Режим термической обработки

 

                                          

Рис 1. Влияние углерода на свойства сталей

 

Углерод влияет на вязкие свойства. Увеличение содержания углерода повышает порог хладноломкости и снижает ударную вязкость.

Повышаются электросопротивление и коэрцитивная сила, снижаются магнитная проницаемость и плотность магнитной индукции.

Углерод оказывает  влияние и на технологические свойства. Повышение содержания углерода ухудшает литейные свойства стали (используются стали с содержанием углерода до 0,4 %), обрабатываемость давлением и резанием, свариваемость. Следует учитывать, что стали с низким содержанием углерода также плохо обрабатываются резанием.

Влияние постоянных примесей на свойства стали.

Марганец и  кремний являются полезными примесями  в стали. Марганец обычно содержится в стали в количестве до 0,7%, а  кремний до 0,5%. Марганец и кремний  добавляют в сталь при ее выплавке для удаления окислов железа.

Положительное влияние марганца заключается еще  в том, что он способен удалять  из стали вредные сернистые соединения. Марганец и кремний растворяются в феррите и повышают его твердость  и прочность.

Сера попадает в сталь из чугуна, а в чугун  из кокса и руды. Сера с железом  образует сульфид железа FeS. Сульфид железа в стали находится в виде эвтектики Fe – FeS, располагающийся по границам зерен стали. Это эвтектика хрупкая и легкоплавкая – температура ее плавления 985 ˚С. При нагреве стали до 1000 - 1200˚С для горячей обработки ее давлением эвтектика плавится и связь между зернами ослабляется. Это явление называется красноломкостью стали.

Присутствие серы в виде включений MnS  нежелательно. Эти включения, не оказывая значительного влияние на статическую прочность стали, снижают динамическую и усталостную прочность, а также износостойкость. Поэтому повышенное содержание серы в сталях, предназначенных для ответственных деталей, недопустимо. Сера оказывает благоприятное влияние только в том случае, когда требуется хорошая обрабатываемость стали режущими инструментами.

Фосфор, как и  сера попадает в сталь из руд. Фосфор растворяется в феррите, повышает его твердость и прочность, но в сильной степени снижает пластичность, поэтому сталь становится хрупкой. Фосфор также улучшает обрабатываемость стали резаньем.

Газы (кислород, азот, водород) частично растворены в  стали, присутствует в виде неметаллических  включений (окислы – соединение металла  с кислородом, нитриды – соединение металла с азотом) или расположены  в свободном виде в раковинах, трещинах и других несплошностях. Кислород в стали находится главным  образом в виде оксидов Al₂O₃, SiO₂ и др. Оксиды в отличии от сульфидов хрупки, при горячей обработке не деформируется, а крошатся, разрыхляют металл и располагаются в виде прерывистой линии. В присутствии большого количества водорода в стали возникает очень опасный дефект – внутренние надрывы в металле, так называемые флокены.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

5. Выбор и обоснование  выбора операций  термической обработки,  а так же дополнительных  и вспомогательных  операций.

Маршрутная технология

1. Выплавка стали – сталеплавильный цех.
2. Получение слитка – литейный цех.
3. Ковка детали – кузнечный цех.
4. Предварительная термическая обработка – термический цех.
5. Механическая обработка – механический цех.
6. Окончательная термическая обработка – термический цех.
7. Контроль качества – отдел технического контроля.
8. Окончательная механическая обработка – механический цех.

 

Разливка  стали.

Из плавильных печей сталь выпускают в ковш, который мостовым краном переносят  к месту разливки металла.

Сталеразливочный  ковш имеет стальной кожух с цафами для захвата его крюками мостового крана. Внутри он футерован шамотным кирпичом. В днище ковша вставлен стакан из магнезита или шамота с отверстием для разливки стали по изложницам.

Изложницы представляют собой чугунные толстостенные формы  для получения стальных слитков. Поперечное сечение изложницы выбирают в зависимости от последующей  обработки давлением получаемого  слитка.

При разливке сверху каждую изложницу заполняют отдельно, для чего устанавливают отверстие  стакана ковша по центру изложницы. В утеплённой надставке сталь  более продолжительно сохраняется  в жидком состоянии и питает металлом тело слитка при усадке, уменьшая тем  самым глубину распространения  усадочной раковины.

При разливке сифоном  сталь из ковша поступает в  центровой литник, футерованный шамотными  трубами, протекает по каналам, составленный из пустотельных шамотных кирпичей, и  снизу поступает в изложницы, установленные на чугунном поддоне. При этом одновременно отливается до нескольких десятков слитков.

