Национальный политехнический университет
Харьковский политехнический институт
на тему «Проект участка химико-термической обработки»
Харьков 2006 г.
РЕФЕРАТ
Настоящая научно-исследовательская работа содержит 53 страниц, 9 рисунков, 6 таблиц, 7 используемых источников литературы, 3 схемы, графическую часть, состоящую из 2 чертежей и 1 плаката.
СТАЛЬ СТРУКТУРА СВОЙСТВА ЗУБЧАТОЕКОЛЕСО ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС АВТОМАТИЗАЦИЯ МЕХАНИЗАЦИЯ ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА
Целью проекта является проектирование участка химико-термической обработки зубчатых колёс коробки передач с раздаточной коробкой.
Произведен анализ нагружения детали, структура детали.
Выбрана марка стали и разработан технологический процесс термообработки. Проведен расчет температурно-временных параметров процесса, а также основного, вспомогательного и дополнительного оборудования, производственной программы, предложены средства механизации и автоматизации процесса. Рассчитаны площади и спроектирована планировка участка и печей СШЦМ-6.12/10 и СШО-6.12/3.
В работе содержится графическая часть, включающая планировку участка, термического оборудования, схема технологической карты и маршрутная технология.
ВВЕДЕНИЕ
Одной из основных задач в машиностроении является широкое технологическое нерациональное производство насосов и другой техники используемой в промышленности. Для полного обеспечения в промышленности необходимо повысить количество высокоэффективной техники.
Большое значение для ее расширения имеет проблема повышения долговечности деталей поршней и другой техники, и расхода запаса частей.
Существующее производство имеет ряд недостатков, поэтому требуется введение новых процессов. Широкое применение термообработки в машиностроении обусловлено возможностью эффективного повышения качества надежности машин и входящих в них механизмов, увеличение срока службы и повышение технологических характеристик, что приведет к улучшению качества работ на таких машинах. Поэтому дальнейшее совершенствование и реконструкция термических цехов - главная задача, которую необходимо решить в ближайшее время. В основе термической обработки лежат процессы нагрева и охлаждения, поэтому нагревательные и охлаждающие устройства составляют основу оборудования термических цехов. Применение автоматизированных печей, поточных линий и агрегатов позволяет повысить эффективность производства, производительность труда, достигнуть стабильности выполнения термических процессов, сократить количество рабочих и необходимых площадей, упростить планирование производства.
Непрерывное совершенствование термических процессов, оборудования и внедрения наиболее прогрессивных методов производства - характерные черты современной промышленности.
1. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ
1.1 Анализ нагружения деталей и требования к ним
Зубчатые колёса широко применяют в машинах, механизмах и приборах различных отраслей машиностроения. Наилучшая макроструктура зубчатых колёс получается при штамповке, когда расположение волокон соответствует конфигурации колеса, так как в этом случае прочность на изгиб повышается.
Зубчатое колесо коробки передач с раздаточной коробкой, испытывает циклические нагрузки и трение при движении. При трении сопряжённых поверхностей имеет место износ поверхности, который является сложным процессом. При работе испытывает циклический изгиб и контактное напряжение.
Следовательно, для данной детали требуется предел выносливости, высокая контактная и усталостная прочность, прочность при изгибе, ударе и износостойкость зуба, твердость поверхности, обеспечивающие надежность и длительность в эксплуатации данного зубчатого колеса в соответствующем узле.
1.2 Структура деталей
В машиностроении потребляется около 40% от производства в стране стали и по числу марок машиностроительной стали, являются многочисленными. Они используются в зависимости от вида деталей, их назначения и условий эксплуатации.
Для зубчатых колес, втулок, обойм, гильз, дисков, плунжеров, рычагов и других деталей, к которым предъявляются требования высокой поверхностной твердости при невысокой прочности сердцевины, применяются следующие марки сталей: 20Х, 12ХНЗА,12Х2Н4А, 25ХГМ, 20ХН2М, 18ХГТ, 25ХГТ, 30ХГТ, 20ХГР.
Заготовка попадает на завод в нетермообработанном виде со структурой феррит + перлит, то есть изготовлена из стали 25ХГТ, подходящей для деталей в условиях ее эксплуатации.
Для зубчатого колеса необходимо получение высокой твердости HRC 59 - 63 единицы, прочности, износостойкости поверхностного слоя в сочетании с пластичной сердцевиной самого изделия, что достигается с помощью химико-термической обработки.
После обработки зубчатое колесо должно иметь следующую структуру:
- поверхностный слой - Мзак + карбиды + Аост.
- Сердцевина - бейнитная.
1.3 Выбор марки стали и ее описание
Зубчатое колесо должно обладать высокой твердостью на поверхности и невысокой прочностью сердцевины. Поэтому в качестве материала для этой детали можно выбрать следующие стали: 18ХГТ, 25ХГТ, 30ХГТ.
