Розробка технології термічної обробки напівмуфти

Міністерство освіти і науки України

Сумський державний університет

Кафедра ПМ і ТКМ

 

 

 

 

Індивідуальна робота

На тему: «Розробка технології термічної обробки напівмуфти»

 

 

 

 

 

Підготував:                                                                      Сметанін Р. С

 

Група :                                                                                          МТ-11                                                                                                                           

 

Перевірила:                                                                      Харченко Н.А

 

 

 

Суми  2014

Вступ

Напівмуфти є досить поширеними деталями, застосовуваними в різних сферах промисловості. Зважаючи на специфіку пристроїв застосовувані в них напівмуфти мають свої характерні особливості. Цим обумовлений широкий спектр їх форм, розмірів, пропонованих характеристик і матеріалів для їх виготовлення. У багатьох випадках напівмуфти грають визначальну роль у функціонуванні тієї чи іншої машини. Їх застосування: прокатні стани, металообробні верстати, всілякі двигуни, побутові прилади.

Основне призначення полумуфт - з'єднання обертових чи інакше переміщаються деталей, передача крутного моменту від однієї частини машини або механізму до іншої або безпосередньо до робочого органу - валку, колесу, гвинту, патрону, свердла, фрези.

Напівмуфти залежно від їх призначення і умов роботи виготовляють з найрізноманітніших матеріалів від найпримітивніших пластмас до дорогих високолегованих сталей і сплавів, основна маса полумуфт - металеві. Застосування того чи іншого матеріалу залежить від ступеня навантаженості, відповідальності розмірів, умов середовища.

До матеріалу полумуфт часто пред'являються високі вимоги міцності, твердості, зносостійкості в поєднанні з високою ударною в'язкістю, однорідність властивостей по всьому перетину. Існують безліч способів зміцнення металу: гарт, гарт + відпустку, деформаційне зміцнення (наклеп), гарт ТВЧ, цементація, нитроцементация, термомеханічна обробка. Найбільш часто для зміцнення полумуфт застосовують поліпшення, тобто об'ємну загартування з наступним відпуском, яка забезпечує належний рівень необхідних властивостей по всьому перетину в поєднанні з досить відомою і відпрацьованою схемою її реалізації. Інші види зміцнення не можуть дати таких результатів в силу тих чи інших причин. Наприклад, цементація, нитроцементация або гарт ТВЧ (види поверхневої обробки) призведуть лише до зміцнення поверхні, а не всього перерізу вироби, що вимагається в даному випадку. Деформаційне зміцнення завжди призводить до високих внутрішнім напруженням, а, отже, - до охрупчіванію вироби і поганий його оброблюваності.

Термообробка може бути ефективною тільки при правильному дотриманні технології її проведення. Отже, важливим завданням є розробка необхідного режиму термічної обробки, встановлення точних значень технологічних параметрів, здатних забезпечити комплекс, необхідних від даного вироби властивостей. Основними параметрами термообробки є час і швидкість нагріву, температура нагріву, час ізотермічної витримки, швидкість (середа) охолодження.

Метою даної роботи є визначення параметрів термообробки напівмуфти.

1.Опис умов роботи  напівмуфти і вимоги до неї .

Дана муфта встановлена ​​на виході вала електродвигуна і служить для з'єднання його з вхідним валом насоса.

Ескіз напівмуфти наведено на малюнку 1.1.

В процесі експлуатації пристрою напівмуфта піддається крутним, а так же изгибающим і ударних навантажень. Вихід з ладу напівмуфти може бути пов'язаний з її деформацією, зносом або руйнуванням.

Напівмуфта працює в досить важко навантажених умовах. Для забезпечення довговічної роботи напівмуфти, так і всього механізму ця деталь повинна володіти комплексом досить високих механічних властивостей.

Рекомендована марка сталі повинна забезпечувати наскрізну прокаливаемость напівмуфти на 50% мартенситу.

