Технологический процесс термической обработки колеса зубчатого

Цементацию проводим в безмуфельной шахтной печи типа СШЦ-3.4/10,5 (см. табл. 11 [8]). Расшифровка индекса печи: С – нагрев сопротивлением, Ш – шахтная, Ц – для цементации; диаметр рабочего пространства 3 дм, высота рабочего пространства 4 дм; округленная номинальная температура 1050°С.

В качестве карбюризатора при газовой цементации используем пропан. Можно использовать другие углеводородные газы (бутан, природный газ), бензол, пиробензол, жидкие углеводороды (керосин и т.п.), подаваемые в печь через капельницу. Загрузку детали в печь осуществляют в корзинах.

Участки поверхности, не подлежащие цементации, защищают либо электролитически омеднением, либо применяют противоцементационные обмазки.

Цементацию проводят при температурах выше точки Ac₃ (в нашем случае 900 ± 20)⁰С, когда устойчив аустенит, растворяющий углерод в больших количествах. Время нагрева до температуры 900⁰С, в соответствии с табл. 4 [8], будет равно 63,2×55 = 3476 сек или 57,9 мин, или около 1 часа. Продолжительность выдержки для получения толщины цементированного слоя в 0,9 - 1 мм при газовой цементации берется, исходя из опытных данных, ориентировочно 2 часа. Общее время цементации 1 + 2 = 3 часа.

Термическая обработка  после цементации. Под термической обработкой понимают изменение структуры и свойств сплава путем нагрева его до определенной температуры, выдержки при этой температуре и последующего охлаждения с заданной скоростью. Для получения заданного комплекса механических свойств после цементации необходима дополнительная термическая обработка деталей. Для тяжело нагруженных трущихся деталей машин, испытывающих в условиях работы динамическое нагружение, в результате термической обработки нужно получить не только высокую поверхностную твердость и износостойкость, но и высокую прочность (например, для зубчатых колес — высокую прочность на изгиб), а также высокую ударную вязкость. Для обеспечения указанных свойств после цементации необходимо произвести закалку с последующим низким отпуском.

Закалка заключается в очень быстром (после нагрева и выдержки) охлаждении стали, нагретой до температуры выше А_С1, А_С3. Повышает твердость, прочность и износостойкость; измельчает структуру.

Но в нашем случае, после газовой цементации нашей стали 10ХА, как это делают в массовом и серийном производстве, выгодно и удобно закалку (в масле) проводить после цементационного нагрева с подстуживанием до 850⁰C, что позволяет получить мелкозернистую мартенситно-цементитную смесь в поверхностном науглероженном слое с переходом, по мере углубления от поверхности, в мартенситно-ферритную смесь сердцевины зубьев. Время охлаждения, учитывая, что скорость охлаждения в масле 150⁰С/с, в данном случае около 5 секунд, так что им можно пренебречь.

Окончательной операцией  термической обработки является низкий отпуск при 160 — 200⁰С, уменьшающий остаточные напряжения и не снижающий твердость стали. Т.к. поверхностный слой после науглероживания по составу близок к эвтектоидному, то для обеспечения после отпуска заданной твердости HRC60-65 (в среднем HRC60, отпуск надо производить с температуры 180⁰C. Охлаждение, после соответствующей выдержки, можно произвести на воздухе. Нагрев при отпуске можно произвести в электрической камерной печи

СНО-2,55.1,7/12 (см. выше).

Время нагрева до заданной температуры, при скорости нагрева как для высокоуглеродистой низколегированной стали ≈ 50 + 100^оС /час, будет равно около 180 мин, или 3 часа. Время выдержки при температуре нагрева в электрических печах ориентировочно берется (табл. 5 [8]) из расчета 120 мин +1 мин на 1 мм условной толщины сечения детали. В нашем случае будет 120 + 1×55 = 110 мин, или 1,9 часа. Охлаждение на спокойном воздухе при скорости 1⁰С/с произойдет за 180 сек или за 3 мин, или за 0,05 часа. Общее время 3 + 1,9 + 0,05 = 2,95 часа. Структура поверхностного слоя после отпуска будет представлять мартенсит отпуска с включениями глобулярного цементита.

Общее время ХТО с  последующей ТО будет состоять из времени отжига, цементации, закалки и отпуска и, следовательно, 2,13 + 3 + 2,95 = 8,08 часа.

После цементации зубья подвергают чистовой механической обработке – шлифованию (табл. 1, п. 6).

После цементации, термической и чистовой механической обработки твердость поверхностного слоя составляет HRC 62.

5.2. Выбор технологического оборудования и контроль качества

Нагрев для отжига осуществляем в электрической камерной печи СН3-3.4.1,2/13.

Цементацию проводим в безмуфельной шахтной печи типа СШЦ-3.4/10,5.

Нагрев при отпуске  можно произвести в электрической камерной печи СН3-2,55.1,7/12.

После чистовой механической обработке – шлифования осуществляют контроль качества упрочнения измерением твёрдости поверхности детали прибором ТК (пресс Роквелла).

Глубина цементированного слоя и толщина слоя после закалки контролируются по образцам-свидетелям, прошедшим цикл обработки вместе с контролируемой партией деталей c помощь лупы.

 

6. Операционная  кapтa (согласно приложения 6-8)

(прилагается)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7. Библиографический список

 

1. Горбацевич А. Ф.  Курсовое проектирование по технологии  машиностроения. - М.: Машиностроение, 1981.- 284с.

2. Дюмин Г. Е., Трегуб  Н. Н. Ремонт автомобилей. –  М.: Машиностроение, 2000.- 220с.

3. Семёнов Е. И. Ковка  и объёмная штамповка. – М.: Высшая школа, 1972.- 352с.

4. Зуев В. М. Термическая  обработка металлов. – М.: Высшая  школа, 2001.- 288с.

5. Дальский А.М., Барсукова  Т.М. и др. Технология конструкционных  материалов. – М.: Машиностроение, 1993.- 448с.

6. Попова Г.Н., Алексеев  С.Ю. Машиностроительное черчение /Справочник. – СПб.: Политехника, 1994.- 448 с.

7. Мягков В.Д. Допуски  и посадки: Справочник: В 2 ч. - Л., 1978.

8. Технологический процесс  термической обработки стальных  заготовок и деталей машин: Методические указания к курсовой работе по материаловедению /Сост. В. А. Плотников. - Омск. 2001.- 28с.

9. Разработка технологического  процесса изготовления штампованной  заготовки /Сост. В. А. Плотников, М.Я. Швец. - Омск, 1987.- 28с.

10. Гуляев А.П. Металловедение. – М.: Металлургия, 1987.- 388с.

11. Лахтин Ю.М., Леонтьева  В.П. Материаловедение. – М.: Машиностроение, 1980.- 326с.

12. Объемная облойная  штамповка: Методические указания  к лабораторной работе по дисциплине «Технология конструкционных материалов» / Сост.: Б. Г. Колмаков, М. С. Корытов. – Омск:, 2002. – 20 с.