Составление технологического процесса на поверхностное упрочнение деталей термической и химико-термической обработкой - Методичка

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Кафедра металловедения и термической обработки металловМетодические указания предназначены для студентов, выполняющих семестровую работу "Составление технологического процесса на поверхностное упрочнение деталей термической и химико-термической обработкой" по дисциплине "Материаловедение". Даны необходимые теоретические пояснения, изложен порядок выполнения работы, дан ряд типовых задач на термическую и химико-термическую обработку деталей.В процессе выполнения работы научиться обоснованному выбору состава стали, обеспечивающей при минимально возможной стоимости необходимую надежность и стойкость в эксплуатации.Студент выполняет семестровую работу по заданию, выданному преподавателем. Варианты заданий могут быть взяты из приведенных в разделе 8 настоящих методических указаний. В процессе выполнения работы студенту необходимо: выбрать вид технологического процесса упрочнения детали и толщину упрочненного слоя, позволяющие получить необходимые прочностные характеристики поверхностного слоя и сердцевины деталей;В зависимости от условий работы деталей машин, их упрочнение достигается закалкой и отпуском, поверхностной закалкой или химико-термической обработкой, чаще цементацией и нитроцементацией с последующей закалкой и низким отпуском, реже азотированием. Поверхностная закалка при индукционном нагреве применяется для деталей машин, испытывающих в работе изгиб, кручение и контактные напряжения, т.е. в тех случаях, когда рабочие напряжения максимальны на поверхности. Чаще закалка при индукционном нагреве применяется для валов машин, коленчатых и распределительных валов двигателей, мало-и средненагруженных зубчатых колес и многих других деталей машин. Индукционная закалка позволяет получить в зависимости от марки стали твердость поверхности 45...63HRC и показатели прочности сердцевины в зависимости от предшествующей термической обработки ?В = 700 - 1200 МПА; ?Т = 500 - 1000 МПА; ? = 16 - 30%. Цементация и нитроцементация применяется для деталей машин, которые должны сопротивляться износу при различных давлениях, обладать высокой прочностью при изгибе, а также высокими значениями сопротивления усталости при изгибе, контактных напряжениях.Для поверхностной индукционной закалки применяют стали, содержащие 0,4-0,5%С, которые после закалки имеют высокую твердость HRC 50...60, сопротивляемость износу и не склонны к хрупкому разрушению. В том случае, если наряду с требованиями к твердости поверхности предъявляются и требования к прочности и вязкости сердцевины, используют низко-и среднелегированные стали типа 40Х, 40ХН, 40ХНМ ГОСТ 4543, изделия из которых предварительно подвергают нормализации или улучшению. Технологический процесс поверхностного упрочнения термической обработкой ТВЧ включает предварительную термическую обработку, обеспечивающую необходимые обрабатываемость резанием и уровень механических свойств сердцевины, и поверхностную индукционную закалку с последующим низким отпуском. Основными видами предварительной термической обработки, назначаемыми в зависимости от марки стали, вида полуфабриката и требований к прочностным характеристикам сердцевины, являются отжиг, нормализация и закалка с высоким отпуском (улучшение). При повышенных требованиях к прочностным характеристикам сердцевины используют нормализацию, обеспечивающую показатели прочности и пластичности несколько ниже, чем при улучшении, но вероятность появления трещин при нормализации в отличии от закалки практически исключена.Детали малых и средних размеров, работающие при повышенных удельных нагрузках изготавливают из малолегированных хромистых 15Х, 20Х, марганцовистых 15Г, 20Г (ГОСТ 4543) сталей. Детали средних размеров, работающие при высоких удельных нагрузках, изготавливаются из сложнолегированных хромоникелевых 12ХН3А, хромомарганцевых 18ХГТ, 25ХГТ, 18ХГМ (ГОСТ 4543) сталей. Детали больших сечений, работающие при высоких удельных нагрузках, изготавливают из высоколегированных хромоникелевых 12Х2Н4А, хромоникельвольфрамовых 18Х2Н4ВА и хромоникельмолибденовых 18Х2Н4МА сталей. Технологический процесс химико-термической обработки цементованных деталей состоит из предварительной термической обработки, обеспечивающей необходимую обрабатываемость резанием и исходную микроструктуру, операции насыщения углеродом до заданной концентрации в поверхностном слое на заданную глубину(собственно цементацию) и окончательной термической обработки, целью которой является создание в изделии необходимого сочетания структуры и свойств. При содержании в стали более 0,17%С толщину слоя уменьшают до 5-9%, а для деталей, работающих на износ, не испытывающих больших удельных нагрузок, до 3-4% от наименьшей толщины или диаметра цементуемого сечения (но не менее величины допустимого износа).В том случае, если главным требованием, предъявляемым к азотированному слою, является высокая твердость на поверхности и износостойкость, то применяют сталь 38Х2МЮА.