З умов роботи випливає, що напівмуфта повинна виготовлятися з покращуваною конструкційної сталі, яка в кінцевому стані після термообробки володіла б наступними механічними властивостями:

σ0,2 - не менше 500 Н / мм2,

KCU = 50 - 60 Дж / ​​см2.

Від напівмуфти вимагається твердість 210 - 230 НВ

2. Вибор матеріала

Виходячи з умов роботи, напівмуфта піддається об'ємної загартуванні з відпусткою, вона повинна виготовлятися з конструкційної поліпшуваної стали. Це вуглецеві або низьколеговані сталі з вмістом вуглецю ~ 0,35 - 0,55%.

Основною характеристикою при виборі марки сталі є прокаливаемость, вимоги по якій залежать в першу чергу від мінімального розміру максимального перерізу розглянутого вироби. Обрана марка стали також крім прокаливаемости повинна забезпечувати необхідний комплекс механічних властивостей.

Орієнтовні значення критичних діаметрів і механічних властивостей після гарту і високого відпустки деяких поліпшуються сталей наведені в таблиці 2.1

Примітка: властивості приведені після гарту з високим відпусткою.

 

З таблиці 2.1 видно, що сталь 40ХН має критичний діаметр, здатний при загартуванню забезпечити наскрізну прокаливаемость для цієї напівмуфти в маслі. Стали 30ХГСА і 30ХН2МА мають подібні прокаливаемость, міцність і пластичні властивості, ударну в'язкість. Матеріалом для виготовлення напівмуфти оберемо сталь 40ХН, яка найбільш часто застосовується для виготовлення подібних виробів.

3. Характеристика марки стали

Основне призначення стали 40ХН - колінчаті вали, шестерні, осі, шатуни, зубчасті вінці, зубчасті колеса, шпинделі, болти, важелі, штоки, циліндри та інші деталі машин і механізмів

Хімічний склад сталі 40ХН в наведено в таблиці 2.3. [2]

Таблиця 2.3 - Хімічний склад сталі 40ХН,% мас.

Температура критичних точок сталі 40ХН наступна:

Ас1 = 735 ° С; Ас3 = 768 ° С;

Ar1 = 660 ° C; Аr3 = 700 ° C;

Mн = 305 ° С.

Графіки залежностей необхідних механічних властивості стали 40ХН залежно від температури отпуска після гартування представлені на малюнках 2.1 - 2.3.

 

Малюнок 2.1 - Графіки залежності σ0,2 (- -) і σв (-) від температури отпуска

Малюнок 2.2 - Графік залежності KCU від температури отпуска

Малюнок 2.3 - Графік залежності твердості (НВ) від температури отпуска.

Для визначення температури отпуска, що забезпечує комплекс необхідних властивостей, скористаємося графіками на малюнках 2.1 - 2.3. З них видно, що необхідні властивості сталь 40ХН матиме після гартування і високого отпуска (580 ÷ 600 ° С):

σ0,2 = 520 - 540 Н / мм2,

KCU = 50 - 60 Дж / ​​см2

Сталь 40ХН - Флокеночутливість і схильна до отпускной крихкості; при цьому потрібне чітке дотримання технологічного процесу і застосування при виплавці якісних шихтових матеріалів щоб уникнути утворення флокенов або проведення подальшої антіфлокенной обробки, а для запобігання виникнення відпускної крихкості охолодження після відпустки слід вести у воді, т.к. крихкість виникає при охолодженні з низькими швидкостями. Критичний діаметр для 50% мартенситу при загартуванню в олії 34 - 76мм [2]

Термокінетіческой діаграма розпаду переохолодженого аустеніту для сталі 35ХМ (найбільш близької за складом сталі) приведена на малюнку 2.4.

Для отримання структури, що містить після гарту 50% мартенситу, треба забезпечити охолодження зі швидкістю ~ 9о С / с, що видно з діаграми на малюнку 2.4. Таку швидкість охолодження забезпечить масло, отже, даний виріб охолоджуємо в маслі.