Получение слитка

При соприкосновении  с холодной стенкой изложницы  образуется зона мелких равноосных кристаллов, а так же образуется зона крупных  неориентированных кристаллов и  зона столбчатых кристаллов.

Ликвацией называют неоднородность химического состава  в сплавах. Различают 3 вида ликвации: зональную, по плотности и дендритную.

Зональная ликвация наблюдается в объёме слитка. По мере кристаллизации металл слитка будет  всё более обогащаться разными  примесями, поэтому химический состав зон 1-3 будет различным.

Ликвация по плотности наблюдается при сплавлении металлов, сильно различающихся по плотности. Так, в сплавах системы  свинец – сурьма верхняя часть  слитка будет обогащена сурьмой, а нижняя – свинцом, тем самым  отличаясь от среднего состава сплава.

Дендритная ликвация наблюдается в объёме одного зерна. Чем больше температурный интервал между началом и концом кристаллизации.

Ковка детали.

Ковка — это высокотемпературная обработка различных металлов (железо, медь и её сплавы, титан, алюминий и его сплавы), нагретых до ковочной температуры. Для каждого металла существует своя ковочная температура, зависящая от физических (температура плавления, кристаллизация) и химических (наличия легирующих элементов) свойств. Для железа температурный интервал 1250–800 °С, для меди 1000–650 °С, для титана 1600—900 °С, для алюминиевых сплавов 480–400 °С.

Различают:

• ковка на молотах (пневматических, паровых и гидравлических)
• ручная ковка
• штамповка.

Изделия и полуфабрикаты, получаемые ковкой называют - поковка.

При ковке в  штампах металл ограничен со всех сторон стенками штампа. При деформации он приобретает форму этой полости (см. Штампование, Ротационная ковка).

При свободной ковке (ручной и машинной) металл не ограничен совсем или же ограничен с одной стороны. При ручной ковке непосредственно на металл или на инструмент воздействуют кувалдой или молотом.

Свободную ковку  применяют также для улучшения  качества и структуры металла. При  проковке металл упрочняется, завариваются так называемые несплошности и размельчаются крупные кристаллы, в результате чего структура становится мелкозернистой, приобретает волокнистое строение.

Машинную  ковку выполняют на специальном оборудовании — молотах с массой падающих частей от 40 до 5000 кг или гидравлических прессах, развивающих усилия 2–200 МН (200–20000 тс), а также на ковочных машинах. Изготовляют поковки массой 100 т и более. Для манипулирования тяжёлыми заготовками при ковке используют подъёмные краны грузоподъёмностью до 350 т, кантователи и специальные манипуляторы.

Ковка является одним из экономичных способов получения  заготовок деталей. В массовом и крупносерийном производствах преимущественное применение имеет ковка в штампах, а в мелкосерийном и единичном — свободная ковка.

При ковке используют набор кузнечного инструмента, с  помощью которого заготовкам придают  требуемую форму и размеры.

 

Предварительная термообработка.

Отжиг стали.

Отжиг — вид термической обработки металлов и сплавов, заключающийся в нагреве до определённой температуры, выдержке и последующем, обычно медленном, охлаждении. При отжиге осуществляются процессы возврата (отдыха металлов), рекристаллизации и гомогенизации. Цели отжига — снижение твёрдости для повышения обрабатываемости, улучшение структуры и достижение большей однородности металла, снятие внутренних напряжений. Назначение отжига – снижение твёрдости, измельчение зерна, улучшение обрабатываемости, повышение пластичности и вязкости, снятие внутренних напряжений, устранение или уменьшение структурной неоднородности, подготовка к последующей термической обработке.

 

Механическая  обработка.

Механическая  обработка — обработка заготовки из различных материалов при помощи механического воздействия различной природы с целью создания по заданным формам и размерам изделия или заготовки для последующих технологических операций.

Обработка резанием осуществляется на металлорежущих станках путём внедрения инструмента в тело заготовки с последующим выделением стружки и образованием новой поверхности. Виды резания:

• наружные цилиндрические поверхности — точение, шлифование, притирка, обкатывание, суперфиниширование;
• внутренние цилиндрические поверхности — растачивание, сверление, зенкерование, развертывание, протягивание, шлифование, притирка, хонингование, долбление;
• плоскости — строгание, фрезерование, шлифование.

При обработке  резанием механическая обработка также  разделяется по чистоте обработанной поверхности:

• Черновая обработка
• Получерновая обработка
• Чистовая обработка
• Получистовая обработка
• Суперфиниш.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Выбор режимов термической  обработки