Разработка технологии термической обработки полумуфты (стр. 1 из 2)

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра “Физическое материаловедение”

Индивидуальное домашнее задание №1

по дисциплине “Технология термической обработки”

на тему:

«Разработка технологии термической обработки полумуфты»

Выполнил:

студент группы МТ-05

Минин Александр

Проверил: зав. каф. ФМ

Егоров Н.Т.

ДОНЕЦК 2009

Реферат

Объект исследования: режим термической обработки полумуфты

Цель работы: осуществить выбор материала для изготовления полумуфты исходя из условий ее работы и механических свойств, разработать режим термической обработки, способный обеспечить получение требуемого уровня свойств.

Метод исследования: расчетно-аналитический.

Проведен анализ справочной литературы, исследованы отрасли применения полумуфт, выявлены основные причины выхода изделий из строя.

На основе литературной информации в качестве материала для изготовления полумуфты выбрана сталь марки 40ХН, выбор материала обоснован на основе сравнения механических свойств и экономических показателей.

Разработан режим термической обработки полумуфт, заключающийся в закалке с последующим высоким отпуском, позволяющий получить необходимый комплекс механических свойств.

Определены методы контроля качества готовых изделий, количество образцов для проведения испытаний.

Область применения: проектные институты, металлургические и машиностроительные предприятия.

ПОЛУМУФТА, ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА, ЗАКАЛКА, ОТПУСК, ПРОКАЛИВАЕМОСТЬ, КРИТИЧЕСКИЙ ДИАМЕТР

Содержание

Введение

1. Описание условий работы полумуфты и предъявляемые к нему требования

2. Выбор и обоснование марки стали

2.1 Выбор марки стали

2.2 Характеристика выбранной марки стали

3. Разработка технологи термической обработки полумуфты

4. Контроль качества

Выводы

Список использованной литературы

Введение

Полумуфты являются достаточно распространёнными деталями, применяемыми в различных сферах промышленности. Ввиду специфики устройств применяемые в них полумуфты имеют свои характерные особенности. Этим обусловлен широкий спектр их форм, размеров, предъявляемых характеристик и материалов для их изготовления. Во многих случаях полумуфты играют определяющую роль в функционировании той или иной машины. Их применение: прокатные станы, металлообрабатывающие станки, всевозможные двигатели, бытовые приборы.

Основное назначение полумуфт – соединение вращающихся или иначе перемещающихся деталей, передача крутящего момента от одной части машины или механизма к другой или непосредственно к рабочему органу – валку, колесу, винту, патрону, сверлу, фрезе.

Полумуфты в зависимости от их назначения и условий работы изготавливают из самых разнообразных материалов от самых примитивных пластмасс до дорогих высоколегированных сталей и сплавов, основная масса полумуфт – металлические. Применение того или иного материала зависит от степени нагруженности, ответственности размеров, условий среды.

К материалу полумуфт часто предъявляются высокие требования прочности, твёрдости, износостойкости в сочетании с высокой ударной вязкостью, однородность свойств по всему сечению. Существуют огромное количество методов упрочнения металла: закалка, закалка + отпуск, деформационное упрочнение (наклёп), закалка ТВЧ, цементация, нитроцементация, термомеханическая обработка. Наиболее часто для упрочнения полумуфт применяют улучшение, то есть объёмную закалку с последующим отпуском, которая обеспечивает должный уровень требуемых свойств по всему сечению в сочетании с достаточно известной и отработанной схемой её реализации. Другие виды упрочнения не могут дать таких результатов в силу тех или иных причин. Например, цементация, нитроцементация или закалка ТВЧ (виды поверхностной обработки) приведут лишь к упрочнению поверхности, а не всего сечения изделия, что требуется в данном случае. Деформационное упрочнение всегда приводит к высоким внутренним напряжениям, а, следовательно, – к охрупчиванию изделия и плохой его обрабатываемости.

Термообработка может быть эффективной только при правильном соблюдении технологии её проведения. Следовательно, важной задачей является разработка необходимого режима термической обработки, установление точных значений технологических параметров, способных обеспечить комплекс, требуемых от данного изделия свойств. Основными параметрами термообработки являются время и скорость нагрева, температура нагрева, время изотермической выдержки, скорость (среда) охлаждения.

Целью данной работы является определение параметров термообработки полумуфты.

1. Описание условий работы полумуфты и предъявляемые к ней требования

Данная муфта установлена на выходе вала электродвигателя и служит для соединения его с входным валом насоса. Эскиз полумуфты приведен на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 – Эскиз полумуфты

В процессе эксплуатации устройства полумуфта подвергается крутящим, а так же изгибающим и ударным нагрузкам. Выход из строя полумуфты может быть связан с её деформацией, износом или разрушением.