Таблица 1.1 - Химический состав сталей
| Маркастали | C | Si | Mn | Cr | Ti | S | P | Ni | Cu |
| не более | |||||||||
| 18ХГТ | 0,17-0,23 | 0,17-0,37 | 1,5-2,0 | 1,00-1,30 | 0,03-0,09 | 0,035 | 0,035 | 0,30 | 0,30 |
| 25ХГТ | 0,22-0,29 | 0,17-0,37 | 0,80-1,10 | 1,00-1,30 | 0,03-0,09 | 0,035 | 0,035 | 0,30 | 0,30 |
| 30ХГТ | 0,24-0,32 | 0,17-0,37 | 0,80-1,10 | 1,00-1,30 | 0,03-0,09 | 0,035 | 0,035 | 0,30 | 0,30 |
Зубчатые колёса из хромомарганцетитановых сталей подвергают газовой цементации ( при t =920 - 950°C ) с непосредственной закалкой из цементационной печи после предварительного подстуживания до 840 - 860°C. После закалки – отпуск при t = 180 - 200°C
Таблица 1.2 - Температура критических точек сталей, ºС
Маркастали | Ас1 | Ас3 (Асm) | Ar3 (Arcm) | Ar1 | Mн |
| 18ХГТ | 740 | 825 | 730 | 650 | 360 |
| 25ХГТ | 750 | 940 | - | 710 | 210 |
| 30ХГТ | 770 | 825 | 740 | 665 | - |
Таблица 1.3 - Механические свойства сталей
| Марка стали | Состояние поставки, режим термической обработки | Сечение, мм | Не менее | КСUДж/см2 | НВне более | |||
| σ0,2, МПа | σb, МПа | δ, % | φ, % | |||||
| 18ХГТ | Цементация 920-950ºС, воздух. Закалка 820 – 860ºС, масло. Отпуск 180 - 200 ºС, воздух. | 60 | 780 | 980 | 9 | 50 | 78 | пов57-64 |
| 25ХГТ | Цементация 920-950ºС, воздух. Закалка 840 – 860ºС, масло. Отпуск 190 - 210 ºС, воздух. | 100 | 1100 | 1500 | 9 | - | 60 | пов57-63 |
| 30ХГТ | Цементация 920-950ºС, воздух. Закалка 840 – 860ºС, масло. Отпуск 180 - 200 ºС, воздух. | 100 | 730 | 880 | 12 | 35 | 59 | пов57-63 |
Таблица 1.4 - Технологические свойства
| Марка стали | Свариваемость | Обработка резанием | Флокено-чувствительность | Склонность к отпускной хрупкости |
| 18ХГТ | Сваривается без ограничений (кроме ХТО) | После нормализации при НВ = 156-159, σв = 530 МПа | Не чувствительна | Мало склона |
| 25ХГТ | Сваривается | - | Чувствительна | Склонна |
| 30ХГТ | Ограниченно сваривается | После нормализации при НВ = 364, σв = 860 МПа | Не чувствительна | Мало склонна |
Основными легирующими элементами конструкционной машиностроительной стали, являются: хром, никель, молибден, вольфрам, титан, алюминий, марганец, кремний, бор.
Роль легирующих элементов и в цементуемой стали заключается прежде всего в том, что уменьшают критическую скорость охлаждения и повышают прокаливаемость. В следствии этого детали могут закаливаться в масле или на воздухе, что способствует уменьшению деформации и короблению при закалке, понижает опасность образования трещин и остаточных напряжений в переходном слое.
В следствии влияния на прокаливаемость, а также в других направлениях легирующие элементы повышают прочность сердцевины.
Прочность сердцевины, в том числе её усталостная прочность, может быть значительно повышена за счёт более высокого содержания в стали углерода, при этом наблюдается некоторое падение вязкости.
Введение в сталь до 0,25 – 0,30%С улучшает также её обрабатываемость резаньем против стали, содержащей 0,1 – 0,18%С, это имеет важное значение, так как многие из легирующих элементов ухудшают обрабатываемость резаньем.
В стали 25ХГТ присутствуют титан, марганец, хром, являющиеся легирующими элементами, а также фосфор, сера, медь и никель ― вредными примесями.
Вредные примеси в стали находятся в малом количестве и поэтому не сильно влияют на свойства стали.
Главным легирующими элементами является хром. Он повышает механические свойства, стали при статической и ударной нагрузке, повышает прокаливаемость и стойкость на истирание.
Марганец ― образует с углеродом карбиды, что способствует повышению твердости поверхности и прочности и затрудняет рост зерна. Также он уменьшает склонность к образованию в цементированном слое анормальной структуры.
Титан ― является раскислителем азота, благодаря чему сталь получается более плотной и однородной, и повышается жаропрочность.