Малюнок 2.4 - термокінетіческой діаграма розпаду переохолодженого аустеніту для сталі 35ХМ

 

 

 

 

 

4. Розробка технології термічної обробки напівмуфти

Напівмуфта зі сталі 40ХН для додання їй необхідних властивостей піддається загартуванню з високим відпусткою. Схематичний графік режиму даної термічної обробки наведено на малюнку 3.1.

Малюнок 3.1 - Графік режиму термічної обробки напівмуфти

В даному розділі розраховуються основні параметри термічної обробки даної напівмуфти. Температура нагріву під загартування обчислюється за формулою: Тн = Ас3 + (30 ÷ 50 ° С)

Для даної стали температура нагріву під загартування дорівнює:

Тн = 768 + (30 ÷ 50 ° С) = 800 ÷ 820 ° С

При такій температурі після охолодження отримаємо повну загартування. Якщо нагріти деталі вище цієї температури, відбуватиметься процес збиральної рекристалізації, що призведе до утворення крупнозернистого мартенситу, що забезпечуватиме низькі механічні властивості.Належну глибину прокаливаемости, тобто охолодження середини вироби зі швидкістю вище критичної, в даному випадку забезпечує масло. Застосування масла забезпечує більш повільне охолодження вироби в мартенситном інтервалі, що зменшує ймовірність утворення гартівних тріщин. В якості конкретного виду масла виберемо МЗМ - 120, при цьому слід враховувати, що температура спалаху масла становить 220о С і використовувати масло як охолоджуючу середу можна тільки до 190 - 200о С. Після гарту сталь має значні внутрішні термічні і структурні напруги. Тому загартування не застосовуються як остаточну операцію термічної обробки.

Для зниження внутрішніх напружень, збільшення в'язкості проводиться відпустку.

5.Висновок

Розроблено технологію термічної обробки напівмуфти зі сталі 40ХН, що служить для з'єднання вала електродвигуна з вхідним валом насоса. Вибір марки сталі здійснений на підставі прокаливаемости і необхідних механічних властивостей.

В рамках розробки технології розглядалися і були встановлені наступні параметри: температура нагріву під загартування - 800 ÷ 820 ° С; час нагрівання під загартування становить 98 хвилин; час ізотермічної витримки становить 25 хвилин; спосіб нагріву - пічний нагрів в повітряній атмосфері; гартівна середу - масло МЗМ - 120; температура відпустки - 580 ÷ 600 ° С; час проведення відпустки - 144 хвилини, охолоджуюча середа після відпустки - вода.

Встановлені параметри термообробки є обов'язковими при проведенні термообробки даної напівмуфти. Їх дотримання гарантує отримання необхідного комплексу механічних властивостей матеріалу: σ0,2 = 520 - 540 Н / мм2, KCU = 50 - 60 Дж / ​​см2, твердість 210 - 230 НВ. Ці значення задовольняють встановленим вимогам. Недотримання вищевказаних параметрів призведе до браку і непридатності вироби до використання відповідно до його призначення.

Готові напівмуфти повинні піддаватися візуальному огляду та контролю твердості за Брінеллем.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6.Список використаної літератури

1. Изотермические и термокинетические  диаграммы распада переохлаждённого  аустенита. / Попов А.А., Попова Л.Е., М: Металлургия, 1965. – 495 с.

 

2. Стали и сплавы. Марочник. / Сорокин В.Г Гервасьев М.А., Палеев  В.С., Гервасьева И.В., Палеева С  Я. М: «ИнтерметИнжиниринг», 2001. – 608 с.

 

3. Теория термической  обработки. / Новиков И.И. М: Металлургия, 1978. – 288 с.

 

4. Конспект лекций по  дисциплине: «Технология термической  обработки».

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Зміст

1. Опис умов роботи напівмуфти і вимоги до неї……………………………………………..

2. Вибор матеріала…………………………………………………………………………………………….

3. Характеристика марки стали…………………………………………………………………………

4. Розробка технології термічної обробки напівмуфти……………………………………

5.Висновок…………………………………………………………………………………………………………

6. Список використаної літератури…………………………………………………………………..