Полумуфта работает в достаточно тяжело нагруженных условиях. Для обеспечения долговечной работы полумуфты, так и всего механизма эта деталь должна обладать комплексом достаточно высоких механических свойств.

Толщина максимального рабочего сечения полумуфты 45мм. Рекомендуемая марка стали должна обеспечивать сквозную прокаливаемость полумуфты на 50% мартенсита.

Из условий работы следует, что полумуфта должна изготавливаться из улучшаемой конструкционной стали, которая в конечном состоянии после термообработки обладала бы следующими механическими свойствами:

σ_0,2 – не менее 500 Н/мм²,

KCU=50 – 60 Дж/см².

От полумуфты требуется твёрдость 210 – 230 НВ

2. Выбор и обоснование марки стали

2.1 Выбор стали

Исходя из условий работы, полумуфта подвергается объёмной закале с отпуском, она должна изготовляться из конструкционной улучшаемой стали. Это углеродистые или низколегированные стали с содержанием углерода ~0,35 – 0,55%.

Основной характеристикой при выборе марки стали является прокаливаемость, требования по которой зависят в первую очередь от минимального размера максимального сечения рассматриваемого изделия. Выбранная марка стали также помимо прокаливаемости должна обеспечивать требуемый комплекс механических свойств.

Ориентировочные значения критических диаметров и механических свойств после закалки и высокого отпуска некоторых улучшаемых сталей приведены в таблице 2.1

Таблица 2.1 – Механические свойства и критические диаметры для некоторых улучшаемых сталей[2]

Марка стали	σ_0,2, Н/мм²	σ_в, Н/мм²	d, %	ψ, %	KCU, Дж/см²	Твёрдость, НВ	Критический диаметр для 50% М, мм
Марка стали	σ_0,2, Н/мм²	σ_в, Н/мм²	d, %	ψ, %	KCU, Дж/см²	Твёрдость, НВ	в воде	в масле
Сталь 40ХН	540	685	15	45	59	212 – 248	60–112	34 – 76
Сталь 30ХГСА	540	685	15	45	59	223 – 262	60 – 91	34 – 60
Сталь 30ХН2МА	540	685	13	40	56	223 – 262	–	37 – 75

Примечание: свойства приведены после закалки с высоким отпуском.

Из таблицы 2.1 видно, что сталь 40ХН имеет критический диаметр, способный при закалке обеспечить сквозную прокаливаемость для этой полумуфты в масле. Стали 30ХГСА и 30ХН2МА имеют сходные прокаливаемость, прочностные и пластические свойства, ударную вязкость. Материалом для изготовления полумуфты изберем сталь 40ХН, которая наиболее часто применяется для изготовления подобных изделий.

2.2 Характеристика марки стали

Основное назначение стали 40ХН – коленчатые валы, шестерни, оси, шатуны, зубчатые венцы, зубчатые колёса, шпиндели, болты, рычаги, штоки, цилиндры и другие детали машин и механизмов

Химический состав стали 40ХН в приведен в таблице 2.3. [2]

Таблица 2.3 – Химический состав стали 40ХН, % масс.

С	Si	Mn	Cr	Ni	P	S	Cu
					не более
0,36 – 0,44	0,17 – 0,37	0,50 – 0,80	0,45 – 0,85	1,00 – 1,40	0,035	0,035	0,30

Температура критических точек стали 40ХН следующая:

А_с1=735°С; А_с3=768°С;

A_r1=660°C; А_r3=700°C;

M_н=305°С.

Графики зависимостей требуемых механических свойства стали 40ХН в зависимости от температуры отпуска после закалки представлены на рисунках 2.1 – 2.3. [2]

Рисунок 2.1 – Графики зависимости σ_0,2(– –)и σ_в(–) от температуры отпуска

Рисунок 2.2 – График зависимости KCU от температуры отпуска

Рисунок 2.3 – График зависимости твёрдости (НВ) от температуры отпуска.

Для определения температуры отпуска, обеспечивающей комплекс требуемых свойств, воспользуемся графиками на рисунках 2.1 – 2.3. Из них видно, что требуемые свойства сталь 40ХН будет иметь после закалки и высокого отпуска (580÷600°С):

σ_0,2=520 – 540 Н/мм²,

KCU=50 – 60 Дж/см²

Сталь 40ХН – флокеночувствительна и склонна к отпускной хрупкости; при этом требуется четкое соблюдение технологического процесса и применение при выплавке качественных шихтовых материалов во избежание образования флокенов или проведение последующей антифлокенной обработки, а для предотвращения возникновения отпускной хрупкости охлаждение после отпуска следует вести в воде, т.к. хрупкость возникает при охлаждении с низкими скоростями. Критический диаметр для 50% мартенсита при закалке в масле 34 – 76мм [2]