τохл = 3 мин.
τобщ = 10,6 + 16,2 + 38,6 + 3 = 68,4 мин.
Время трехкратного отпуска, составит:
τотп = τ1 + τ2+ τ3 + τз.в.= 60 + 60 + 60 + 10 = 190 мин.
Температура нагрева 560 оС.
Рисунок 1.5 – Схема термической обработки дисковых фрез.
1.4.5 Разработка и описание технологической карты термической обработки деталей
Технологическая карта – часть маршрутной технологии, это основной документ термического участка, в которой указан маршрут перемещения деталей по участку.
Дисковые фрезы подаются на термический участок с помощью электропогрузчика в контейнерах, вместе с сопроводительными документами, предварительно обезжиренные в 5 - 10% содовом растворе.
После они помещаются в приспособление для термообработки и загружаются в печь, где нагреваются до температуры 550 ˚С, затем до 850 ˚С, далее до температуры 1220 оС. После закалки детали охлаждаются до 300 оС, а затем до температуры цеха.
Перед нагревом в отпускной печи дисковые фрезы моются. После этого детали загружают в отпускную печь и нагревают до температур 560 ºС, выдерживаются 1 час, а затем охлаждаются и опять нагреваются до 560 оС, 1 час. Охлаждение детали после отпуска осуществляется на воздухе.
По окончании цикла термической обработки детали проходят очистку.
Последняя операция - контроль качества деталей после термической обработки:
1) для 3-5% от партии деталей производится проверка твердости. Твердость измеряется на твердомере Роквелла;
2) 100% наружный осмотр, не допускающий окалину, трещины, задиры и другие дефекты;
3) для 2-3 шт. от каждой садки производится анализ микроструктуры, осуществляемый в экспресс-лаборатории.
После этого детали вместе с сопроводительными документами транспортируются в контейнерах в сборочный цех.
Технологическая карта на термическую обработку фрез из стали Р6М5 приведена в приложении А.
1.4.6 Контроль производства
В цикле производственного процесса изготовления инструмента термическая обработка является операцией, от которой во многом зависит качество выпускаемой продукции. Поэтому контроль осуществляется в двух направлениях: контроль технологического процесса (по операцию и оборудованию) и контроль готовой продукции (после термической обработки).
Контроль технологического процесса производится по следующим параметрам: температурный режим, среда обработки, продолжительность операции и т.д.
При входном контроле проверяют состояние поверхности деталей, микроструктуру, измеряют твердость. В процессе термической обработки контролируют выполнение температурного режима, состав среды печи, продолжительность пребывания сверл в печи, состояние и температуру закалочной среды и моющих средств, скорость применения или подачи закалочной среды. Температурный режим контролируется термистом.
Для обеспечения стабильного состава соли в печах при нагреве под закалку, один раз в смену контролируется химический состав соли, поступающей на участок.
Контроль обезуглероживающей активности соляных ванн производят методом фольги с помощью образцов тонкой (0,08-0,12 мм) ленты из высокоуглеродистой стали 13Х, имеющей исходное содержание углерода Си = 1,3-1,4%. Образцы нагревают при обычных для обрабатываемых сталей температурах закалки, выдерживая их в высоко- и среднетемпературных ваннах в течение 1 и 10 мин соответственно; после чего быстро охлаждают в воде.
Конечное содержание углерода Ск в контрольном закаленном образце ленты после нагрева определяют или методом химического анализа или ускоренным методом, заключающемся в измерении на установках ИТЭС-5м термоЭДС, возникающей между этим образцом и нагретым до 160 °С медным электродом, используя экспериментально найденную зависимость этих двух величин.
Ванну считают удовлетворительной, если после нагрева в указанных условиях конечное содержание углерода Ск в контрольных образцах ленты составляет при закалке вольфрамовых быстрорежущих сталей Р18, Р12, Р14Ф4 и др. ≥ 0,8%, вольфрамомолибденовых Р6М5, Р6МЗ и др. ≥ 0,9%, молибденокобальтовых Р9М4К8, Р6М5К5 и др. ≥1%, углеродистых и низколегированных сталей У12А, 9ХС и др. ≥ 1,2%.